摘要：本文就如何判斷磁場中相互作用的規(guī)律作了詳細闡述，并利用“趨同性”的原則舉例分析了磁場中相互作用的變化趨勢。這對加深理解磁場間相互作用的規(guī)律有著獨特的實際意義。
　　關(guān)鍵詞：磁場；趨同性原則；相互作用
　　中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148(2011)2(S)-0042-2
　　
　　磁極間“同名磁極相斥、異名磁極相吸”的規(guī)律，學(xué)生在初中物理中就學(xué)過。筆者在教學(xué)過程中，曾有學(xué)生提出這樣的疑問：為什么是同名相斥、異名相吸。筆者當(dāng)時愣了，我還真沒有想過這是為什么，因為這是實驗總結(jié)出的規(guī)律。在該部分還有許多實驗總結(jié)出的規(guī)律，如左手定則、同向電流相互吸引、異向電流相互排斥等。它們都有著各自問題的出發(fā)點和各自的規(guī)律，但都是關(guān)于磁場中的相互作用問題的規(guī)律性，那它們有沒有統(tǒng)一的或本質(zhì)的聯(lián)系呢?筆者通過分析和總結(jié)發(fā)現(xiàn)磁場中的相互作用都具有“趨同”的性質(zhì)。
　　
　　1 趨同性
　　
　　眾所周知，放在磁場中的小磁針會受到磁場力的作用，其靜止時N極所指的方向為該點的磁感應(yīng)強度方向，如圖1。仔細觀察后會發(fā)現(xiàn)，靜止時小磁針內(nèi)部的磁感線方向總是和所在處磁場的磁感線方向一致，也就是說小磁針內(nèi)部的磁感線方向和所處磁場的磁感線方向有趨向同一方向的性質(zhì)。當(dāng)然，這里還有個問題就是為什么是磁針內(nèi)部磁感線趨同而外部卻可能相反呢?筆者認為這是因為小磁針內(nèi)部磁感線密集，其強度比外部大，所以就表現(xiàn)以內(nèi)部磁感線的這種趨同作為外在表現(xiàn)。小磁針只有在內(nèi)部磁場與所處外部磁場方向一致時才會停止轉(zhuǎn)動。在圖1中我們還可以發(fā)現(xiàn)，“同名磁極相斥、異名磁極相吸”在螺線管內(nèi)部并不適用。但不論是在螺線管內(nèi)部還是外部，小磁針內(nèi)部磁感線和所在處外界磁感線總是趨同的。
　　研究表明，這種“趨同”性也表現(xiàn)在磁場對電流的作用中。如圖2，垂直紙面向外的磁場中有一通電直導(dǎo)線，由左手定則或?qū)嶒灴芍獙?dǎo)線受到的安培力向下。那么能不能再從“趨同”的角度來重新審視?若畫出電流周圍的磁感應(yīng)線將會發(fā)現(xiàn)：電流上方的磁感應(yīng)線方向向外與所在處磁感應(yīng)方向相同，下方的磁感應(yīng)線方向向里與所在處磁感應(yīng)方向相反。為了讓導(dǎo)線磁感應(yīng)線與所處外界磁場最大可能的趨同，導(dǎo)線的受力應(yīng)向下，這與左手定則判斷結(jié)果相吻合。而若把導(dǎo)線換成一個閉合線框，并使線框平動不會改變其趨同程度，則閉合線框所受合力應(yīng)為零，但線框有擴大或縮小的趨勢(與所通電流方向有關(guān))，這也與實際情況吻合。
　　另外，這種“趨同”還表現(xiàn)在電流對電流的作用中。如圖3所示，有兩根平行的通有同向電流的直導(dǎo)線截面圖，由左手定則分析可知這兩根導(dǎo)線應(yīng)相互吸引。若我們再從“趨同”的角度看，會發(fā)現(xiàn)當(dāng)導(dǎo)線完全并攏后，兩導(dǎo)線的磁感應(yīng)線也會完全同向，趨于一致，可以說同向電流間的相互作用也是為了追求磁感應(yīng)線的最大化趨同。
　　通過以上的分析可以得出：在磁場中的相互作用，其結(jié)果實際上就是使相互作用的兩物體的磁感應(yīng)線最大化地趨于一致，也就是說磁場中的相互作用有一種使磁感線趨同的特征。
　　
　　2 應(yīng)用例析
　　
　　2．1 磁化
　　一條鐵棒未被磁化時，內(nèi)部的分子電流取向是雜亂的。當(dāng)放入外界磁場時，各分子電流的取向?qū)⒋笾孪嗤?。因為由磁場作用的趨同性可知，被磁化后鐵棒內(nèi)部的磁感應(yīng)線方向應(yīng)與外磁場方向趨于一致。如：
　　例1 如圖4所示，M1與M2為兩根原本未被磁化的鐵棒，現(xiàn)將它們分別放置于如圖所示位置，則被通電螺線管產(chǎn)生的磁場磁化的4yhzIVBJ+tFDLYqDrWlK7mbJvMvjUw33dTEOeLnIQDU=情況是（ ）
