董定輝

摘 要 學(xué)生在學(xué)習(xí)安培力和洛倫茲力方向判定時(shí)掌握了左手定則，在判定電磁感應(yīng)電流方向時(shí)又學(xué)習(xí)了右手定則，當(dāng)出現(xiàn)綜合性練習(xí)時(shí)，好多學(xué)生出現(xiàn)左手右手判定混亂的情況，為了解決這種判定混亂的情況，應(yīng)該想個(gè)辦法把左手定則和右手定則進(jìn)行有效的統(tǒng)一。

關(guān)鍵詞 左手定則 右手定則 電磁感應(yīng)電流

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.12.066

How to Unify "the Left Hand Rule" and “the Right Hand Rule"

DONG Dinghui

（Guangzhou Zengcheng District Yonghe Middle School， Guangzhou， Guangdong 511356）

Abstract The students grasp the left hand rule in the study of Ampere force and Lorenz force direction， in determining the current direction of electromagnetic induction and learn the right hand rule， when there are comprehensive exercises， many students have left hand to determine the chaotic situation， in order to solve this kind of judgement of chaos， should think of a way to effective unify the left and right hand rule .

Keywords the left hand rule； the right hand rule； electromagnetic induction current

粵教版選修3—1物理課本第三章《磁場(chǎng)》介紹了用右手螺旋定則來(lái)判定電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向，用左手定則來(lái)判定電流在磁場(chǎng)中受到的安培力和運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的洛倫茲力的方向。教材中對(duì)“左手定則”描繪如下：圖1，伸開左手，使大拇指與其余四指垂直，并且都跟手掌在同一個(gè)平面內(nèi)。把左手放入磁場(chǎng)中，讓磁感線垂直穿入手心，四指指向電流的方向，大拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向。

選修3—2課本第一章《電磁感應(yīng)》中又用右手定則來(lái)判定切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電流或感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向?！坝沂侄▌t”描繪如下：圖2，伸開右手，使大拇指與其余四指垂直，并且都跟手掌在一個(gè)平面內(nèi)。把右手放入磁場(chǎng)中，讓磁感線垂直穿入手心，大拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)的方向，其余四指所指的方向就是導(dǎo)體中感應(yīng)電流的方向。

這兩個(gè)判定，在各自學(xué)習(xí)時(shí)并沒有太大的困難，可一旦綜合起來(lái)，特別是高三的學(xué)生進(jìn)行第一輪復(fù)習(xí)時(shí)，有一些綜合性的題目需要學(xué)生“左右開弓”，部分學(xué)生就會(huì)出現(xiàn)判定混亂，“左右不分”，極易出錯(cuò)。

1 在判定方向時(shí)存在的問(wèn)題

（1）教師和學(xué)生在思想上的不重視。在高二進(jìn)行新課教學(xué)時(shí)，部分學(xué)生會(huì)覺得這個(gè)知識(shí)比較容易接受，知道了磁場(chǎng)要穿過(guò)手心，大拇指代表什么方向，四指代表什么方向，在經(jīng)過(guò)了幾次練習(xí)后便覺得已經(jīng)熟練掌握，而不愿多加練習(xí)。老師也會(huì)覺得這個(gè)問(wèn)題簡(jiǎn)單易懂，不用動(dòng)腦只需動(dòng)手就可以輕松掌握，而沒有給學(xué)生較多的訓(xùn)練。導(dǎo)致學(xué)生基本知識(shí)掌握不牢固，遇到綜合性問(wèn)題時(shí)手忙腳亂，左右不分。甚至有些老師總結(jié)出“力”的最后一筆是向左撇，所以用左手定則；“電”的最后一筆是向右的，所以用右手定則。然而實(shí)際教學(xué)中，仍然有大批學(xué)生分不清楚，遇到問(wèn)題總是猶豫該用左手還是該用右手呢？效果極不理想。

（2）四指和大拇指指向所代表的含義，在不同的判定中也不盡相同，導(dǎo)致部分不熟練的學(xué)生在綜合應(yīng)用時(shí)造成混淆，出現(xiàn)錯(cuò)誤。左手定則判斷安培力時(shí)四指指向電流方向，判斷洛倫茲力時(shí)四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)方向，負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向。右手定則判斷感應(yīng)電流方向時(shí)，大拇指指向?yàn)閷?dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)方向，四指指向即為感應(yīng)電流方向。

（3）在右手定則的表述中“右手四指指向?qū)w中電流的方向”，沒有揭示電磁感應(yīng)真正的本質(zhì)，在遇到判斷電路中“電勢(shì)高低”或求導(dǎo)體棒兩端電壓等一類問(wèn)題時(shí)，學(xué)生常常以“電流從高電勢(shì)向低電勢(shì)流動(dòng)”為依據(jù)，把作為電源的導(dǎo)體棒兩端電勢(shì)高低判斷錯(cuò)誤，在計(jì)算導(dǎo)體棒兩端的電壓時(shí)，不是算成電動(dòng)勢(shì)就是算成內(nèi)電壓。

