電磁學(xué)現(xiàn)象及其規(guī)律的探究

鄭浩然

摘 要：電磁學(xué)這部分知識(shí)，需要學(xué)生通過(guò)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)以找出某個(gè)物理量，如磁場(chǎng)方向、電流方向、力的方向等。課本中的三定則對(duì)學(xué)生的解題有一定幫助，但是左手右手并用，常常會(huì)左右不分以致混淆，加之電磁力抽象難懂，若都統(tǒng)一為用右手理解楞次定律，探究各個(gè)力的方向，則更容易記憶。本文通過(guò)例題分析以及實(shí)際來(lái)檢驗(yàn)使用右手解題的便捷性，為同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)電磁學(xué)知識(shí)的方法上提供幫助。

關(guān)鍵詞：電磁學(xué) 右手定則 左手定則

Hans Christian Oersted是首次提出電的周圍具有磁的人，發(fā)現(xiàn)電流具有磁效應(yīng)，電流能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)，且磁場(chǎng)方向跟電流的 方向具有一定的關(guān)系。為便于理解，課本中引入了三種定則來(lái)幫助理解，本文通過(guò)三道例題來(lái)分析電磁學(xué)現(xiàn)象及電磁學(xué)的規(guī)律。

一、右手 定則

右手定則用于判斷通電導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電流，可以幫助我們判定電流的方向。伸開(kāi)右手，大拇指與其余四指呈90度，并在同一平面，磁感線從手掌心穿入，拇指指向?qū)Ь€運(yùn)動(dòng)的方向，四指所指方向就是感應(yīng)電流的方向[1]。單一涉及右手定則類型題目較為簡(jiǎn)單，很少能見(jiàn)到。

二、右手活用左手定則

電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)是因?yàn)槁鍌惼澚Γ瑢?dǎo)線在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)是因?yàn)榘才嗔ΑＷ笫侄▌t就是用來(lái)判斷洛倫茲力的方向和安培力的方向。通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生安培力，而安培力的方向垂直于導(dǎo)線和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。教科書中所寫方法是使用左手拇指和四指呈90度，并且都跟掌心呈180度，讓磁感線進(jìn)入掌心，四指指向電流或運(yùn)動(dòng)的正電荷的方向， 大拇指所指方向是力的方向[2]。

而在這里提出活用右手，使四指沿電流或電流元（矢量）方向伸直，再向磁感線方向彎曲，大拇指的方 向就是安培力或洛倫茲力的方向。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，不管是安培力還是洛倫茲力，都處于和磁感線垂直的狀態(tài)，即不在同一個(gè)平面上，使力與磁感線形成一個(gè)三維體系。

例1. 有兩個(gè)平行但有一端用導(dǎo)線相連的銅棒1-2、3-4，磁感線的方向已在圖中標(biāo)明，將兩根銅棒放置于磁場(chǎng)上，有一個(gè)力牽動(dòng)銅棒3-4向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，銅棒1-2也向左運(yùn)動(dòng)，若一個(gè)外力使銅棒3-4小棒向右側(cè)移動(dòng)時(shí)，則（ ）

A.銅棒12也向右運(yùn)動(dòng) B.銅棒12向左運(yùn)動(dòng)

C.銅棒12并不運(yùn)動(dòng) D.無(wú)法確定是否運(yùn)動(dòng)

解析：當(dāng)銅棒3-4向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，用右定則，掌心朝上，拇指朝左，則四指向下，同理銅棒1-2也是，那么判斷電流的流向是4321，導(dǎo)線在13端相連。

使銅棒3-4向右移動(dòng)時(shí)，用右手定則，掌心向上，磁感線由掌心向上穿過(guò)，拇指指向銅棒3-4運(yùn)動(dòng)的方向，可知電流方向即四指指向4流向3，則可知E F中電流的方向?yàn)?流向2。

當(dāng)我們得知銅棒1-2的電流流向，使用我們提出的右手活用左手定則法，使四指指向銅棒1-2的電流方向朝下，再朝著磁感線的方向，向內(nèi)彎曲四指，拇指指向右，說(shuō)明銅棒2的安培力是向右的。故選A。

