肖凯龙 张军朋

(华南师范大学物理与电信工程学院,广东 广州 510006)

右手螺旋定则可帮助我们快速地判断出载流直导线产生的磁场方向,教师也习以为常地教授给学生右手螺旋定则是什么以及如何使用它,学生的任务则是将教师“告诉”的内容记住.但鲜有人会疑问:为什么要用右手来判断?它又是如何发展而来的?基于此,笔者尝试梳理右手螺旋定则发展过程中的典型实验,思考其给教学带来的启示.

1 右手螺旋定则的溯源

在1820年7月,丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应现象之后,人们便被如何预测小磁针的北极往哪边偏转的问题所困扰.以下笔者梳理了从一开始用仪器来判断至目前普遍为大家所使用的右手螺旋定则的发展过程.

图1 毕奥-萨伐尔实验装置

图2 数学证明

他们还给出了数学证明,通过磁针取一个垂直于导线的水平面,磁针的平衡位置如图2所示.A、B是磁针的两极,C是它的中心,F是导线与水平面的交点.因为导线是无限长的,磁针的每个极受到的合力必定在水平面内.假定北极B受到的力沿BD方向,南极S受到的力沿AE方向.与导线距离相同处,导线对磁分子的作用是相同的,所以∠EAF=∠GBF.又因为磁针处于平衡状态,由实验测得BA⊥CF,所以BD与AE必须与磁针有相同的倾角,即∠DBF=∠EAC,这就要求∠DBF=∠EAF.因此∠DBF=∠GBF.又因为∠DBF+∠GBF=180°,所以∠DBF=∠GBF=90°.[1]

图3 判断直导线产生的磁场方向的仪器

毕奥-萨伐尔只是数学上证明载流导线作用在磁针上的力垂直于其到导线的距离,仍未给……