巧用左手定则与右手定则

1“右手定则”与”左手定则”的统一北京景山学校远洋分校肖伟华一、电磁学中的左手定则与右手定则左右手定则是电磁学中两个非常重要的定则。左手定则用来判断电流在磁场中受力的方向，右手定则用来判断导体棒在磁场中做切割磁感线运动时产生的感应电流的方向。两个定则的操作方法如下：1、左手定则：如图一，左手平展，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内。把左手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，四指指向电流所指方向，则大拇所指指的方向就是导体受力的方向。2、右手定则：如图二，右手平展，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内。把右手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，大拇指指导体运动方向，则四指所指的方向就是导体中感应电流的方向。二、学生在实际学习与应用中的困惑1、左右定则混淆。学生的困惑在于不知何时该用左手定则，何时该用右手定则，判断的依据不明，导致左右手定则经常混淆。2、右手定则与安培定责的混淆。右手定则与安培定则都是用右手，一不注意就会混淆。3、教师的努力与失策。为了让学生正确区分左右手定则，教师们绞尽了脑汁，各有高招。有的老师总结出“右发左电”的口诀，还有的老师则从“力”和“电”两个字的书写做文章。如“力”的最后一笔是向左的，因此，在判断电流受力时用左手；“电”的最后一笔是向右的，因此，在判断磁生电时用右手。凡此种种，不一而足。然而在实际教学中，效果仍不理想，还是有同学会混。究其原因，是因为没有从“根上”解决问题。因为无论是电流在磁场中受力问题还是导体在磁场中运动产生电流的问题，都涉及到“电”，学生在拿到一个具体问题以后，还是犹豫该用左手定则，还是该用右手定则。另外，在右手定则的表述中“右手四指指导体中电流的方向”，没有揭示电磁感应真正的本质，在遇到判断电路中“电势高低”或求导体棒两端电压等一类问题时，学生常常根据“电流从高电势向低电势流动”为依据，把作为电源的导体两端电势高低判断错，而计算导体棒两端的电压时，不是算成电动势就是算成内电压。老师苦恼:学生怎么老学不会?学生郁闷:怎么老做错？有没有简单易行的方法解决这些问题呢？笔者在多年的教学中，总结出把“左、右手定则”统一为“左手定则”的做法，取得了很好的效果。三、右手定则与左手定则的统一图一图二2所谓统一，就是在判断电流受力和判断导体做切割磁感线运动产生感应电流方向时都用左手定则，不再用右手定则，即把两个定则统一为左手定则。为了区别传统的左手定则，我们把统一后的左手定则称为“新左手定则”。1、用“新左手定则”判断电流在磁场中的受力用“新左手定则”判断电流在磁场中受力与原来的方法一样，即：左手平展，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内。把左手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，四指指向电流所指方向，则大拇指的方向就是导体受力的方向。见图一。2、用“新左手定则”判定感应感应电流的方向（电源的正负极）判断导体切割磁感线产生感应电流方向（动生电动势的正、负极）的“新左手定则”表述如下：左手平展，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内。把左手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，四指指向导体运动方向，则大拇指指向感应电流的方向（电源正极一端）。3、“新左手定则”统一的本质“新左手定则”是把传统的左手定则和右手定则统一后得到的，即只用一个定则，既可以判断电流在磁场中受力的方向，也可以判断导体做切割磁感线运动时感应电流的方向（通过产生的动生电动势的正、负极确定）。应用“新左手定则”时，关键是四指与大拇指各指的方向如何确定。