張金海

【摘 要】本文從學(xué)生易認(rèn)知的角度上分析了導(dǎo)體中“電流”與導(dǎo)體“運動”的“因”“果”關(guān)系，闡明了“左手定則”和“右手定則”的本質(zhì)區(qū)別，提出正確運用兩個定則的辦法。

【關(guān)鍵詞】左手定則；右手定則；安培力方向；感應(yīng)電流方向

在電磁學(xué)中，“左手定則”和“右手定則”是兩條重要的物理規(guī)律。簡單來說，“左手定則”就是由通電導(dǎo)線的電流方向來判斷通電導(dǎo)線受到的安培力方向，導(dǎo)體受到安培力后往往要運動，有時候也指運動方向；“右手定則”就是由切割磁感線的導(dǎo)體的運動方向來判斷感應(yīng)電流的方向。這兩個定律揭示出了“電流”方向和導(dǎo)體“受力”方向或?qū)w“運動”方向之間的相互制約關(guān)系。

學(xué)生在應(yīng)用這兩個定律時，往往容易將兩者混淆。尤其是在“反過來”應(yīng)用這兩個定律，即由通電導(dǎo)線受到的安培力而發(fā)生運動時來判斷通電導(dǎo)線電流的方向，即“反用左手定則”和由感應(yīng)電流的方向來判斷切割磁感線的導(dǎo)體的運動方向，即“反用右手定則”時。對于第一種情況，很多學(xué)生往往是一看到導(dǎo)體在磁場中運動馬上就去用判斷電流方向“右手定則”，結(jié)果判斷錯誤。對于第二種情況，很多學(xué)生往往是一看到磁場中的通電導(dǎo)線運動馬上就去用判斷導(dǎo)線受力方向的“左手定則”，結(jié)果導(dǎo)線受力方向判斷錯誤。學(xué)生不知道在這兩種情況下，究竟是該用“左手定則”還是“右手定則”。

對于學(xué)生遇到的這個疑惑，筆者認(rèn)為主要是學(xué)生沒有搞清楚“運動”與“電流”的“因”“果”關(guān)系。所以有必要讓學(xué)生搞清楚這兩個定則的本質(zhì)是什么。通電導(dǎo)線在磁場中受到的安培力，實際是運動電荷受到洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，導(dǎo)體因為有了電流，所以才會受到安培力，“有電流”是“原因”，受到“安培力”“運動”是“結(jié)果”。這就是用“左手定則”判斷安培力。導(dǎo)體在外力作用下切割磁感線時，導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷會在洛倫茲力作用下沿著導(dǎo)體運動，宏觀表現(xiàn)為形成感應(yīng)電流。這時導(dǎo)體“運動”是“原因”，形成感應(yīng)“電流”是“結(jié)果”，這就是用“右手定則”判斷感應(yīng)“電流”方向。

從這兩個定律的本質(zhì)可以看出，如果是導(dǎo)線“因為”有電流了，“結(jié)果”就要受到“安培力”“運動”，此時是“電流”是“原因”，“受力”“運動”就是“結(jié)果”，這時我們可以用“左手定則”來判斷“力”的方向。如果是導(dǎo)線“因為”受外“力”運動了，“結(jié)果”就要產(chǎn)生感應(yīng)“電流”，此時是“運動”是“原因”，產(chǎn)生“電流”就是“結(jié)果”，這時我們可以用“右手定則”來判斷“電流”的方向。所以辨明“運動”和“電流”的“因”“果”關(guān)系是正確運用這兩個定律的關(guān)鍵，即如果有“電流”是原因，受“安培力”“運動”是結(jié)果，就用左手定則，如果有“運動”是“原因”，產(chǎn)生“電流”就是“結(jié)果”，就用“右手定則”。

下面我們通過兩個例子，看看如何辨明“因”“果”，巧用兩個定則的。

例1：兩根相互平行的金屬導(dǎo)軌水平放置于圖1所示的勻強磁場中，在導(dǎo)軌上接觸良好的導(dǎo)體棒AB和CD可以自由滑動.當(dāng)AB在外力F作用下向右運動時，下列說法中正確的是（ ）

