右手螺旋定则的唯一性

文/王书明

摘 要：本文提出，电工学教师在电磁学的教学中，判断电流产生的磁场方向用“右手螺旋定则”，判断通电导体在磁场中受到的电磁力的方向用“左手定则”，判断导体切割磁感线所产生的感应电动势的方向又要用右手定则。如果我们把这三个定则合而为一，即一个“右手螺旋定则”，那么在电磁学中矢量方向的判断上出现错误的概率就会大大下降。

教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 ：电磁学三大定则 右手螺旋定则

一、电磁学三大定则的内容

1.右手螺旋定则

（1）判断通电直导体的磁场方向：以右手握住导体，伸直大拇指，则拇指所指的方向表示电流方向，四指弯曲的方向表示磁感线方向。

（2）判断环形电流的磁场方向：右手弯曲，四指握的方向表示电流方向，伸直的拇指所指的方向就是环形导线中心线上磁感线的方向。

（3）判断通电螺线管的磁场方向：右手握住通电螺线管，四指弯曲的方向与电流方向一致，伸指的拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向。

2.左手定则

（1）运动电荷在磁场中的受力方向：摊平左手，使拇指与四指成垂直状，让磁感线垂直穿进掌心，四指指向正电荷的运动方向（或负电荷运动的反方向），则拇指所指的方向就是电荷的受力方向。

（2）判断通电直导体的受力方向：摊平左手，拇指与四指成垂直状，让磁感线垂直穿进掌心，四指指向电流方向，则拇指所指的方向就是通电导体的受力方向。

3.右手定则

判断直导体切割磁感线产生的感应电动势的方向：摊平右手，拇指与四指成垂直状，让磁感线垂直穿进掌心，大拇指指向导体运动方向，则四指所指的方向就是感应电动势的方向。

二、学生易出现的三类问题

一是左、右手定则会出现混淆，该用左手时用了右手，该用右手时却用了左手。

二是拇指和四指所代表的矢量容易混淆。

三是当用左手定则时遇到电荷运动方向（或电流方向）与磁感线不垂直时，以及用右手定则遇到导体运动方向与磁感线不垂直时难以判断。因为这要先将电流矢量（或速度矢量）沿与磁感线垂直和平行两个方向分解后才能使用左手定则（或右手定则）。

三、“右手螺旋定则”的唯一性

如果一、二类问题同时出现，其判断结果却是正确的，所以把“左手定则”中拇指和四指所代表的两个矢量对调就成了“新右手定则”，而把“右手定则”中拇指和四指所代表的矢量对调就成了“新左手定则”。如此三大定则就成了两大定则。而学生仍然会有左、右手搞混的情况出现。如果把“左手定则”改为“新右手定则”，情况会好一些，这样就只有“右手螺旋定则”和“右手定则”了，这样至少不会养成伸左手的习惯了，左、右手搞混的概率就会大大减小。

那么如何将“左手定则”与“右手定则”改为“右手螺旋定则”呢？其实很简单，它的理论依据就是矢量的叉乘。即两个矢量的叉乘所得的量若仍然是矢量，那么这三个矢量之间存在叉乘关系。如=×，那么大小的计算公式为A=BCsinα，其中α是、两矢量间小于90°的夹角，而矢量的方向则可用“右手螺旋定则”来判定。即“伸出右手，让拇指与其余四指垂直，四指从第一矢量的方向弯向第二矢量的方向，那么拇指的指向就是第三矢量的方向。”矢量的叉乘不仅解决了矢量的方向判断，而且也解决了大小计算问题。“左手定则”与“右手定则”各自所涉及的三个矢量正是符合矢量的叉乘。原“左手定则”中，运动电荷在磁场中所受的作用力的叉乘公式为=q×，力的大小为F=qvBsinα。载流导体在磁场中所受作用力的叉乘公式为=L×，力的大小为=LIBsinα。力的方向就可用“右手螺旋定则”判定。原“右手定则”中，直导体切割磁感线产生的感应电动势的叉乘公式为=L×，其感应电动势的大小为e=LvBsinα。而且在以上的三个叉乘公式中，磁感应强度都是第二矢量，另一已知矢量或为第一矢量，结果或为需要求得的第三矢量。这样即使两个已知矢量不垂直也丝毫不影响判断，第三类问题也就不存在了。只是使用“右手螺旋定则”时，第一、第二矢量不能颠倒，或者判断结果就会相反。另外四指弯曲方向要沿两矢量夹角小于180°的方向弯。一个“右手螺旋定则”贯彻电磁学的始终，既减轻了学生的记忆负担又方便了判断。学生判断出错的概率大大降低，但存在的问题是各类考试试卷中有时会出现“左手定则”及“右手定则”的考题。所以老师还要给学生讲解这两个定则。要解决这一困惑，必须在教科书和试题中彻底废止“左手定则”与“右手定则”。

四、小结

建立“右手螺旋定则”的唯一性，可以从根本上实现三大定则的统一，缩短教学课时，减轻学生的记忆负担，方便学生做出正确的判断，减小判断出错的概率，真正做到有百利而无一弊。

（作者单位：安徽省淮南技工学校）