如何统一“左手定则”和“右手定则”

董定辉

摘 要 学生在学习安培力和洛伦兹力方向判定时掌握了左手定则，在判定电磁感应电流方向时又学习了右手定则，当出现综合性练习时，好多学生出现左手右手判定混乱的情况，为了解决这种判定混乱的情况，应该想个办法把左手定则和右手定则进行有效的统一。

关键词 左手定则 右手定则 电磁感应电流

中图分类号：G424 文献标识码：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

粤教版选修3—1物理课本第三章《磁场》介绍了用右手螺旋定则来判定电流产生的磁场的方向，用左手定则来判定电流在磁场中受到的安培力和运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力的方向。教材中对“左手定则”描绘如下：图1，伸开左手，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内。把左手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，四指指向电流的方向，大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。

选修3—2课本第一章《电磁感应》中又用右手定則来判定切割磁感线产生的感应电流或感应电动势的方向。“右手定则”描绘如下：图2，伸开右手，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，大拇指指向导体运动的方向，其余四指所指的方向就是导体中感应电流的方向。

这两个判定，在各自学习时并没有太大的困难，可一旦综合起来，特别是高三的学生进行第一轮复习时，有一些综合性的题目需要学生“左右开弓”，部分学生就会出现判定混乱，“左右不分”，极易出错。

1 在判定方向时存在的问题

（1）教师和学生在思想上的不重视。在高二进行新课教学时，部分学生会觉得这个知识比较容易接受，知道了磁场要穿过手心，大拇指代表什么方向，四指代表什么方向，在经过了几次练习后便觉得已经熟练掌握，而不愿多加练习。老师也会觉得这个问题简单易懂，不用动脑只需动手就可以轻松掌握，而没有给学生较多的训练。导致学生基本知识掌握不牢固，遇到综合性问题时手忙脚乱，左右不分。甚至有些老师总结出“力”的最后一笔是向左撇，所以用左手定则；“电”的最后一笔是向右的，所以用右手定则。然而实际教学中，仍然有大批学生分不清楚，遇到问题总是犹豫该用左手还是该用右手呢？效果极不理想。

（2）四指和大拇指指向所代表的含义，在不同的判定中也不尽相同，导致部分不熟练的学生在综合应用时造成混淆，出现错误。左手定则判断安培力时四指指向电流方向，判断洛伦兹力时四指指向正电荷运动方向，负电荷运动的反方向。右手定则判断感应电流方向时，大拇指指向为导体棒运动方向，四指指向即为感应电流方向。

（3）在右手定则的表述中“右手四指指向导体中电流的方向”，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，学生常常以“电流从高电势向低电势流动”为依据，把作为电源的导体棒两端电势高低判断错误，在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。

（4）对于我们这样的农村学校和生源，学生本身基础差，学习的主动性也较差，多数学生觉得自己听懂了一些问题就开始沾沾自喜，得意忘形，导致对知识一知半解，遇到多个相似问题就混淆不清。

2 感应电流的本质和新判定方法

有没有简单易行的方法解决这些问题呢？就是说在判断切割磁感线所产生的感应电流方向时，不用右手定则，统一只用左手定则，能不能够办得到呢？如果我们从感应电流产生的本质出发，就可以总结出把“左、右手定则”统一为“新左手定则”的做法。

图3导体棒ab向右切割磁感线，电键开关断开时，ab棒内电子速度向右，洛伦兹力方向指向b，电子向b端聚集，a端因失去电子而带正电，从而，切割磁感线产生的电势差为，电键闭合后，b端聚集的电子就通过电阻R向a端转移，电子沿a-b-c-d-a移动，形成了b-a-d-c-a的持续电流。作为电源的ab棒产生的电流由b流向a，而这个电流就是由于电子受洛伦兹力作用定向移动所产生的。

以上分析可知，感应电流的形成是由于电子的定向移动形成的，而电子的移动又是由于受到相同方向的洛伦兹力作用而导致的。因此，感应电流是大量运动电荷受到洛伦兹力作用后的宏观表现。既然如此，我们完全可以舍弃“右手定则”，把他融合到左手定则中，总结出“新左手定则”，如图4：伸开左手，放入磁场中，使大拇指与四个手指垂直，磁场垂直穿过手心，四个手指指向导体棒速度的方向，那么大拇指的指向即为感应电流流动的方向（大拇指所指的一边也是感应电动势的正极）。endprint