（4）對(duì)于我們這樣的農(nóng)村學(xué)校和生源，學(xué)生本身基礎(chǔ)差，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性也較差，多數(shù)學(xué)生覺得自己聽懂了一些問(wèn)題就開始沾沾自喜，得意忘形，導(dǎo)致對(duì)知識(shí)一知半解，遇到多個(gè)相似問(wèn)題就混淆不清。

2 感應(yīng)電流的本質(zhì)和新判定方法

有沒有簡(jiǎn)單易行的方法解決這些問(wèn)題呢？就是說(shuō)在判斷切割磁感線所產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向時(shí)，不用右手定則，統(tǒng)一只用左手定則，能不能夠辦得到呢？如果我們從感應(yīng)電流產(chǎn)生的本質(zhì)出發(fā)，就可以總結(jié)出把“左、右手定則”統(tǒng)一為“新左手定則”的做法。

圖3導(dǎo)體棒ab向右切割磁感線，電鍵開關(guān)斷開時(shí)，ab棒內(nèi)電子速度向右，洛倫茲力方向指向b，電子向b端聚集，a端因失去電子而帶正電，從而，切割磁感線產(chǎn)生的電勢(shì)差為，電鍵閉合后，b端聚集的電子就通過(guò)電阻R向a端轉(zhuǎn)移，電子沿a-b-c-d-a移動(dòng)，形成了b-a-d-c-a的持續(xù)電流。作為電源的ab棒產(chǎn)生的電流由b流向a，而這個(gè)電流就是由于電子受洛倫茲力作用定向移動(dòng)所產(chǎn)生的。

以上分析可知，感應(yīng)電流的形成是由于電子的定向移動(dòng)形成的，而電子的移動(dòng)又是由于受到相同方向的洛倫茲力作用而導(dǎo)致的。因此，感應(yīng)電流是大量運(yùn)動(dòng)電荷受到洛倫茲力作用后的宏觀表現(xiàn)。既然如此，我們完全可以舍棄“右手定則”，把他融合到左手定則中，總結(jié)出“新左手定則”，如圖4：伸開左手，放入磁場(chǎng)中，使大拇指與四個(gè)手指垂直，磁場(chǎng)垂直穿過(guò)手心，四個(gè)手指指向?qū)w棒速度的方向，那么大拇指的指向即為感應(yīng)電流流動(dòng)的方向（大拇指所指的一邊也是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正極）。endprint

3 新左手定則能夠統(tǒng)一的本質(zhì)和基本原理

（1）運(yùn)動(dòng)電荷受洛倫茲力如圖5。

（2）通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受安培力如圖6。

（3）大量電子受洛倫茲力作用后定向移動(dòng)，形成電流如圖7。

上面三幅圖可知，無(wú)論是單個(gè)電荷所受的洛倫茲力，還是電流所受的安培力，對(duì)應(yīng)的本質(zhì)和原理都一樣，安培力是由于電勢(shì)差導(dǎo)致大量電荷定向移動(dòng)形成了電流，大量電荷受洛倫茲力作用后宏觀表現(xiàn)為安培力；感應(yīng)電流則是由大量運(yùn)動(dòng)電荷受到洛倫茲力作用后定向移動(dòng)形成的電流，感應(yīng)電流的方向也是與正電荷定向移動(dòng)的方向相同，與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反。

既然本質(zhì)和產(chǎn)生原理是一樣的，我們完全可以用一個(gè)判定方法來(lái)解決洛倫茲力、安培力、感應(yīng)電流這三個(gè)問(wèn)題。但是難點(diǎn)在于要讓學(xué)生明白這其中的邏輯關(guān)系，明確因果關(guān)系。圖1中，判斷電流在磁場(chǎng)中受力，因?yàn)榇艌?chǎng)中有了垂直于磁場(chǎng)的電流，所以導(dǎo)體棒才會(huì)受力，即電流是“因”，受力是“果”。用“新左手定則”判斷時(shí)，四指指電流方向（即四指指“因”），大拇指指受力（“果”）方向；圖4中，判斷導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向時(shí)，運(yùn)動(dòng)是產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因，感應(yīng)電流是結(jié)果，用“新左手定則”判斷時(shí)，四指指向運(yùn)動(dòng)方向（因），大拇指指向感應(yīng)電流方向（果），依然是四指指“因”，大拇指指“果”。由以上分析可知，用“新左手定則”時(shí)，無(wú)論是判斷電流受力還是判斷感應(yīng)電流方向，都是“四指指因，大拇指指果”，這是“新左手定則”統(tǒng)一的本質(zhì)。

