电磁学现象及其规律的探究

电磁学现象及其规律的探究

作者：郑浩然

来源：《新教育时代·教师版》2017年第46期

摘 要：电磁学这部分知识，需要学生通过电流产生的磁场以找出某个物理量，如磁场方向、电流方向、力的方向等。课本中的三定则对学生的解题有一定帮助，但是左手右手并用，常常会左右不分以致混淆，加之电磁力抽象难懂，若都统一为用右手理解楞次定律，探究各个力的方向，则更容易记忆。本文通过例题分析以及实际来检验使用右手解题的便捷性，为同学们在学习电磁学知识的方法上提供帮助。 关键词：电磁学 右手定则 左手定则

Hans Christian Oersted是首次提出电的周围具有磁的人，发现电流具有磁效应，电流能够产生磁场，且磁场方向跟电流的 方向具有一定的关系。为便于理解，课本中引入了三种定则来帮助理解，本文通过三道例题来分析电磁学现象及电磁学的规律。 一、右手 定则

右手定则用于判断通电导线切割磁感线产生的感应电流，可以帮助我们判定电流的方向。伸开右手，大拇指与其余四指呈90度，并在同一平面，磁感线从手掌心穿入，拇指指向导线运动的方向，四指所指方向就是感应电流的方向[1]。单一涉及右手定则类型题目较为简单，很少能见到。

二、右手活用左手定则

电荷在磁场中运动是因为洛伦兹力，导线在磁场中运动是因为安培力。左手定则就是用来判断洛伦兹力的方向和安培力的方向。通电导线在磁场中会产生安培力，而安培力的方向垂直于导线和磁感应强度的方向。教科书中所写方法是使用左手拇指和四指呈90度，并且都跟掌心呈180度，让磁感线进入掌心，四指指向电流或运动的正电荷的方向， 大拇指所指方向是力的方向[2]。

而在这里提出活用右手，使四指沿电流或电流元（矢量）方向伸直，再向磁感线方向弯曲，大拇指的方 向就是安培力或洛伦兹力的方向。同时发现，不管是安培力还是洛伦兹力，都处于和磁感线垂直的状态，即不在同一个平面上，使力与磁感线形成一个三维体系。 例1. 有两个平行但有一端用导线相连的铜棒1-2、3-4，磁感线的方向已在图中标明，将两根铜棒放置于磁场上，有一个力牵动铜棒3-4向左运动时，铜棒1-2也向左运动，若一个外力使铜棒3-4小棒向右侧移动时，则（ ） A.铜棒12也向右运动 B.铜棒12向左运动

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C.铜棒12并不运动 D.无法确定是否运动

解析：当铜棒3-4向左运动时，用右定则，掌心朝上，拇指朝左，则四指向下，同理铜棒1-2也是，那么判断电流的流向是4321，导线在13端相连。

使铜棒3-4向右移动时，用右手定则，掌心向上，磁感线由掌心向上穿过，拇指指向铜棒3-4运动的方向，可知电流方向即四指指向4流向3，则可知E F中电流的方向为1流向2。 当我们得知铜棒1-2的电流流向，使用我们提出的右手活用左手定则法，使四指指向铜棒1-2的电流方向朝下，再朝着磁感线的方向，向内弯曲四指，拇指指向右，说明铜棒2的安培力是向右的。故选A。

例2. 试判断下列各图中带点粒子受洛伦兹力方向或所带电荷种类或运动方向。 解析：根据我们提出的右手活用来判定洛伦兹力方向。

图a中，负电荷向右，则正电荷的方向应向左，四指朝左，再朝着磁感线的方向，向内弯曲四指，拇指朝下指向洛伦兹力的方向。

图b中，正电荷向下，则四指向下，磁感线向外，则顺着磁感线，向外弯曲四指，拇指朝左指向洛伦兹力的方向。

图c中，正电荷向上运动，四指朝上，顺着磁感线的方向向右弯曲四指，拇指朝内，即为洛伦兹力的方向，从纸外垂直穿向纸內。

图d中，假定为正电荷，向右运动则四指朝右，磁感线向内，则向内弯曲四指，拇指朝上，发现与图中相反，则电荷为负电荷。

图e中，洛伦兹力向上，拇指向上，四指与掌心呈90度，磁感线向内，保持90度的夹角不动，将四指的朝向指向内后，打开四指使四指与掌心呈一个平面，发现四指打开后朝右，即为正电荷运动的方向，负电荷向左运动。 三、安培定则（右手螺旋定则）

我们除了用右手来判断电流方向，洛伦兹力和安培力的方向，还可以通过右手螺旋定则来判断螺线圈N极的方向，磁感线从线圈的外部N极出发再回到S极，在线圈内部从S极到N极，形成一个完整的磁场，这种通电后的螺线圈，类似我们常见的条形磁铁[3]。在实验课时，运用磁沙和小磁针来观察磁场的分布情况，再次证实了电流的方向与磁场N极有关，也就是常见的安培定则。

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例3. 如下图所示，两部分的线圈套在同一管上，两段都可以自由左右移动，当开关闭合时，这两个线圈将会（ ） A.朝左右两个相反的方向分开 B.两端都向中间靠拢 C.两个线圈都保持静止

D.先朝左右相反分开，后向中间靠拢

解析：根据安培定则，电流从正极出发，流向负极，则打开右手，掌心朝向纸面，向下弯曲四指，拇指朝向左，则左端线圈的左端为S极，右端为N极，右侧线圈的左端也是S极，右端也是N极，也就是说，两线圈靠近中间的位置，两线圈的极性相反，因为异性磁极会互相吸引产生引力，故这两个线圈相互吸引而向中间靠拢。故选B。。 结语

以上这三个问题涉及三个定则，而我们活用右手定则，就可以一并解决，无需记忆何时使用左手，何时使用右手。右手活用左手定则，更方便记忆和理解电磁学的各种现象与规律。其实右手就是一个可在空间中任意平动和旋转的三面体，只要活用右手，将以上方法反复练习，牢记拇指都是与四指垂直，磁感线的方向是“穿进点出”，便可轻松应对电磁学现象的问题。这不仅对同学们在解决物理问题上有所帮助，而且能帮助同学们游刃有余的分析问题、理解原理。所以，我们除在学习电磁学上需要灵活转换，在学习高中物理乃至其他学科上也是需要融会贯通，学会联系现实，联系生活多实践，只有这样才能在学习中找到快乐。 参考文献

[1]曹猛. 浅析右手定则的新生用法[J]. 中学物理：高中版， 2015， 33（13）：46-46. [2]闫峰， 刘义侠. 电磁感应中楞次定律和右手定则的典型应用[J]. 中国科教创新导刊， 2011（2）：78-78.

[3]彭小玲，储怀祝. 电流对条形磁铁作用的探讨[J]. 物理教师，2010，31（02）：56.