在電磁學中右手的妙用

摘 要：右手在電磁學中的妙用，對認識和學習電磁理論非常重要，將左、右手定則轉換成右手判定的方法，在解決一些綜合性電磁現象的問題時尤為方便。

關鍵詞：右手定律；電磁學；工作原理

人類的雙手是勞動與智慧的結晶，而右手的用途更廣，在電磁學中用右手可以判定電流的磁場、磁場對電流的作用、電磁感應、磁場對運動電荷（或粒子）的作用以及楞次定律的應用。對電磁理論的認識與掌握需通過實驗、觀察，將識圖、繪圖、空間想象融為一體，從而揭示電與磁的微觀聯系，定性地研究電流（運動電荷）、磁場、導體運動間的相互關系。從理論上讓學生了解自控電路、電動機、發電機的工作原理，體會磁場知識的重要性。

下面分三部分，綜合介紹用右手判定某些電磁現象的定則、判定方法，以及對左、右手判定方法的改進、完善與嘗試。

一、安培定則（也稱右手螺旋定則）

直線電流周圍磁力線方向跟電流方向之間的關系用安培定則（一）來判定。

安培定則（一）：用右手握住導線讓大拇指所指的方向跟電流的方向一致，那么彎曲的四指所指的方向就是磁力線的環繞方向。

使用安培定則（一）：首先確定電流方向，其次運用圖1所示判定方法確定磁力線環繞方向，最后用虛線畫出磁力線并標有箭頭。

這一定則的理解與掌握對于識圖能力和空間想象能力薄弱的學生，有一定的困難。因此，在教學中，借助輔助教具幫助學生理解安培定則（一）創造條件。例如，可以剪一大小適當的圓硬紙板，中心開一個直徑略小于鉛筆直徑的小孔，在紙片正面以孔心為圓心，用虛線畫出同心圓，圓弧線上標以逆時針方向的箭頭，將鉛筆從反面插入（如圖2所示），這時鉛筆尖的指向和電流方向相同，圓紙上磁力線方向就表示通電直導線周圍的磁場方向。

讓學生跟著做圖2的模具，邊制作邊繪圖，培養學生的識圖、繪圖、空間想象的能力。

直線電流磁場的磁力線的三種表示法，如圖3所示。

再如，為了幫助學生了解螺線管的兩種不同繞法的表示。事先讓學生自備一根線，在鉛筆上（或將練習本卷成圓柱形）練習繞線，并畫出相應的前繞與后繞圖形。螺線管繞法不同與電源正負極接法不同，在螺線管的圖形上標明電流方向（如圖4）。圖4：A、B、C、D

通電螺線管兩端的磁極性質（N、S極）跟電流方向間的關系用安培定則（二）。

用右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向跟電流方向一致，那么，大拇指所指的那端就是通電螺線管的北極（N極），另一端為南極（S極）。如圖5示：

判定螺線管（通電）的N、S極：首先確定螺線管的電流方向，其次用圖5方法判定N、S極，最后標出N、S極。

螺線管磁力線與條形磁鐵的周圍的磁力線相似。如圖6所示：

例如，判斷如圖7通電螺線管的N、S極，電流方向和電源的正負極。

安培定則（二）在楞次定律中的應用。

楞次定律：感應電流具有這樣的方向，就是感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。

當磁鐵移近或插入線圈時，線圈中感應電流的磁場方向跟磁鐵的磁場方向相反。阻礙磁通量的增加，相鄰磁極同性。（如圖8：甲、乙）

當磁鐵離開線圈或從線圈中拔出時，線圈中感應電流的磁場方向跟磁鐵的磁場方向相同。阻礙磁通量減少，相鄰磁極異性。（如圖8：丙、丁）

說明：虛線表示磁鐵磁力線，實線表示感應電流磁力線方向。

楞次定律的應用：首先由楞次定律確定了線圈的N、S極，再用安培定則（二）判定線圈中感應電流的方向。

二、右手定則改變為“右手動、磁、電法則”

物理學中，右手定則可看作是楞次定律的特殊情況，那么，在什么情況下用右手定則來確定感應電流的方向比較簡便呢？

電磁感應：

閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁力線運動時，導體中就會產生感生電流。

若導體不是閉合的，即使做切割磁力線運動，也不會產生感生電流，只是在導體兩端產生感生電壓。

閉合電路中感生電流方向、導體運動方向、磁力線方向間關系用右手定則判定：

伸開右手，使大拇指跟其余四個手指垂直并且都跟手掌在一個平面內，把右手放入磁場中，讓磁力線垂直穿入手心，大拇指指向導體運動方向，那么其余四指所指的方向就是感生電流方向。如圖9所示。