4 典型例題分析

【題1】圖8，光滑導(dǎo)軌固定在水平面上，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)=0.2m。垂直于導(dǎo)軌平面的磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T，兩導(dǎo)軌間連接電阻R=0.8 。金屬棒ab電阻為0.2 ，垂直于導(dǎo)軌放在導(dǎo)軌上?，F(xiàn)用外力F水平拉動(dòng)金屬棒，使金屬棒以速度v=10m/s向右勻速運(yùn)動(dòng)。不計(jì)導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的摩擦。求：

①感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大??；②流過(guò)電阻R的電流方向；③ab間的電勢(shì)差，哪點(diǎn)電勢(shì)高？④水平拉力F的大小和方向。

分析：金屬棒向右運(yùn)動(dòng)，根據(jù)“新左手定則”判斷：將左手平展，四指與大拇指垂直，磁感線穿掌心，四指指向右，則大拇指指向a，即通過(guò)ab的電流從b到a，a端為電源的正極，即Ua>Ub?？僧嫵龅刃щ娐啡鐖D9。由圖可知，通過(guò)（下轉(zhuǎn)第147頁(yè)）（上接第144頁(yè)）R的電流方向?yàn)閺膁到c，ab間的電勢(shì)差為路端電壓，即電阻R兩端的電壓。根據(jù)“新左手定則”，ab受到的安培力方向向左，則水平拉力的方向水平向右，大小等于安培力大小。

【題2】（2015課標(biāo)Ⅱ，15）圖10，直角三角形金屬框abc放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向平行于ab邊向上。當(dāng)金屬框繞ab邊以角速度 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，a、b、c三點(diǎn)的電勢(shì)分別為Ua、Ub、Uc。已知bc邊的長(zhǎng)度為l。下列判斷正確的是（ ）

A.Ua>Uc ，金屬框中無(wú)電流

B.Ub>Uc，金屬框中電流方向沿a-b-c-a

C.，金屬框中無(wú)電流

D.，金屬框中電流方向沿a-c-b-a

分析：閉合金屬框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以角速度 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過(guò)金屬框的磁通量始終為零，金屬框中無(wú)電流。根據(jù)“新左手定則”，且bc之間的電勢(shì)差。

5 用“新左手定則”進(jìn)行判定的意義

（1）符合物理學(xué)科特點(diǎn)。物理是一門科學(xué)學(xué)科，重視對(duì)科學(xué)真理的探索。物理以感知為基礎(chǔ)，有詳細(xì)的概念系統(tǒng)、有定性規(guī)律、有定量規(guī)律，有完整的從表象到本質(zhì)、從個(gè)別到普遍的抽象概括過(guò)程。因此，物理學(xué)習(xí)很講究分析和解決問(wèn)題的科學(xué)思維方法。而不能羅列一大堆的公式、定理、定律讓學(xué)生死記硬背。像本文所述，左手定則和右手定則只有短短幾句話，背下來(lái)容易，而要靈活運(yùn)用，則需要從本質(zhì)上加以理解。

（2）符合物理教學(xué)目標(biāo)。物理教學(xué)目標(biāo)分別是知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀。把左、右手定則統(tǒng)一后的“新左手定則”教授給學(xué)生，學(xué)生掌握了這個(gè)知識(shí)，從本質(zhì)上理解了基本原理后就會(huì)印象深刻，熟練練習(xí)后就能掌握到這個(gè)方法和技巧，做到舉一反三、融會(huì)貫通。

（3）符合科學(xué)的創(chuàng)新性?！靶伦笫侄▌t”不僅解決了電流方向的問(wèn)題，而且能夠快速判斷出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的高低（大拇指指向的一邊為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正極）。這個(gè)判斷在右手定則里是沒有的，學(xué)生在判斷感動(dòng)電動(dòng)勢(shì)的正負(fù)時(shí)往往一貫以為電流從高電勢(shì)流向低電勢(shì)。因?yàn)椴恢栏袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)相當(dāng)于電源的內(nèi)電路，內(nèi)電路中電流從低電勢(shì)流向高電勢(shì)，所以在判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電勢(shì)的高低時(shí)，總有不少學(xué)生犯錯(cuò)?！靶伦笫侄▌t”不僅幫大家理解了感應(yīng)電流形成的本質(zhì)，而且指明了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正負(fù)極。

經(jīng)過(guò)在高二這樣的授課后，高三的學(xué)生基本都采用這樣的方法來(lái)進(jìn)行判定，多數(shù)學(xué)生相比以往都比較愿意接受這種方法。此方法不僅明確了三種情況的本質(zhì)和原理，讓學(xué)生做到知其然，知其所以然，而且在運(yùn)用過(guò)程中簡(jiǎn)單明了。學(xué)生只需要從條件中找到什么是因，什么是果，然后參照“新左手定則”伸出左手，即可快速做出判斷。

參考文獻(xiàn)

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