三維定則

摘 要:在高中物理電學(xué)中我們經(jīng)常使用右手螺旋定則、左手定則、楞次定律來(lái)判斷和確定各物理量的方向。由于使用的是直觀性和隨意性較強(qiáng)的左右手，所以對(duì)問(wèn)題的解決有著一定的方便性和易判斷性，但何時(shí)使用左手和何時(shí)使用右手來(lái)進(jìn)行判斷卻存在著易于混淆的問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題，筆者利用自己多年歸納出的新定則(暫命名三維定則)和與之相配備的三維色教具得到了解決。實(shí)踐證明三維定則的特點(diǎn)是:第一，左、右手統(tǒng)一到一個(gè)教具上，避免了混亂。第二，三維色中紅色代表未知量，目標(biāo)明顯、突出。第三，三維色使用問(wèn)題結(jié)論準(zhǔn)確，使用靈活，簡(jiǎn)便。

關(guān)鍵詞:三維定則 三維色教具 物理量方向 應(yīng)用

中圖分類號(hào):O35文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1673-9795(2012)04(a)-0106-02

1 三維定則

空間立體x，y，z三個(gè)軸互相垂直，借用這三個(gè)軸各代表一個(gè)物理量，在各問(wèn)題中所代表的量不同，但三者始終存在如下關(guān)系:，，我們把這種物理量間存在的關(guān)系成為三維定則。

2 三維色教具

用三個(gè)指針代表坐標(biāo)軸上各個(gè)物理量，指針?lè)较虼砀魑锢砹康姆较颉Ｈ齻€(gè)指針上的顏色分別是:x軸用紅色表示，y軸用綠色表示，z軸用斑馬線表示。而紅色表示未知量，綠色表示第一已知量，斑馬線表示第二已知量，這種三個(gè)互相垂直涂有不同顏色代表不同物理量方向的指針?biāo)M成的教具稱為三維色教具，簡(jiǎn)稱三維色。如圖1所示。

3 三維定則的具體應(yīng)用

3.1 三維定則在判斷通電導(dǎo)線產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向上的應(yīng)用

需用的物理量有通電導(dǎo)線的電流方向，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向，通電導(dǎo)線至產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度點(diǎn)的垂直有向距離，這三個(gè)量可根據(jù)三維定則組成如下關(guān)系:

=× ①

=× ②

=× ③

當(dāng)判斷時(shí)用①式，判斷時(shí)用②式，判斷時(shí)用③式。在三維色中，紅色分別依次代表、、;綠色分別代表、、;斑馬線分別依次代表、、，它們是一一相對(duì)應(yīng)的關(guān)系。如圖2所示。現(xiàn)舉例如下:

通電直導(dǎo)線電流方向(如圖3所示)，試判斷距導(dǎo)線r米處A點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向。

根據(jù)三維定則中的①式=×，把三維色按圖3擺出，即得出A點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向指向紙面內(nèi)。這與用右手螺旋定則判定結(jié)論相同。

3.2 三維定則在判斷通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)受力方向，磁感應(yīng)強(qiáng)度

方向或通電電流方向上的應(yīng)用。

需用物理量有通電電流，磁感應(yīng)強(qiáng)度，受到的安培力，這三個(gè)量可根據(jù)三維定則組成如下關(guān)系:

=× ①

=× ②

=× ③

當(dāng)判斷時(shí)用①式，判斷時(shí)用②式，判斷時(shí)用③式。在三維色中，紅色分別依次代表、、;綠色分別代表、、;斑馬線分別依次代表、、，它們是一一相對(duì)應(yīng)的關(guān)系。如圖4所示，現(xiàn)舉例如下:

已知如圖5，試判斷通電導(dǎo)線ab在磁場(chǎng)中的受力方向。

根據(jù)三維定則中的①式=×，把三維色按圖5擺出，即得出導(dǎo)線ab受力方向垂直紙面向里，若用左手定則判斷，結(jié)論相同。

3.3 三維定則在判斷運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中所受的洛倫茲力上的應(yīng)用

所用三個(gè)物理量，運(yùn)動(dòng)電荷受到的力，運(yùn)動(dòng)速度，磁感應(yīng)強(qiáng)度，這三個(gè)量根據(jù)三維定則組成如下關(guān)系:

=× ①

=× ②

=× ③

當(dāng)判斷時(shí)用①式，判斷時(shí)用②式，判斷時(shí)用③式。在三維色中，紅色分別依次代表、、;綠色分別代表、、;斑馬線分別依次代表、、，它們是一一相對(duì)應(yīng)的關(guān)系。如圖6所示，現(xiàn)舉例如下:

正電荷在如圖7所示的磁場(chǎng)中向右運(yùn)動(dòng)，判定該電荷所受的洛倫茲力方向。

根據(jù)三維定則①式=×，把三維色按圖7擺放，即得出所受的洛倫茲力方向向上。這與用左手定則判斷結(jié)論一致。

3.4 三維定則在判斷閉合導(dǎo)線內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)

電流方向或產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向及導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向上的應(yīng)用。

需要的物理量:導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)方向，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，感應(yīng)電流方向。這三個(gè)量可根據(jù)三維定則組成如下關(guān)系:

=× ①

=× ②

=× ③

當(dāng)判斷時(shí)用①式，判斷時(shí)用②式，判斷時(shí)用③式。在三維色中，紅色分別依次代表、、;綠色分別代表、、;斑馬線分別依次代表、、，它們是一一相對(duì)應(yīng)的關(guān)系。如圖8所示，現(xiàn)舉例如下:

已知如圖9，試判斷導(dǎo)線ab內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向。

根據(jù)三維定則用①式=×，把三維色按圖9擺放，即可得出感應(yīng)電流方向?yàn)閎→a。這與用右手定則判斷結(jié)論相同。

3.5 三維定則在判斷閉合回路中由于磁通量的變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向，或判斷感應(yīng)電流的產(chǎn)生是通過(guò)磁通量怎樣的變化上的應(yīng)用

需用的物理量有:產(chǎn)生的感應(yīng)電流，原來(lái)的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，磁通量的變化。這三個(gè)量可根據(jù)三維定則組成如下關(guān)系:

=× ①

=× ②

=× ③

當(dāng)判斷時(shí)用①式，判斷時(shí)用②式，判斷時(shí)用③式。在三維色中，紅色分別依次代表、、;綠色分別代表、、;斑馬線分別依次代表、、，它們是一一相對(duì)應(yīng)的關(guān)系。如圖10所示，現(xiàn)舉例如下:

導(dǎo)線ab在如圖11所示的磁場(chǎng)中向右移動(dòng)，試判斷感應(yīng)電流方向。

根據(jù)三維定則中的①式=×，把三維色按圖11擺放，即可得出感應(yīng)電流方向?yàn)閎→a。這與用楞次定律判斷結(jié)論相同。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在高中物理電學(xué)中的右手螺旋定則、左手定則、右手定則等一系列定則，都可以由三維定則加以概括和表達(dá)，同時(shí)借助三維色教具的配合，給教學(xué)帶來(lái)靈活方便，使學(xué)者直觀、易懂，增加教學(xué)效果。

注:三維色教具的使用另附文章說(shuō)明。

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