　　A．M1的左端為N極，M2的右端為N極
　　B．M1和M2的左端均為N極
　　C．M1的右端為N極，M2的左端為N極
　　D．M1和M2的右端均為N極
　　解析 由M1與M2處在螺線管產(chǎn)生的磁場中，不難畫出M1處的磁場方向向左，M2處的磁場方向向右/scOZg0c7mk4RRJUzQX9DzBCOcoFMytYEKegTt12udw=，磁化后M1和M2內(nèi)部的磁感應(yīng)線將與外磁場趨同，所以選項A正確。
　　總結(jié) 磁化問題對學(xué)生來講一般不構(gòu)成難點，但學(xué)生有時會簡單地認為N極磁化出S極，S極磁化出N極而導(dǎo)致M1的磁化極性錯誤。若從趨同性入手就可以直接得到被磁化物體內(nèi)部磁感線方向，就不會導(dǎo)致錯誤。
　　2．2 一般磁場中通電導(dǎo)線的運動
　　例2 如圖5a所示，把一重力不計的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵磁極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動。當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向電流I時，導(dǎo)線的運動情況是(從上往下看)( )
　　A．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降
　　B．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升
　　C.逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降
　　D．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升
　　解析 按一般思路，應(yīng)該首先畫出導(dǎo)線處的磁感應(yīng)線，然后在導(dǎo)線上與磁感應(yīng)線的交點處取兩段微元A、B。由左手定則分析它們所受的安培力，A向外，B向里，得出導(dǎo)線將逆時針方向轉(zhuǎn)動。假設(shè)導(dǎo)線已經(jīng)轉(zhuǎn)到與紙面垂直，其電流將垂直紙面向里，由左手定則可知其所受安培力將向下，所以導(dǎo)線將要下降。當(dāng)然，導(dǎo)線的轉(zhuǎn)動和下降并不是分步的，而應(yīng)是同時的。所以應(yīng)選C。
　　若用“趨同”的思路，該題的解答將變得較為簡單。因為最終狀態(tài)是為了兩物體磁感應(yīng)線最大化地趨于一致，由它們的磁感應(yīng)線分布可知，馬蹄形磁鐵內(nèi)部下部分磁感應(yīng)線密集。而對導(dǎo)線而言，越靠近導(dǎo)線磁感應(yīng)線越密，實現(xiàn)了最大程度的“趨同”，所以最終狀態(tài)應(yīng)大致如圖5b所示。因此選C答案。
　　例3 如圖6所示，兩條導(dǎo)線互相垂直，但相隔一小段距離，其中一條AB是固定的，另一條CD能自由活動。當(dāng)直流電流按圖示方向通過兩條導(dǎo)線時，導(dǎo)線CD將(垂直于紙面向里看)( )
　　A．不動
　　B．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時靠近導(dǎo)線AB
　　C.逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時離開導(dǎo)線AB
　　D．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時離開導(dǎo)線AB
　　E．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時靠近導(dǎo)線AB
　　解析 由趨同性可知，最終兩導(dǎo)線的環(huán)形磁場應(yīng)該趨同。為了趨同，導(dǎo)線會轉(zhuǎn)成同向并相互靠近，所以選E。
　　總結(jié) 以上兩個問題均是該部分的典型例題，學(xué)生可能較難掌握。因此，對于這類問題筆者認為，教師可以先讓學(xué)生用常規(guī)的微元法和左手定則解答，以熟悉左手定則的應(yīng)用和訓(xùn)練空間思維能力。然后再從磁場作用趨同性換角度思考，使學(xué)生的思維角度多元化、靈活化。
　　(欄目編輯羅琬華)