周姝紅

在物理電學部分,講到了磁與電磁的相關知識,在生活當中,電與磁之間也存在著密切的聯(lián)系,幾乎所有的電器設備都應用到了磁與電磁感應的基本原理,作為一名學生,要學好這一部分知識,必須要理解好四個定則——安培定則,左手定則,右手定則,楞次定律。這四個定則就象一條繩索一樣,貫穿整個磁與電磁的知識,將這一部分知識連成一個系統(tǒng)。這里,筆者就這四個定則的學習要點跟大家一起簡單探討。

1 安培定則

丹麥科學家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流周圍存在磁場,磁場方向的判斷就用到安培定則,安培定則又叫右手螺旋定則。

針對具體的情況,安培定則的內(nèi)容與運用也有所不同。(1)判斷直線電流的磁場方向。定則內(nèi)容:右手握住直導線,讓大拇指指向與電流方向相同,則四指環(huán)繞方向就是直導線周圍磁場方向。如圖1-1所示, 為導體橫截面電流方向。(2)判斷環(huán)形電流的磁場方向。法則內(nèi)容 : 讓右手彎曲的四指順著環(huán)形電流方向,則大拇指就表示環(huán)內(nèi)磁力線的方向。如圖1-2所示, 為環(huán)內(nèi)的磁力線方向。(3)判斷通電螺線管的磁場方向,其內(nèi)容為,右手握住螺線管,讓彎曲的四指指向電流方向,拇指所指的方向就是通電螺線的磁場北極N.的方向。如圖1-3所示。

安培定則運用主要在于區(qū)別三種狀態(tài)下,大拇指和四指的特定指向——第一種情況,大拇指是指向電流方向,四指環(huán)繞方向為磁場方向;而第二種,第三種狀態(tài)下,四指環(huán)繞方向為電流方向 ,大拇指指向為中心磁場方向。

2 左手定則

當通電導體處在磁場中的時候,它會受到磁場力(也叫安培力或電磁力)的作用,這個作用力方向的判斷定則就是左手定則,左手定則的內(nèi)容為:伸開左手,讓大拇指與其余四指平面垂直,讓磁力線垂直穿入掌心,四指指向電流方向,大拇指指向既為通電導體受力方向。左手定則的運用范圍包含三種情況;(1)用來判斷對載流直導體的作用力的方向,如圖2-1,通電導體的電流方向為I,則用左手定則判斷知F方向如圖示。(2)判斷通電線圈在磁場中受到的力偶矩M方向,圖2-2示,ab邊導線受到垂直紙面向里的力,cd邊受到垂直紙面向外的力,所以線圈繞00軸順時針方向轉(zhuǎn)動。此原理被廣泛的用在我們的直流電流表、電壓表當中。(3)判斷運動電荷在磁場中受到的洛侖磁力f的方向,如圖2-3,已知處在磁場中的射線束在洛侖磁力作用下的偏轉(zhuǎn)方向,用左手定則可判斷其電流方向為I,也可知管中的射線束所帶為正電。

3 右手定則

電流周圍存在的磁場方向用安培定則判斷,與之相逆的現(xiàn)象——磁生電的方向則用右手定則判定。當閉合導體的一部分在磁場中作切割磁力線的運動或穿過閉合線圈中的磁通發(fā)生變化時,回路中就會有感應電流產(chǎn)生,產(chǎn)生的感應電流的方向用右手定則判定。伸出右手讓大拇指與其余四指垂直在同一平面內(nèi),令磁感應線從掌心穿入,拇指指向?qū)Ь€運動方向,則四指所指為感生電流的方向。

左手定則和右手定則在使用中容易混淆,但只要記住兩個基本原則,就可加深理解,將兩者從本質(zhì)上區(qū)別開來。一是左手定則運用的場合是已知為帶電導體,即先有I;而右手定則是用來判別產(chǎn)生的感應電流I的方向,如圖3-1(a)所示,已知通電導體電流方向I,判斷其受力方向用左手定則;如圖3-1(b)所示,已知感應電流方向I,判斷其運動方向用右手定則。第二點左手定則是判斷受力方向F或題中已標有F,用左手定則判其它相關方向;而右手定則是先有運動V或題中已知V方向用右手定則判其它量的方向。如圖3-2(c)用左手定則判斷電流方向,3-2(d)用右手定則判斷感應電流方向。理解了這兩點,做相關題目就不會因分不清用左右手而迷糊了。

4 楞次定律

楞次定律跟右手定則一樣,也是用來判斷感應電流的方向。它的內(nèi)容是:感生電流的磁通總是企圖阻礙引發(fā)感生電流的原磁通變化。

在運用楞次定律判斷方向時關鍵要理解好“阻礙”這兩個字的含義,當原磁通增加時,感應電流所產(chǎn)生的感應 磁通要阻礙其增加,所以方向與原磁通方向相反,當原磁通減少時,感應磁通要阻礙其減少,所以方向與原磁通方向相同。

另外,楞次定則也可表示為:感應電流產(chǎn)生的效果,總是反抗引起電流的原因,這里所說“效果”可以理解為由感應電流所激發(fā)的磁場,也可理解由感應電流所引起的機械作用。例,用線繩吊起一銅圓環(huán),將一條形磁鐵插入銅圓環(huán),銅環(huán)怎么運動?由楞次定律可知,銅圓環(huán)運動原因是磁鐵向銅圓環(huán)運動,所以銅圓環(huán)向左運動。

磁與電磁這一章中的這四個定則是相互獨立的,各自有各自適用的范圍,各自有各自的特點,但它們又是彼此相關聯(lián)的,在解同一題中這四個定則有可能同時都會用到,這就要求我們理解它們各自的內(nèi)容之后再在具體的題目中熟練運用。