A.導(dǎo)體棒CD內(nèi)有電流通過，方向是D→C

B.導(dǎo)體棒CD內(nèi)有電流通過，方向是C→D

C.磁場對導(dǎo)體棒CD的作用力向左

D.磁場對導(dǎo)體棒AB的作用力向左

在這個題目中，兩個導(dǎo)體棒與兩根金屬導(dǎo)軌構(gòu)成閉合回路。導(dǎo)體棒AB“因為”受到向右的“力”作用，切割磁感線，所以“結(jié)果”必然要產(chǎn)生感應(yīng)“電流”，屬于“運動”是“原因”，產(chǎn)生“電流”是“結(jié)果”的，我們可以用“右手定則”判斷出電流由B流向A。電流在流過導(dǎo)體棒AB時，“因為”有“電流”流過所以“結(jié)果”還要受到安培“力”，可以用“左手定則”判斷導(dǎo)體棒AB受到的安培力向左。感應(yīng)電流流過導(dǎo)體棒CD時，導(dǎo)體棒“因為”有“電流”自上而下流過，我們可以用“左手定則”判斷出導(dǎo)體棒受到的安培“力”向右。所以說，我們辨明了導(dǎo)體中“電流”和“受力”的“因”“果”關(guān)系，對于這類問題便可以少犯錯誤。

例2：如圖所示，水平放置的兩條光滑軌道上有可自由移動的金屬棒PQ、MN，MN的左邊有一閉合電路，當(dāng)PQ在外力的作用下運動時，MN向右運動，則PQ所做的運動可能是（ ）

A.向右加速運動

B.向左加速運動

C.向右減速運動

D.向左減速運動

有的學(xué)生在分析導(dǎo)體棒MN時是這樣的：左邊由電源構(gòu)成的閉合回路電流由b流向a，由安培定則可以判斷出金屬棒MN處在由ba電流產(chǎn)生的垂直紙面向里的磁場中。由題意知靜止的金屬棒MN向右運動，一定受到向右的安培力作用，這就要求MN中必須有電流。既然導(dǎo)體棒MN向右運動，必然就要切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向由“右手定則”判斷得到一個錯誤的結(jié)論是“由N流向M”。在這一過程中，學(xué)生沒有弄清楚流經(jīng)MN的“電流”與其“運動”的關(guān)系，誤認(rèn)為流經(jīng)MN的“電流”是其“運動”產(chǎn)生的，即導(dǎo)體棒MN“因為”“運動”，所以“結(jié)果”才產(chǎn)生了“電流”的，將“因”“果”關(guān)系倒置。類似的在判斷導(dǎo)體棒PQ時也犯了相同的錯誤，得到錯誤結(jié)論。

其實我們可以這樣解析：

在這個過程中，導(dǎo)體棒MN是“因為”有電流流過，“所以”才會受到向右的“安培力向右運動”的，有電流是“原因”，受到安培力向右運動是“結(jié)果”。按照我們的結(jié)論這是一個由電流判斷運動的問題，應(yīng)該用“左手定則”，很容易判斷出金屬棒MN的電流方向由M流向N。

流過MN的電流就是線圈L1產(chǎn)生的感應(yīng)電流，線圈L1相當(dāng)于電源，金屬棒MN相當(dāng)于外電路。由流過MN的電流方向運用安培定則可以判斷出流過線圈L1的電流產(chǎn)生的磁場方向沿鐵芯向上。

線圈L1和線圈L2共同套在同一個鐵芯上，線圈L1產(chǎn)生的感應(yīng)電流必然是線圈L2產(chǎn)生的磁場變化所引起的。由楞次定律可知，線圈L2中的電流產(chǎn)生的磁場對應(yīng)著兩種變化：一種是沿鐵芯向上減弱，一種是沿鐵芯向下增強。

若線圈L2產(chǎn)生的磁場方向沿鐵芯向上減弱，由安培定則可以判斷出線圈L2中的電流在流過金屬棒PQ時方向由Q流向P且減小。線圈L2中的電流來源于金屬棒PQ，金屬棒PQ相當(dāng)于電源，線圈L2相當(dāng)于外電路。

此時金屬棒PQ時“因為”“運動”了，“結(jié)果”才產(chǎn)生了感應(yīng)“電流”，金屬棒“運動”是“原因”，產(chǎn)生感應(yīng)“電流”是結(jié)果。按照我們的結(jié)論這是一個由運動判斷電流的問題，應(yīng)該用“右手定則”，很容易判斷出金屬棒PQ從左向右運動。故可以選“C”。

若線圈L2產(chǎn)生的磁場方向沿鐵芯向下增強，用類似的方法可以判斷出“B”也對。

可見，如果我們能夠辨明導(dǎo)線中“電流”方向和導(dǎo)體“運動”方向的“因”“果”關(guān)系，便能夠正確運用好“左手定則”和“右手定則”，準(zhǔn)確把握住“電流”與導(dǎo)體“運動”方向的關(guān)系。