笔下文学

第二章 安培主要科学成就（第2页）

这意味着，例如，相对于地球来说，金星的北极是位于其底部的，因为在我们的太阳系的行星中，金星是唯一在反方向上旋转的。

2。发现的故事

在巴黎的大街上，一个衣冠不整的人低耷着脑袋踯躅着．突然他抬起头，发现前面有一块黑板，不由喜上心头，马上从口袋里掏出一支粉笔，把脑中思索的问题写下，计算起来．这块黑板向后慢慢退去，这位计算者如此专心，一边跟着向前，一边继续计算着．渐渐地，这块黑板退得更快了，这位计算者也跟着跑起来了．马路上的行人喧闹起来，有人向他喊叫，有人拍手大笑，而他都没有觉察到．最后，他实在跑不动了，气喘吁吁地停了下来，抬眼一看才发现，原来这不是什么黑板，而是一辆两轮马车，正扬着灰尘远去了．他望着车背上写满的数学公式渐渐消失，懊丧地叹了一口气："唉！可惜没有推导完．"这不是一个笑话，这人也不是疯子，这个追赶马车跑的故事，是著名数学家安培（图3－12）的著名轶事．科学家在专心致志进行脑力劳动的时候，是会把整个世界都忘怀的．

安培1775年生于法国里昂．他从小就具有惊人的记忆力，几乎可以过目不忘，尤其在数学方面具有非凡的天赋，13岁就能理解圆锥曲线的原理．可是，在法国大革命时期，他的父亲被斩首．这一打击不仅使年轻的安培精神痛苦，并导致家境贫穷，使他失学了．在彷徨中，他读了哲学家卢梭的一本关于植物学的著作，它像火炬一样重新燃起了他对科学的热情．他振奋精神，刻苦自学．他不仅仅研究数学、物理、化学，在心理学、伦理学方面也很有兴趣．1805年，安培担任巴黎法兰西学院的物理教授．1814年，被选为法兰西科学院院士．有一次拿破仑访问科学院，安培正专心于自己的研究工作，只是淡漠地点点头，原来安培并不认识这位当时威震全欧的显赫的法兰西皇帝．拿破仑发现后笑道："哦，先生，一个人不经常见到自己的同事多么不好．我也从来没有在御花园里见到你．不过，我知道如何迫使你来，至少迫使你向我说一声'您好'！"于是他盛情邀请安培院士第二天到皇宫赴宴，安培充满歉意地应允了．可是，第二天，拿破仑在宴席上为他安排的座椅一直空着，安培早已把皇帝的邀请忘得一干二净了．

然而，科学家对学术的感情就完全不同了．1820年9月，安培参加法兰西科学院一次例会．在这个例会上，经常传播科学成果的最新消息．这次，有位科学家介绍了丹麦科学家奥斯特关于电流周围存在着磁场的发现，现场科学表演一下子把安培吸引住了．啊！奥斯特真像一位能干的驭手，驾驭着科学的马车，跑到时代的前沿去了．会后，安培一回到家，就像在街上追赶那辆两轮马车一样，追赶着科学的这一最新发现，一连几个星期废寝忘食地研究着．也就在这几个星期内，他取得了一生中最伟大的科学成就，他发现了：

①电流是由电荷沿着导线运动而产生的．这在当时，当然只是一种理论上的设想，但是为以后的各种实验所证实了．由于安培第一个明确地提出了这一观点，1881年国际会议正式决定用他的名字来做电流强度的单位．一安培是指每秒钟通过导线横截面的电量为一库仑的电流．现在我们知道，一个安培的电流等于每秒钟通过6。29×1018个电子．

②不仅电流对磁针有作用，而且两个电流之间彼此也有作用．在两根平行通电的导体中，如果电流方向相同，它们就互相吸引；如果电流方向相反，就互相排斥．进而安培指出了表示电流和电流所引起的磁场之间方向关系的准则，这就是著名的后来以安培命名的安培定则--左手定则和右手定则．

③通有电流的圆形线圈具有和磁铁一样的性能：如果使它可以绕垂直轴自由旋转，它就像磁针一样指着南北方向；如果两个这样的线圈接近，就会像磁棒一样表现出相吸或相斥的作用来．从这个发现想下去，安培提出了著名的分子电流假说．