例2. 試判斷下列各圖中帶點(diǎn)粒子受洛倫茲力方向或所帶電荷種類或運(yùn)動(dòng)方向。

解析：根據(jù)我們提出的右手活用來(lái)判定洛倫茲力方向。

圖a中，負(fù)電荷向右，則正電荷的方向應(yīng)向左，四指朝左，再朝著磁感線的方向，向內(nèi)彎曲四指，拇指朝下指向洛倫茲力的方向。

圖b中，正電荷向下，則四指向下，磁感線向外，則順著磁感線，向外彎曲四指，拇指朝左指向洛倫茲力的方向。

圖c中，正電荷向上運(yùn)動(dòng)，四指朝上，順著磁感線的方向向右彎曲四指，拇指朝內(nèi)，即為洛倫茲力的方向，從紙外垂直穿向紙內(nèi)。

圖d中，假定為正電荷，向右運(yùn)動(dòng)則四指朝右，磁感線向內(nèi)，則向內(nèi)彎曲四指，拇指朝上，發(fā)現(xiàn)與圖中相反，則電荷為負(fù)電荷。

圖e中，洛倫茲力向上，拇指向上，四指與掌心呈90度，磁感線向內(nèi)，保持90度的夾角不動(dòng)，將四指的朝向指向內(nèi)后，打開(kāi)四指使四指與掌心呈一個(gè)平面，發(fā)現(xiàn)四指打開(kāi)后朝右，即為正電荷運(yùn)動(dòng)的方向，負(fù)電荷向左運(yùn)動(dòng)。

三、安培定則（右手螺旋定則）

我們除了用右手來(lái)判斷電流方向，洛倫茲力和安培力的方向，還可以通過(guò)右手螺旋定則來(lái)判斷螺線圈N極的方向，磁感線從線圈的外部N極出發(fā)再回到S極，在線圈內(nèi)部從S極到N極，形成一個(gè)完整的磁場(chǎng)，這種通電后的螺線圈，類似我們常見(jiàn)的條形磁鐵[3]。在實(shí)驗(yàn)課時(shí)，運(yùn)用磁沙和小磁針來(lái)觀察磁場(chǎng)的分布情況，再次證實(shí)了電流的方向與磁場(chǎng)N極有關(guān)，也就是常見(jiàn)的安培定則。

例3. 如下圖所示，兩部分的線圈套在同一管上，兩段都可以自由左右移動(dòng)，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，這兩個(gè)線圈將會(huì)（ ）

A.朝左右兩個(gè)相反的方向分開(kāi)

B.兩端都向中間靠攏

C.兩個(gè)線圈都保持靜止

D.先朝左右相反分開(kāi)，后向中間靠攏

解析：根據(jù)安培定則，電流從正極出發(fā)，流向負(fù)極，則打開(kāi)右手，掌心朝向紙面，向下彎曲四指，拇指朝向左，則左端線圈的左端為S極，右端為N極，右側(cè)線圈的左端也是S極，右端也是N極，也就是說(shuō)，兩線圈靠近中間的位置，兩線圈的極性相反，因?yàn)楫愋源艠O會(huì)互相吸引產(chǎn)生引力，故這兩個(gè)線圈相互吸引而向中間靠攏。故選B。。

結(jié)語(yǔ)

以上這三個(gè)問(wèn)題涉及三個(gè)定則，而我們活用右手定則，就可以一并解決，無(wú)需記憶何時(shí)使用左手，何時(shí)使用右手。右手活用左手定則，更方便記憶和理解電磁學(xué)的各種現(xiàn)象與規(guī)律。其實(shí)右手就是一個(gè)可在空間中任意平動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的三面體，只要活用右手，將以上方法反復(fù)練習(xí)，牢記拇指都是與四指垂直，磁感線的方向是“穿進(jìn)點(diǎn)出”，便可輕松應(yīng)對(duì)電磁學(xué)現(xiàn)象的問(wèn)題。這不僅對(duì)同學(xué)們?cè)诮鉀Q物理問(wèn)題上有所幫助，而且能幫助同學(xué)們游刃有余的分析問(wèn)題、理解原理。所以，我們除在學(xué)習(xí)電磁學(xué)上需要靈活轉(zhuǎn)換，在學(xué)習(xí)高中物理乃至其他學(xué)科上也是需要融會(huì)貫通，學(xué)會(huì)聯(lián)系現(xiàn)實(shí)，聯(lián)系生活多實(shí)踐，只有這樣才能在學(xué)習(xí)中找到快樂(lè)。

參考文獻(xiàn)

[1]曹猛. 淺析右手定則的新生用法[J]. 中學(xué)物理：高中版， 2015， 33（13）：46-46.

[2]閆峰， 劉義俠. 電磁感應(yīng)中楞次定律和右手定則的典型應(yīng)用[J]. 中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊， 2011（2）：78-78.

[3]彭小玲，儲(chǔ)懷祝. 電流對(duì)條形磁鐵作用的探討[J]. 物理教師，2010，31（02）：56.endprint