在高中物理中常會(huì)遇到極限的問題,有關(guān)這方面的問題主要包括三個(gè)方面的知識(shí):萬有引力、靜電力、閉合電路歐姆定律。
(1)對(duì)于萬有引力定律的表達(dá)式F=Gm1m2/r2,有同學(xué)認(rèn)為當(dāng)r→0時(shí),F(xiàn)→∞。雖然萬有引力定律適用于一切物體,但公式F=Gm1m2/r2計(jì)算萬有引力時(shí),卻有一定的適用條件:
嚴(yán)格地說,萬有引力定律的公式只適用于計(jì)算質(zhì)點(diǎn)間的相互作用。質(zhì)點(diǎn)本身就是一個(gè)理想化的模型,當(dāng)兩個(gè)物體間的距離比物體本身大得多時(shí),可以認(rèn)為是質(zhì)點(diǎn)。認(rèn)為當(dāng)r→0時(shí),F(xiàn)→∞的錯(cuò)誤原因就在于實(shí)際情況中根本不可能出現(xiàn)r=0的情況,也就是說,在r→0時(shí),有質(zhì)量的物體也就不能再看成質(zhì)點(diǎn)了。
對(duì)于萬有引力定律的適用還可以有下面兩種情況:一是當(dāng)兩物體距離很近時(shí),如果質(zhì)量都是分布均勻的球體,此時(shí)r應(yīng)是兩球體球心間的距離,二者間距離最小也是在它們接觸時(shí),r為兩球半徑之和,而不是0。二是若為一均勻球體與球外一質(zhì)點(diǎn)的萬有引力也可用此公式,式中r是球心到質(zhì)點(diǎn)的距離,此距離最小是球的半徑,也不是0。
(2)對(duì)于庫侖定律公式:F=KQ1Q1/r2僅適用于真空中(空氣中近似成立)的兩個(gè)點(diǎn)電荷間的相互作用,在理解庫侖定律時(shí),常有同學(xué)認(rèn)為:r→0時(shí),得出庫侖力F→∞。
從數(shù)學(xué)的角度分析,這是正確的結(jié)論,但從物理學(xué)的角度分析,這一結(jié)論是錯(cuò)誤的,錯(cuò)誤的原因和對(duì)萬有引力錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)是類似的,原因在于當(dāng)r→0時(shí),兩電荷已經(jīng)失去了點(diǎn)電荷成立的條件,何況實(shí)際電荷都有一定的大小,根本不會(huì)出現(xiàn)r=0的情況,也就是說,在r→0時(shí)電荷已經(jīng)不能再看成點(diǎn)電荷了,違背了庫侖定律的適用條件(真空、點(diǎn)電荷),不能再運(yùn)用庫侖定律計(jì)算兩電荷間的相互作用了。……