高中物理:无穷远在何处?无穷远在物理学中有什么意义?怎样界定无穷

2024年3月14日发(作者：投币式洗衣机)

高中物理：无穷远在何处？无穷远在物理学中有什么意义？怎样界

定无穷远？

在高中物理中有几处提到“无穷远”，如：

物体在离地球无穷远时，其重力势能为零；

两个点电荷之间的距离为无穷远时相互作用力为零，电势能也为零；

从无穷远射来的光束可以看作平行光；

氢原子的核外电子由基态跃迁到无穷远时要吸收13.6eV的能量；

……

无穷远在物理学中有什么意义？怎样界定无穷远？

1、力学中的无穷远

太阳系的半径约为几百亿千米，即太阳的引力半径为几百亿千米，在这个距离以外的

物体受太阳对它的引力很小或忽略不计，则对于太阳系来说几百亿千米以外就是无穷远。

这里所说的是把太阳系当作一个系统，讨论系统内力时，太阳的引力就是太阳系里起决定

作用的力。

地球吸引月球和众多的人造卫星，使它们绕着地球旋转，地球的引力作用范围有多大？

如果不考虑太阳和其它星体的影响，把地球看作孤立系统，从地球上把人造卫星发送出去，

卫星要离地球多远才不受地球的引力或引力可以忽略不计呢？经科学计算，这个距离大约

是一亿千米，大约是地球半径的15000倍，是月球到地球距离的250倍。那么对于地球

来说，一亿千米远处就可以看作无穷远。我们说物体在离地球无穷远时，其重力势能为零，

就是指物体受地球的引力可以忽略不计。

然而，在天文学中，一亿千米和几百亿千米都是很小的数目，天文学中常用的一光年

约千米。

2、电学中的无穷远

在测量两个点电荷的作用力时，要想测得精确，就要在真空中进行。一般人造真空的

空间不过几米，大的也就几十米，而人为得到的净电荷的电量也不会很大，所以在研究点

电荷的作用力时，若两个点电荷相距100m以上，它们之间的相互作用力就可以忽略了。

3、光学中的无穷远

以凸透镜为例。当物体位于无穷远处时将成像在焦点处。光学成像规律是近似的。平

行光通过凸透镜不是聚于焦点一点，而是在焦点附近的一个小区域。如果像点与焦点相距

很近，这时的物距可视作无限远。如取v=1.001f时，由成像公式可求得u=1001f，若

f=10cm，则u=100m；如取v=1.01f，由成像公式可求得u=101f，若f=10cm，则

u=10m。

光学上的无穷远实际上不需要很远，在实验室用平行光粗测凸透镜的焦距时，一般用

太阳光。在没有太阳光时可以把蜡烛放到几米远的地方，蜡烛光也可以近似地看作平行光，

这时的像距就近似地作为粗测的焦距。

4、微观世界的无穷远

当核外电子由基态跃迁到无限远时需要吸收13.6eV的能量。氢原子基态半径为

0.53×10

-10

m，那么，离核多远可看作是无限远呢？据科学探测，目前发现的马尔末线系

的谱线条数是37条，那么，对氢原子的第39个能级而言，

核（质子）半径的1亿倍，是基态半径的1521倍。可以说，离氢原子核

作无穷远了。

，是氢原子

左右就可看

在学习分子运动论时，曾经讲到：“当分子间的距离的数量级在时，分子间的

的距离引力已经变得十分微弱，可以忽略不计。”这就是说，研究分子力时，大于

就为无限远。

从上面的分析，可以得到这样的结论：无穷远在物理学上是根据实际情况和精确度来

定的，并不一定是很大的数值。