摘  要：安培定律和法拉第电磁感应定律是现代电工电子技术的基础理论定律，因此它们是理工科学生的必学内容。笔者从第一次接触到这两个定律，到大学毕业，再到工作这十几年来，已经是很多次地再学习和讲解这两个定律，但是笔者深感对于学生们来说，要比较深刻地理解这两个定律以至于它们的区别和本质关系，并不是件容易事，出现这个情况的原因，我个人认为主要是现今的教材在讲述电磁学部分时，是把这两个定律当成是区别比较大的电磁学原理，故而在内容上安排较多，学生们学起来困难也就多。而笔者认为这两个定律的本质内容具有一致性，本文便是从磁的本质来探讨一下这个问题。

    关键词：相对静止的电荷   相对运动的电荷即磁的本质     运动的电荷可能受到磁场力     在磁场中静止的电荷不受磁场力     从磁的本质看这两个定律统一的表现——即安培力的方向和感应电动势的方向的判断方法统一用“右手法则” 

    一、 首先有必要说一下分析电磁学的基本数学工具——即空间直角坐标系以及磁的本质                                               

      磁的本质是什么呢？如前述：磁的本质是电荷的运动，即电荷在作相对运动时产生磁场。由于在空间，电荷（物质）的运动是有相对确定的方向的，所以由运动的电荷产生的磁场也应有相对确定的方向。可以看出：我们分析的物理量（此处有电荷的运动方向，磁场的方向等）是有方向的量，也就是说，我们要引入空间直角坐标系才能分析问题。所以先说一下该坐标系，在现代科学技术中，包括所有的数学、物理等理论分析中，空间直角坐标系的建立方法已经达成一致：即统一用右手建立，即伸开右手，让大拇指、食指、中指三者互相垂直，如下图1所示，而且规定大拇指指向X轴正方向，食指指向Y轴的正方向，中指指向Z轴的正方向。这样建立的坐标系就是空间直角坐标系。      

    由前述，磁场的本质是由运动的电荷产生，也就是说它起源于电荷，只不过是产生于电荷运动的时候，从这一点来说，磁场可以看成是电荷的衍生物，它不能脱离电荷而存在。电荷在空间的运动是有相对确定的方向的，这一点决定了磁场有相对确定的方向。也就是说：磁场磁感线的方向由运动的电荷、及需要描述磁场方向的空间位置决定。现行的教材都给出了判定磁场方向的方法——“右手螺旋定则”。在这里，笔者认为就不需用“右手螺旋定则”了，那用什么呢？用前述的使用右手建立的空间直角坐标系来判定，只不过此处三个手指指向不再是代表X、Y、Z三坐标轴的正方向。那这三个手指分别怎样代表电荷的运动方向、空间位置、磁感线方向呢？由于电荷的运动是产生磁场的原因，也就是说电荷的运动是前因，磁场形成是后果，所以用大拇指的指向代表电荷运动的方向——当然是指正电荷的运动方向——实际上也就是用大拇指指向表示电流的方向；又磁场的方向随空间位置不同而不同，也就是说空间位置的不同也决定磁场的方向，因此用食指指向空间某点，那么中指指向就是空间该点的磁场磁感线方向——这个方法我们叫做“右手法则”——在以后也用它来判断安培力的方向、感应电动势的方向，也正是由于安培力的方向、感应电动势的方向的判断可统一用这个“右手法则”，故而可以说安培定律和法拉第电磁感应定律的本质内容是一致的——见后。

    为了说清楚如何使用“右手法则”来判定磁场磁感线的方向，我们来和“右手螺旋定则”作一个比较。用“右手螺旋定则”时，大拇指的指向不确定：如判定直线电流的磁场方向时，大拇指指向电流的方向，四指弯曲的方向代表磁感线的方向；在判定圆形电流（包括通电螺线管）的磁场方向时，大拇指指向却代表磁感线方向，四指弯曲的方向代表电流的方向。也就是说，用“右手螺旋定则”判定直线电流和圆形电流的磁场方向时，大拇指和四指所表示的物理意义恰好相反。

    而当用“右手法则”时，大拇指代表的意义是确定不变的：无论是直线电流还是圆形电流，它就指向电流的方向。然后把食指指向你需要判定磁场方向的空间某点（处），则中指的指向就是空间该点（处）的磁感线的方向。下图2表示的是直线电流和圆形电流的磁场方向的判定，可以用“右手法则”来判定，当然完全可用“右手螺旋定则”来验证。见下图。

    在上图(2)中，A、B是直线电流磁场中的空间两点，C、D、E是环形电流磁场的空间中的三点。用“右手法则”时，只需把大拇指指向电流的方向，食指指向空间某点，则中指指向便是该点处的磁感方向，见图(2)，可见与“右手螺旋定则”得出的结果一致，而“右手法则”里大拇指指向不论何种情况总是与电流的方向一致－－－－这实际上说明了磁的本质即电荷运动的本质。当然，使用“右手法则”时，右手大拇指、食指、中指的关系见图(1)所示的空间直角坐标系。

    二、从磁的本质看：安培定律和法拉第电磁感应定律在本质内容上是一致的  

    这里，笔者把安培力的方向的判定和感应电动势方向的判定统一使用“右手法则”，从而不在区分现今教材中使用“左手定则”来判定安培力的方向、用“右手定则”来判定感应电动势的方向。

    若安培力方向的判定和感应电动势方向的判定可统一用“右手法则”，就能完全说明安培定律和法拉第电磁感应定律的本质内容是一致的。

    首先讲一下安培力和感应电动势的概念。安培力是通电导体在磁场中受到的磁场力，通电导体中有电流通过，因此安培力实际是电流－－即运动的电荷受到的磁场力。电动势是指外力把单位正电荷从电源负极搬到正极时外力作的功，可见电动势的方向就是正电荷受到的外力的方向－－即电磁感应电动势的方向就是运动电荷受到的磁场力的方向。

    我们知道，导体中存在着大量可以自由移动的电荷——自由电子，带正电的原子核只在平衡位置作振动而不移动位置，但我们分析问题时是以正电荷为例的，即以正电荷的运动方向为参考——即作为电流的方向。

    正电荷在磁场中运动时———我们一般使正电荷的运动方向与磁感线方向垂直———其受到的磁场力方向用“右手法则”判定方法为：先伸开右手并建立如图（1）所示的空间直角坐标系，然后用大拇指指向正电荷运动的方向也就是电流的方向，把食指指向磁感线的方向，那末中指的指向就是该正电荷受到的磁场力的方向。如下图（3）所示。注意：正电荷的运动方向v 实际上就是电流I的方向。