3 新左手定则能够统一的本质和基本原理

（1）运动电荷受洛伦兹力如图5。

（2）通电直导线在磁场中受安培力如图6。

（3）大量电子受洛伦兹力作用后定向移动，形成电流如图7。

上面三幅图可知，无论是单个电荷所受的洛伦兹力，还是电流所受的安培力，对应的本质和原理都一样，安培力是由于电势差导致大量电荷定向移动形成了电流，大量电荷受洛伦兹力作用后宏观表现为安培力；感应电流则是由大量运动电荷受到洛伦兹力作用后定向移动形成的电流，感应电流的方向也是与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反。

既然本质和产生原理是一样的，我们完全可以用一个判定方法来解决洛伦兹力、安培力、感应电流这三个问题。但是难点在于要让学生明白这其中的逻辑关系，明确因果关系。图1中，判断电流在磁场中受力，因为磁场中有了垂直于磁场的电流，所以导体棒才会受力，即电流是“因”，受力是“果”。用“新左手定则”判断时，四指指电流方向（即四指指“因”），大拇指指受力（“果”）方向；图4中，判断导体做切割磁感线运动产生的感应电流方向时，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，四指指向运动方向（因），大拇指指向感应电流方向（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。

4 典型例题分析

【题1】图8，光滑导轨固定在水平面上，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=0.8 。金属棒ab电阻为0.2 ，垂直于导轨放在导轨上。现用外力F水平拉动金属棒，使金属棒以速度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；③ab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，即Ua>Ub。可画出等效电路如图9。由图可知，通过（下轉第147页）（上接第144页）R的电流方向为从d到c，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。

【题2】（2015课标Ⅱ，15）图10，直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向平行于ab边向上。当金属框绕ab边以角速度 逆时针转动时，a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc。已知bc边的长度为l。下列判断正确的是（ ）

A.Ua>Uc ，金属框中无电流

B.Ub>Uc，金属框中电流方向沿a-b-c-a

C.，金属框中无电流

D.，金属框中电流方向沿a-c-b-a

分析：闭合金属框在匀强磁场中以角速度 逆时针转动时，穿过金属框的磁通量始终为零，金属框中无电流。根据“新左手定则”，且bc之间的电势差。

5 用“新左手定则”进行判定的意义

（1）符合物理学科特点。物理是一门科学学科，重视对科学真理的探索。物理以感知为基础，有详细的概念系统、有定性规律、有定量规律，有完整的从表象到本质、从个别到普遍的抽象概括过程。因此，物理学习很讲究分析和解决问题的科学思维方法。而不能罗列一大堆的公式、定理、定律让学生死记硬背。像本文所述，左手定则和右手定则只有短短几句话，背下来容易，而要灵活运用，则需要从本质上加以理解。

（2）符合物理教学目标。物理教学目标分别是知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观。把左、右手定则统一后的“新左手定则”教授给学生，学生掌握了这个知识，从本质上理解了基本原理后就会印象深刻，熟练练习后就能掌握到这个方法和技巧，做到举一反三、融会贯通。

（3）符合科学的创新性。“新左手定则”不仅解决了电流方向的问题，而且能够快速判断出感应电动势的高低（大拇指指向的一边为感应电动势的正极）。这个判断在右手定则里是没有的，学生在判断感动电动势的正负时往往一贯以为电流从高电势流向低电势。因为不知道感应电动势相当于电源的内电路，内电路中电流从低电势流向高电势，所以在判断感应电动势电势的高低时，总有不少学生犯错。“新左手定则”不仅帮大家理解了感应电流形成的本质，而且指明了感应电动势的正负极。

经过在高二这样的授课后，高三的学生基本都采用这样的方法来进行判定，多数学生相比以往都比较愿意接受这种方法。此方法不仅明确了三种情况的本质和原理，让学生做到知其然，知其所以然，而且在运用过程中简单明了。学生只需要从条件中找到什么是因，什么是果，然后参照“新左手定则”伸出左手，即可快速做出判断。

参考文献

[1] 保宗悌.普通高中课程标准实验教科书物理选修3—1.广东教育出版社，2004（7）.

[2] 保宗悌.普通高中课程标准实验教科书物理选修3—2.广东教育出版社，2005（7）.

[3] 赵凯华.电磁学.高等教育出版社，2011（7）.endprint