右手定則，從本質上講運動是原因，通過磁場的作用，產生感生電流是結果。故更能反映其本質特征，簡稱為右手動、磁、電法則：

伸出右手，讓大拇指、食指、中指兩兩相互垂直呈三維坐標形。讓大拇指指向導體運動方向，食指指向磁場方向，那么，中指所指的方向即為產生感生電流的方向。如圖10所示：

右手定則改變為：右手“動磁電”法則，它更形象地反映了電磁現象的本質特征，從定則本質科學地反映了發電機是把機械能轉化為電能的機器。發電機是電磁感應現象的重要應用之一。

三、左手定則改為：右手“電磁動”法則

磁場對電流的作用。通電導體的受力方向、磁場方向、電流方向間的關系用左手定則判定：

伸開左手，使大拇指跟其余四個手指垂直并且都跟手掌在同一平面內，把左手放入磁場中，讓磁力線垂直穿入手心，并四指指向電流方向，那么，拇指所指的方向，就是通電導體在磁場中的受力方向。如圖11所示。

運用左、右手定則時，教科書上都得據因果關系，然后選擇左手、右手確定判定法則，這種較繁雜的選擇對以后的學習可能會造成不必要的麻煩，導致錯誤結果。

左手定則變為右手“電磁動”法則：

伸開右手，使大拇指、食指、中指兩兩相互垂直，讓大拇指指向導體的電流方向（原因）、食指指向磁場方向，那么中指所指的方向就是導體的運動方向（結果）。如圖12所示：

利用右手拇指、食指、中指構成的三維坐標系的判定方法：大拇指始終是指原因的，食指指向磁場方向，中指所指方向始終是結果。因此，我們只要根據已知條件分清因果關系，將左、右手定則合二為一，省時省事，事半功倍。這種方法也可以判定磁場對運動電荷（粒子）的作用（教科書上用左手定則判定）。

根據規定：正電荷定向移動的方向為電流方向，運動電荷是負電荷為帶負電的粒子，粒子運動方向與電流方向相反。即是正電荷運動方向為電流方向，負電荷運動方向與電流方向相反。

應用右手“電磁動”法則：

伸開右手，使大拇指、食指、中指兩兩相互垂直，讓大拇指指向電流方向，食指指向磁場方向，那么中指所指的方向即為洛倫茲力的方向（運動方向）。

例1.試判斷如圖13帶電粒子在磁場中所受洛倫茲力的方向。

例2.如圖14，判斷出通電導體在磁場中的受力方向。

[分析]

原因：電流

結果：受力方向（運動方向）

用右手電磁動法則，（即左手定則）

例3.如圖15是閉合電路部分導體AB要在磁場中做切割磁力線運動，在導線中標出感生電流方向。

[分析]

原因：運動

結果：電流，用右手動磁電法則（即右手定則）

例4.如圖16，在平行的金屬導軌上放有兩根互相平等且可以自由滑動的導體ab和cd，它們放在勻強磁場中，磁場方向如圖16所示。當導體ab向右運動時，導體cd將向哪個方向運動？如果不要求判定導體cd中感應電流的方向，你能不能直接運用楞次定律判定導體cd的運動方向？

[解答]導體ab在勻強磁場中作切割磁力線運動產生感生電流。用右手動磁電法則（右手定則）。導體ab電流方向由b→a，abcd構成閉合回路，cd中電流方向由c到d（c→d），導體cd的運動方向確定用右手電磁動法則

（即左手定則）判定，導體cd運動方向向右。

楞次定律判定：因為ab向右運動，由abcd構成回路，磁通量增加，cd阻礙磁通量的變化，所以abcd回路的磁場方向與原磁場方向相反，即cd向右運動，與ab同向。

右手在電磁學中的妙用，對我們認識和學習電磁理論非常重要，將左、右手定則轉換成右手判定的（電磁動法則、動磁電法則）方法，在解決一些綜合性電磁現象的問題時尤為方便捷徑。

參考文獻：

金演寧.左手定則和右手定則的正確認識和運用.技術物理教學，1996（02）.

（作者單位 山西省原平市段家堡中學）