左、右手定则两种表述的理解与分析

2018-05-22朱海燕

成才之路 2018年8期

关键词：物理

朱海燕

摘要：在电磁学中，对于“左手定则”与“右手定则”这两个定则的表述主要有两类——网络课件中的表述和人民教育出版社出版的教科书中的表述。文章结合教学实践，主要从这两类表述的区别出发来理解这两个定则。

关键词：物理；左手定则；右手定则；表述；垂直；垂直分量；平行分量

中图分类号：G421；G633.7 文献标志码：A 文章编号：1008-3561（2018）08-0039-01

左手定则与右手定则在高中教学阶段通常是分别应用，前者是对安培力及洛伦兹力方向的判断，后者则用于对感应电流或感应电动势方向的判断。当前，对于两个定则的表述主要有两类——网络课件中的表述和人民教育出版社出版的教科书中的表述。本文主要从这两类表述的区别出发来理解这两个定则。

一、左手定则

（1）描述的区别。网络课件中的表述和人民教育出版社高中物理选修3-1中的表述的主要区别为是否“让磁感线垂直穿过掌心”。要解决这个问题，可从英国电机工程师、物理学家约翰·安布罗斯·弗莱明发现“左手定则”开始研究。左手定则是这样诞生的：当时英国伦敦大学的著名教授弗莱明先生为避免学生在磁场、电流与受力的方向上经常出错，他想出一个简单的记忆方法并传授给学生们：左手的食指、中指及拇指伸直，让这三个手指在空间内呈相互垂直关系。用食指表示磁场的方向，用中指表示电流的流向，拇指所指向的方向为受力方向。实践证明，左手定则确实可以很好地帮助学生理解这一知识。这种教学思想和当前众多网络课件上的教学思路是一致的，但这一定则其实仅适用于导线与磁场的方向两两垂直的情况，当导线和磁场方向呈现新的情况时，这一定则无法使用。

（2）两种表述的理解。在人教版新教材中，磁感线并不需要垂直穿过掌心，但必须确保安培力方向与电流、磁场两者所在的平面垂直，这样方能确定安培力的方向。该方法有部分学生不容易掌握，这时候教师可以对网络课件中的描述进行改进，以确保学生能够正确运用左手定则。当磁感应强度的方向与导线方向成θ角时，可以将B分解为与导线垂直的分量B⊥和与导线平行的分量B∥。导线所受安培力只是B⊥产生的。據此，学生根据网络上的课件所介绍的办法来判断安培力的具体方向时，就可以先将B顺着导线和垂直于导线做分解，然后将表述中“磁感线垂直穿过掌心”改为“B⊥垂直穿过掌心”。

（3）两个版本的统一。用以上两种方法分别解决上述问题时，最终结果是统一的。依据人教版教材方法处理安培力方向的问题，可以将左手四指指向电流的方向，将手掌绕着电流所在的直线旋转，直至磁感线从掌心穿过，且拇指与B、I确定平面垂直，这时拇指的指向就是安培力的方向。网络课件的方法是让B⊥垂直穿过掌心，最后判断出安培力的方向和人教版教材的方法是一致的。实质上，采用人教版教材的方法时，旋转手掌的过程就是为了让B⊥垂直穿过掌心。

二、右手定则

（1）描述的区别。网络课件中的表述和人民教育出版社高中物理选修3-2中右手定则的表述的主要区别也为是否需要“让磁感线垂直穿过掌心”。右手定则可以理解为是楞次定律的特殊情况，这一定则可用于导体棒切割磁感线时对感应电流方向进行判断。当磁感应强度方向和切割的速度方向垂直时，那么网络课件中的方法便可以直接使用，但若磁感应强度方向和切割的速度方向不垂直就无法正常使用。

（2）两种表述的理解。这一问题只讨论当导线和速度方向、磁场方向均呈现垂直时的情况。磁感应强度为矢量，当磁感应强度B的方向与速度成θ角时，可将它分解为与速度垂直的分量B⊥和与速度平行的分量B∥。其中B∥不产生感应电流，感应电流只是B⊥产生的。此时，网络课件中“磁感线垂直穿过掌心”改为“B⊥垂直穿过掌心”。人教版教材中的方法只需要磁感线从掌心进入，保证四指和导线平行，此方法较方便。

（3）两个版本的统一。人教社教材中的方法相当于让“B⊥垂直穿过掌心”。因为拇指和手掌共面，此时B⊥与速度垂直，必然与手掌垂直。

三、对两个定则网络课件表述的另一类改进

左手定则：当导线和磁场方向不垂直时，“让磁感线垂直穿入掌心”和“四指指向电流的方向”这两者无法都得到保证。这时，可以先让磁感线垂直穿入掌心，然后让手掌绕磁感线所在直线进行转动，直到四个手指指向有效电流方向，此时拇指的指向就是安培力方向。实质上，导线受到的安培力是与磁场垂直的有效长度受到的安培力，四指的指向则是导线有效长度中电流的方向。

右手定则：当磁场方向和速度方向不垂直时，“磁感线从手心垂直进入”和“大拇指指向导体运动的方向”两者也不能两全。这时，保证四个手指与导线之间保持平行，让磁感线垂直穿入掌心，让大拇指指向为有效切割速度方向，此时四个手指的指向即感应电流的方向。