一 发现了安培定则
1. 介绍安培定则
安培定则，也叫右手螺旋定则，是表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定则。通电直导线中的安培定则（安培定则一）：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指的指向就是磁感线的环绕方向；通电螺线管中的安培定则（安培定则二）：用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致，那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极。
目录
性质
安培力公式
天文之"右手螺旋定则"
安培定则图示
性质
直线电流的安培定则对一小段直线电流也适用。环形电流可看成多段小直线电流组成，对每一小段直线电流用直线电流的安培定则判定出环形电流中心轴线上磁感强度的方向。叠加起来就得到环形电流中心轴线上磁感线的方向。直线电流的安培定则是基本的，环形电流的安培定则可由直线电流的安培定则导出，直线电流的安培定则对电荷作直线运动产生的磁场也适用，这时电流方向与正电荷运动方向相同，与负电荷运动方向相反。
在H.C.奥斯特电流磁效应实验及其他一系列实验的启发下 ，A.-M.安培认识到磁现象的本质是电流 ，把涉及电流 、磁体的各种相互作用归结为电流之间的相互作用，提出了寻找电流元相互作用规律的基本问题。为了克服孤立电流元无法直接测量的困难 ，安培精心设计了4个示零实验并伴以缜密的理论分析，得出了结果。但由于安培对电磁作用持超距作用观念，曾在理论分析中强加了两电流元之间作用力沿连线的假设，期望遵守牛顿第三定律，使结论有误。上述公式是抛弃错误的作用力沿连线的假设，经修正后的结果。应按近距作用观点理解为，电流元产生磁场，磁场对其中的另一电流元施以作用力。
安培定律与库仑定律相当，是磁作用的基本实验定律 ，它决定了磁场的性质，提供了计算电流相互作用的途径。
安培力公式
电流元I1dι 对相距γ12的另一电流元I2dι 的作用力df12为：
μ0 I1I2dι2 × (dι1 × γ12)
df12 = ── ───────────
4π γ123
式中dι1、dι2的方向都是电流的方向；γ12是从I1dι 指向I2dι 的径矢。安培定律可分为两部分。其一是电流元Idι（即上述I1dι ）在γ（即上述γ12）处产生的磁场为
μ0 Idι × γ
dB = ── ─────
4π γ3
这是毕-萨-拉定律。其二是电流元Idl（即上述I2dι2）在磁场B中受到的作用力df（即上述df12）为：
df = Idι × B
安培定律公式：
公式中的积分为围道积分，等号右侧的电流为流入闭合面内的电流的代数和。μ0为常数，μ0 = 4π*10^7。
天文之"右手螺旋定则"
我们通常通过以下三种方法辨别地球的南北极:
1.立木棒垂直于地面，白天时阴影的指向即为北极；但这只限于北回归线以北北极圈以南的人们，所以此种方法不可行；
2.指南针；但地理北极和地磁北极有区别，故也不可行；
3.借助星体；北极星和南十字星座；这种方法在夜里可行。
更深层的问题，出现在把我们关于北的概念，推广到宇宙中其他部分的某个星球上时；因为如果"北"这个词有什么普遍的含义，那么任何别的星球也应有北极和南极。那么它的北极究竟是哪一个呢？显然现在，北极星就没有用了，因为所有的星球看起来都将完全不同。
天文学家们对此有一个简单的规则，他们称之为"右手螺旋定则"。偶尔地，天文学家们也需要解决这样的问题。圣父基督说不定就是其中之一，至少按照《新科学家》（New Scientist）的一期圣诞特刊的说法是这样。在一篇文章中，当问到我们的太阳系中的某个其他星球或月亮的北极，是否能为圣诞老人提供比地球更好的居所时，贾斯廷o马林斯简洁地描述了这一规则：
"使你的右手握拳成拇指向上的形状。如果行星的运转方向与你手指的弯曲方向相符，你大拇指所指的就是北极。试着用它比划一下地球的旋转方式（地球的旋转式自西向东，这也是为什么太阳看起来是从东到西运行的原因）。"
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。