在建立电动力学的过程中，安培一直坚持把牛顿的全套方法用于电磁学研究．牛顿把万物都划分成一颗颗具有力学性质的质点，安培就把所有电流体和磁体都简化为具有电动力学特征的电流元的集合；牛顿经过数学推导和大量归纳观察建立起万有引力公式，安培也经过同样的步骤发现了电动力与距离平方成反比的规律；牛顿认为无需考虑形成力的原因，安培的分子电流假说也同样不涉及分子电流的起源问题．安培在创立电动力学时所走的每一步，都能反映出牛顿的思想和风格，我们甚至可以从安培那里学到牛顿的思维方式和数学方法．

安培经历了由观察到实验，由实验到建立数学模型，再到建立电动力学一般公式的过程，在这一长串过程中，他最强调的是实验．他认为实验可以帮助他挑选出现象的基本因素，检验数学模型和简化推导步骤并能验证公式的正确性．他认为这一整套方法是属于牛顿的．因此，麦克斯韦称安培为"电学中的牛顿"．

麦克斯韦在他的《论电和磁》中，对安培的工作给予了很高的评价，他写道："安培借以建立电流之间机械作用定律的实验研究，是科学上最辉煌的成就之一．""整个理论和实验研究看来似乎是从这位'电学中的牛顿'的头脑中跳出来的，并且已经成熟地完全装备完了的，它在形式上是完整的，在准确性方面是无懈可击的．并且汇总成为一个必将永远是电动力学的基本公式的关系式，由此可以导出一切现象．安培不愧被称为电动力学的创始人和奠基者．"

3。安培定则手形的改进

在应用安培定则判断通电螺线管的极性和电流方向关系的教学中，不少学生因为螺线管的缠绕方式和电流方向变化的组合改变，不能正确按照"让四指弯向螺线管中电流方向"的要求摆出手形，遇到学习障碍。

笔者应用"以直代曲"的方式，对安培定则手形加以改进，取得良好的教学效果。下面介绍这种方法。

1、关于螺线管的说明：

①因为螺线管中是否插入铁蕊，对螺线管的电流方向和极性无影响，为了方便判断，可以假设各个螺线管中都插有铁蕊。

②取螺线管首尾两端引线的直线部分为研究对象，如图1中的甲引线、乙引线。把位于铁蕊后侧的引线称为后引线（如甲引线）；位于铁蕊前方的引线称为前引线（如乙引线）。

2、关于手形说明：

用右手握住笔，同时伸直大拇指和食指如图2所示。

①手中握住的笔对应表示螺线管的铁蕊。

②大拇指所指的是螺线管极性的北极。

③伸直的食指表示螺线管的某一引线。对应分析的螺线管，食指位于笔后侧时，食指表示后引线如图2-（a）（b）。

④食指所指方向表示这一引线中的电流方向。

本方法应用伸直的食指来代替弯曲的四指来表示电流的流动情况，化曲为直，降低梯度，弱化难点。

接下来结合例题说明

［例1］已知通电螺线管中电流方向如图3所示，判断螺线管的极性。

解析：①对左端的引线分析，电流方向向上，所以摆出手形中食指应指向上方。如图2--（a）（c）所示。同时因为是后引线，食指应对应在笔的后侧，所以手形如图2-（a）所示。，由大拇指指向可判定螺线管右端对应N极。

另解：对右端引线分析，由于电流方向向下，且为前引线，所以手形如图2--（d）所示，同样可以判断出极性。

②也可先判断引线位置，再结合电流方向确定手形。对螺线管左端引线分析，是前引线。如手形如图2--（c）（d）所示。因为电流方向向上，所以手形应该如图2-（c）所示。由大拇指指向可知，螺线管左端对应N极。

另解：对右端引线分析。由于是后引线且电流方向向下，所以手形如图2-（b）所示。同样可判断出极性。

［例2］可知通电螺线管极性，如图4所示，试判定电流方向。

解析：①螺线管左侧为N极，所以大拇指应指向左端。则手形应如图2-（b）（c）所示。对左端引线分析，是前引线，食指应在笔前方，所以手形应如图2-（c）所示。则可知前引线电流方向向上。可判断出整个螺线管电流流向。

另解：如果选图2-（b）来分析，因为食指位于笔后侧，对应的是后引线，且由食指指向可知后引线电流方向向下。同样可以判断整个螺线管的电流流向。

②螺线管右侧为N极，所以大拇指应指向右端。手形可如图2-（a）（d）所示。由于该螺线管的缠绕方式中，两条引线都为后引线，所以手形应如图2-（a）所示。则引线上电流方向向上。可判断出整个螺线管电流流向。