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高中物理丨电磁学中“手”的妙用!


在电磁学中,有三个重要定则要用到手:右手螺旋定则、右手定则、左手定则。手相当于一个可任意平动和转动的三维坐标系,建立这样一些定则有利于定性理解问题。这些定则在历史上帮助人类探索自然界的规律发挥过很大作用,是电磁学的核心知识。但在解决具体问题的过程中,学生常常会把这三个定则混淆,不知该用左手还是用右手,在考试中遇到需要综合应用其中的两个或三个定则时,一会儿用左手,一会儿用右手,更是弄得学生头昏脑胀,常常就将左右手用反了,导致解题错误。学生若在知道这三个定则“是什么”、“怎么用”的同时,总结出这三个定则的异同和巧记方法,就会加强记忆,能正确使用了。

一、是什么、怎么用

1.左手定则

判定通电导线在磁场中的受力方向,伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内,让磁感线从垂直掌心的方向进入,并使四指指向电流的方向,这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向,如图所示。磁感线若与电流方向不垂直,可以将磁感线进行分解,只取与电流垂直方向的分量进行判断即可。

 

2.右手螺旋定则(安培定则)

通电直导线中的安培定则(安培定则一):用右手握住通电直导线,让大拇指指向电流的方向,那么四指指向就是磁感线的环绕方向,如左图所示;通电螺线管中的安培定则(安培定则二):用右手握住通电螺线管,让四指指向电流的方向,那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极,如右图。

 

3.右手定则

判定导线切割磁感线时感应电流的方向,伸开右手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一平面内,让磁感线从手心进入,并使拇指指向导线运动方向,这时四指所指的方向就是感应电流的方向,如图4所示。

二、三个定则的比较

左手定则是判定通电导体在磁场中受力方向的,因此这里涉及三个方向:通电导体电流方向,磁场方向及受力方向。右手定则是关于运动导体在磁场中产生感应电流问题的,也涉及三个方向:导体运动速度方向,磁场方向及感应电流方向。

 

右手螺旋定则(安培定则)是判定通电导体产生的磁场方向的,其中只涉及两个方向:导体电流方向与所产生的磁场方向。螺旋定则用左手还是右手,可形象化记忆:右手比左手更灵活地握拳螺旋,所以螺旋定则用右手,而不是左手。

1.左手定则“因电而动”

通电导体棒在磁场中因受到磁场对它的作用力而发生运动过程,电能转化为机械能。该过程导体中存在电流是“因”,通电导体棒受到安培力而运动是“果”,即“因电而动”。左手定则就是反映这一现象中通电导体棒所受安培力的方向跟磁场方向和导体棒中所通过电流的方向之间的关系的定则。

 

可抽象化记忆为:左手是软弱的,在电场力的作用下被动地移动,所以用来判断通电直导线在磁场中受力方向!伸出你无力的左手,电流正流过你平伸的四指,磁感线正穿透你的掌心,而你无力的左手,只能在电场力的作用下向着大拇指所指的方向移动(只是说拇指所指是电场力方向,不一定真的移动)。

2.右手定则“因动生电”

闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,闭合电路中就会产生感应电流。该过程机械能转化为电能。该过程导体做切割磁感线运动是“因”,而导体中产生感应电流是“果”,即“因动生电”。右手定则就是反映这一过程中产生的感应电流的方向跟磁场方向和导体切割磁感线方向之间的关系的定则。

运用左手定则与右手定则就是一个知“因”索“果”的过程,所以在应用时必须首先分析哪是“因”,哪是“果”。

 

可抽象化记忆为:一般人右手比左手更有劲。那么用右手判断感应电流的方向,伸出你强有力的右手,让磁感线垂直穿透掌心,伸出你强有力的右手大拇指,让右手手掌在强有力的大拇指的牵引下,向着大拇指所指的方向移动,看见了吗?源源不断的电流正从你其余的四指指尖流出,就如同六脉神剑的剑气。

要正确地使用定则,只有弄清所要判定的问题的能量转化,抓住因果关系,就能准确无误。概括起来就是“左力右电”。

 

即“因电而动”—用左手;“因动生电”—用右手。“力”字的最后一笔向左钩,可以联想到左手定则用来判断安培力;“电”字的最后一笔向右钩,可以联想到右手定则用来判断感应电流方向。也就是说左手定则适用于通电导体在磁场中运动的受力问题,右手定则适用于电磁感应现象。同时要注意应用左手定则时磁感线方向、电流方向、导体受力的方向三者互相垂直,应用右手定则时磁感线方向、感应电流方向和导体运动的方向三者互相垂直。

 

关于左手定则和右手定则,还可记住两个关键字“力”和“电”。左手定则是先通有电流,后判断力的方向。可将左手形象记忆为“电动机”,因为电动机是先有电后才有力。右手定则是先有导体运动,后判断电流的方向。

 

那么可将右手形象记忆为“发电机”,因为发电机是先有运动或力,后才有电。联系生产实际,按照习惯人们干活都是先用右手后用左手,记忆应当是“左动右发”,这样对定则的使用会起到很好的帮助作用。为方便记忆,用一句顺口溜来总结:“左动右发,直导螺线右手抓”。

 


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