为此，我们对图一和图三进行下面的分析：在图一中，判断电流在磁场中受力，电流是受力的原因，受力是结果，用“新左手定则”判断时，四指指电流方向，大拇指指受力方向，即四指指“因”，大拇指指“果”；在图三中，判断导体做切割磁感线运动产生的感应电流方向（动生电动势的正、负极）时，运动是产生感应电流的原因，感应电流是结果，用“新左手定则”判断时，四指指运动方向（因），大拇指指感应电流方向(电源的正极)（果），还是四指指“因”，大拇指指“果”。由上分析可知，用“新左手定则”时，无论是判断电流受力还是判断感应电流方向，都是“四指指因，大拇指指果”，这是“新左手定则”统一的本质。四、左右手定则统一的优点及应用举例1、精简了定则数量，减少了混淆的可能性。左右手定则统一后，电磁学中的定则数量就由原来的三个精简为两个，即判断电流产生磁场的安培定则（右手螺旋定则）和判断电流在磁场中受力及动生电流方向的“新左手定则”，一个用右手，一个用左手，容易区别，易于掌握。2、强调了“电受力”、“动生电”的因果关系分析，使学生对定则的本质有更深的理解，因而理解更深入，操作更准确。vI图三3应用“新左手定则”时，强调对“电”的因果分析。是因动生“电”（此时电是果）还是因“电”受力（此时电是因）。弄清了“电”的因果，“新左手定则”就能应用自如了。3、“新左手定则”强调通过判断动生电动势正负极来判断感应电流方向，更能深刻揭示电磁感应现象的本质是产生感应电动势，“新左手定则”直接判断出电动势的正、负极，通过“画等效电路”引导学生联系恒定电流的相关知识，有助于学生解决判断电路中电流的流向、电势的高低以及路端电压的计算等问题。下面我们看两个典型例题：例1：如图四所示，光滑导轨dc、ef固定在水平面上，导轨电阻不计，导轨间距为L=0.2m。垂直于导轨平面的磁场磁感应强度B=0.5T,两导轨间连接电阻R=0.8Ω。金属棒ab电阻为0.2Ω，垂直于导轨放在导轨上。现用外力F水平拉动金属棒，使金属棒一速度v=10m/s向右匀速运动。不计导体棒与导轨间的摩擦。求：1、感应电动势的大小；2、流过电阻R的电流方向；3、ab间的电势差，哪点电势高？4、水平拉力F的大小和方向。分析：金属棒向右运动，根据“新左手定则”判断:将左手平展，四指与大拇指垂直，磁感线穿掌心，四指指向右，则大拇指指向a，即通过ab的电流从b到a，a端为电源的正极。可画出等效电路如图五所示。由图可知，通过R的电流方向为从d到e，ab间的电势差为路端电压，即电阻R两端的电压。根据“新左手定则”，ab受到的安培力方向向左，则水平拉力的方向水平向右，大小等于安培力大小。解：1、由E感=BLV可得：E感=0.5×0.2×10V=1V2、由图五可知，流过电阻R的电流方向从d到e。3、由闭合电流欧姆定律：rREI可得：AI1VIRUab8.0由图五可知：a电电势高。4、根据安培力公式：BLIF安可得：NF1.0安根据力的平衡可知：0.1N安FF，方向水平向右。说明：在分析电磁感应的有关问题时，画出等效电路图是非常重要的一步，这是正确解决电磁感应有关问题的出发点，也是解决电磁感应问题的基本技巧。例2、如图六所示，垂直纸面向里的匀强磁场的区域宽度为2a，磁感应强度的大小为B。一边长为a、RE感,r图五deab4电阻为4R的正方形均匀导线框ABCD从图示位置开始沿水平向右方向以速度v匀速穿过磁场区域，在下图中线框A、B两端电压UAB与线框移动距离x的关系图象正确的是（）解：根据“新左手定则”，磁感线穿掌心，四指指运动方向，大拇指指电源的正极，画出正方形线框刚进入磁场、在磁场中运动以及穿出磁场三个状态及其对应的等效电路图如下：可知，线框刚进入磁场时，AB边相当于电源，BavUAB43，在磁场中运动时，AB与CD边都切割磁感线，产生的电动势相同，回路中电流为零，BavUAB，穿出磁场时，CD边相当于电源，BavUAB41。因此正确答案为D。实践表明，在学生学习电磁感应的时候不讲右手定则，用统一的左手定则进行教学，学生掌握的很顺利，应用也很自如，不存在思维障碍。关键是老师要摆脱思维定势的影响，深刻理解“新左手定则”中体现的“因”、“果”关系，摆脱先入为主的右手定则的影响，一定能取得良好的教学效果。图六ABCDABCDABCD