辨明“因”“果”，巧用“左手定则”和“右手定则”

张金海

【摘 要】本文从学生易认知的角度上分析了导体中“电流”与导体“运动”的“因”“果”关系，阐明了“左手定则”和“右手定则”的本质区别，提出正确运用两个定则的办法。

【关键词】左手定则；右手定则；安培力方向；感应电流方向

在电磁学中，“左手定则”和“右手定则”是两条重要的物理规律。简单来说，“左手定则”就是由通电导线的电流方向来判断通电导线受到的安培力方向，导体受到安培力后往往要运动，有时候也指运动方向；“右手定则”就是由切割磁感线的导体的运动方向来判断感应电流的方向。这两个定律揭示出了“电流”方向和导体“受力”方向或导体“运动”方向之间的相互制约关系。

学生在应用这两个定律时，往往容易将两者混淆。尤其是在“反过来”应用这两个定律，即由通电导线受到的安培力而发生运动时来判断通电导线电流的方向，即“反用左手定则”和由感应电流的方向来判断切割磁感线的导体的运动方向，即“反用右手定则”时。对于第一种情况，很多学生往往是一看到导体在磁场中运动马上就去用判断电流方向“右手定则”，结果判断错误。对于第二种情况，很多学生往往是一看到磁场中的通电导线运动马上就去用判断导线受力方向的“左手定则”，结果导线受力方向判断错误。学生不知道在这两种情况下，究竟是该用“左手定则”还是“右手定则”。

对于学生遇到的这个疑惑，笔者认为主要是学生没有搞清楚“运动”与“电流”的“因”“果”关系。所以有必要让学生搞清楚这两个定则的本质是什么。通电导线在磁场中受到的安培力，实际是运动电荷受到洛伦兹力的宏观表现，导体因为有了电流，所以才会受到安培力，“有电流”是“原因”，受到“安培力”“运动”是“结果”。这就是用“左手定则”判断安培力。导体在外力作用下切割磁感线时，导体内的自由电荷会在洛伦兹力作用下沿着导体运动，宏观表现为形成感应电流。这时导体“运动”是“原因”，形成感应“电流”是“结果”，这就是用“右手定则”判断感应“电流”方向。

从这两个定律的本质可以看出，如果是导线“因为”有电流了，“结果”就要受到“安培力”“运动”，此时是“电流”是“原因”，“受力”“运动”就是“结果”，这时我们可以用“左手定则”来判断“力”的方向。如果是导线“因为”受外“力”运动了，“结果”就要产生感应“电流”，此时是“运动”是“原因”，产生“电流”就是“结果”，这时我们可以用“右手定则”来判断“电流”的方向。所以辨明“运动”和“电流”的“因”“果”关系是正确运用这两个定律的关键，即如果有“电流”是原因，受“安培力”“运动”是结果，就用左手定则，如果有“运动”是“原因”，产生“电流”就是“结果”，就用“右手定则”。

下面我们通过两个例子，看看如何辨明“因”“果”，巧用两个定则的。

例1：两根相互平行的金属导轨水平放置于图1所示的匀强磁场中，在导轨上接触良好的导体棒AB和CD可以自由滑动.当AB在外力F作用下向右运动时，下列说法中正确的是（ ）

A.导体棒CD内有电流通过，方向是D→C

B.导体棒CD内有电流通过，方向是C→D

C.磁场对导体棒CD的作用力向左

D.磁场对导体棒AB的作用力向左

在这个题目中，两个导体棒与两根金属导轨构成闭合回路。导体棒AB“因为”受到向右的“力”作用，切割磁感线，所以“结果”必然要产生感应“电流”，属于“运动”是“原因”，产生“电流”是“结果”的，我们可以用“右手定则”判断出电流由B流向A。电流在流过导体棒AB时，“因为”有“电流”流过所以“结果”还要受到安培“力”，可以用“左手定则”判断导体棒AB受到的安培力向左。感应电流流过导体棒CD时，导体棒“因为”有“电流”自上而下流过，我们可以用“左手定则”判断出导体棒受到的安培“力”向右。所以说，我们辨明了导体中“电流”和“受力”的“因”“果”关系，对于这类问题便可以少犯错误。

例2：如图所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，MN的左边有一闭合电路，当PQ在外力的作用下运动时，MN向右运动，则PQ所做的运动可能是（ ）

A.向右加速运动

B.向左加速运动

C.向右减速运动

D.向左减速运动

有的学生在分析导体棒MN时是这样的：左边由电源构成的闭合回路电流由b流向a，由安培定则可以判断出金属棒MN处在由ba电流产生的垂直纸面向里的磁场中。由题意知静止的金属棒MN向右运动，一定受到向右的安培力作用，这就要求MN中必须有电流。既然导体棒MN向右运动，必然就要切割磁感线，产生的感应电流方向由“右手定则”判断得到一个错误的结论是“由N流向M”。在这一过程中，学生没有弄清楚流经MN的“电流”与其“运动”的关系，误认为流经MN的“电流”是其“运动”产生的，即导体棒MN“因为”“运动”，所以“结果”才产生了“电流”的，将“因”“果”关系倒置。类似的在判断导体棒PQ时也犯了相同的错误，得到错误结论。

其实我们可以这样解析：

在这个过程中，导体棒MN是“因为”有电流流过，“所以”才会受到向右的“安培力向右运动”的，有电流是“原因”，受到安培力向右运动是“结果”。按照我们的结论这是一个由电流判断运动的问题，应该用“左手定则”，很容易判断出金属棒MN的电流方向由M流向N。

流过MN的电流就是线圈L1产生的感应电流，线圈L1相当于电源，金属棒MN相当于外电路。由流过MN的电流方向运用安培定则可以判断出流过线圈L1的电流产生的磁场方向沿铁芯向上。

线圈L1和线圈L2共同套在同一个铁芯上，线圈L1产生的感应电流必然是线圈L2产生的磁场变化所引起的。由楞次定律可知，线圈L2中的电流产生的磁场对应着两种变化：一种是沿铁芯向上减弱，一种是沿铁芯向下增强。

若线圈L2产生的磁场方向沿铁芯向上减弱，由安培定则可以判断出线圈L2中的电流在流过金属棒PQ时方向由Q流向P且减小。线圈L2中的电流来源于金属棒PQ，金属棒PQ相当于电源，线圈L2相当于外电路。

此时金属棒PQ时“因为”“运动”了，“结果”才产生了感应“电流”，金属棒“运动”是“原因”，产生感应“电流”是结果。按照我们的结论这是一个由运动判断电流的问题，应该用“右手定则”，很容易判断出金属棒PQ从左向右运动。故可以选“C”。

若线圈L2产生的磁场方向沿铁芯向下增强，用类似的方法可以判断出“B”也对。

可见，如果我们能够辨明导线中“电流”方向和导体“运动”方向的“因”“果”关系，便能够正确运用好“左手定则”和“右手定则”，准确把握住“电流”与导体“运动”方向的关系。