談高中物理中的極限問題

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。……