物理学中的“场”和“理想模型”

绪论物理学是研究物质的基本结构、物质间相互作用的基本规律的科学，目的在于揭示物质运动的基本规律及物质各层次的内部结构。

物理学是自然科学的一门非常重要的学科，可以用博、大、精、深四个字来概括。

博：物理学涉及的范围广博，大至整个宇宙，小到基本粒子，而且“基本粒子”就是最基本的吗？它有没有新的层次？这也是物理学家在努力探求的工作。

物理学与天文学是既互相合作又相互促进的兄弟学科。

物理是工科院校一门重要的基础课，其研究的领域涉及力学、热学、光学、电学以及20世纪以来发展起来的量子物理。

从宏观到微观，从低速到高速，从物质的固态、液态、气态到等离子态、超导态，时间跨度达140亿年以上，空间跨度达1044m，温度跨度达1010K，不可称为不博。

大：可以说上至天文，下至地理，物理学无处不在。

物理学研究物质间的相互作用，称为力。

自然界中四种基本的作用力都在物理学的研究范围中。

以强相互作用的相对强度为1，四种基本作用的相对强度和范围如下所示：力的种类相对强度作用范围/m力的种类相对强度作用范围/m强相互作用110-15弱相互作用10-12< 10-17电磁相互作用10-2长引力相互作用10-40长爱因斯坦（1879—1955）生前追求统一场论，试图建立一个包括引力场（引力作用）和电磁场（电磁作用）的统一场理论。

建立四个基本作用之间的统一的理论是物理学家们追求的目标。

爱因斯坦为之奋斗了30年，但未能成功，最终带着热切的期望和必定成功的信念离开人世。

这之后，1961年美国物理学家格拉肖首先提出弱相互作用和电磁作用统一的基本模型，1967年美国物理学家温伯格和巴基斯坦物理学家萨拉姆独立地对此模型进行了发展和完善，之后该理论得到实验证实。

物理学向统一场论迈出了坚实的一步。

精：物理学家研究的问题既涉及定性的描述（如力是物体间的相互作用，感应电动势是因回路包围面积的磁通量变化而引起的），还必须有精准的定量的计算。

这就涉及建立物理模型和充分利用数学工具进行运算两方面的问题。

物理模型理论及应用【摘要】本文详细分析物理模型的分类、特点及性质。

通过它在物理学发展中的作用，说明物理模型理论在物理学研究中是一种基本的、重要的方法。

应用物理模型解决实际物理问题应从三个方面着手，进而揭示模型理论对物理学的学习起着至关重要的作用。

【关键词】微观模型宏观模型物理模型物理模型是同一类基础知识、物理过程和思维过程的高度概括，是同一类问题的去粗取精、去伪存真概括出来的最本质的知识、思维、能力的结合体。

运用物理模型,在物理学研究中是一种基本的重要的方法。

研究和建立实际问题的物理模型，既可以更概括、更简捷、更普遍地描述物理规律，又可以利用它去分析和解决同一类问题。

对物理模型而言，一般有广义和狭义两种解释。

从广义上讲，物理学中的各种基本概念，如物质、长度、时间、空间都可称作物理模型，因为它们都是以各自相应的现实原型（物理实体）为背景，加以抽象出来的最基本的物理概念。

从狭义上讲，只有那些反映特定问题或特定具体事物的结构才叫做物理模型，如质量、刚体、理想气体等。

它的建立以实验为基础，首先对理论进行抽象简化，建立简化模型，然后把理论研究的结论与实验结果相比较，修正简化模型，直至获得与实验结果相吻合的趋于完美的理论模型为止。

物理模型虽然是从某一具体的实物原型中抽象而来，由于在它建立的过程中突出主体因素，摒弃次要因素，因而在同类物理问题的分析应用中具有普遍意义。

一、物理模型的分类及特点1.物理模型的分类若从分析问题的客观实际需要出发，物理模型可分为两类：一类是宏观模型，它的特点是不涉及物质的微观结构，而只研究模型本体的整体性质。

如质点、点电荷即属此类；另一类是微观模型，它是建立在物质微观结构假设基础上的模型。

若从物理型本体来划分亦可分为两类：一类是模拟式物理模型，它的特点是直观、形象，有利于清楚地认识实物。

另一类是理想化的物理模型，这是在原型的基础上，经过科学帛象而建立起来的一种研究客体，分为三种：（1）实体物理模型，如点光源、理想气体等。

物理模型的构建一、什么叫物理模型物理模型是为便于对实际物理问题进行研究而建立的高度抽象的理想化的实体、理想化过程等。

如力学中的质点、单摆、匀速直线运动、匀变速直线运动、自由落体运动、抛体运动、简谐振动、匀速圆周运动等都是物理模型。

二、物理模型的产生和作用1. 模型是形成物理概念建立物理规律的基础。

用物理模型可以使抽象的假说物理理论加以形象化，便于想像和思考研究问题．物理学的发展过程，可以说就是一个不断建立物理模型和用新的物理模型代替旧的或不完善的物理模型的过程。

比如对原子结构的认识就是了从“葡萄干蛋糕”模型开始的，随后卢瑟福从α粒子散射实验出发，提出了原子的核式模型结构，玻尔又以“定态、跃迁”理论解释了核式模型结构与经典电磁学之间的矛盾，核式结构模型得到了发扬光大。

2.运用物理模型可以简化和纯化研究对象及其过程。

在研究一些实际问题时，有些对象或过程与某些物理模型比较接近，一定的场合或条件下，可以当作物理模型来处理，从而抓住问题的核心和主要因素以及本质特征，暂时撇开次要的因素和非本质的特征，大大地方便了对物理问题的处理。

例如，在研究地球绕太阳公转的轨道问题时，由于地球与太阳的平均距离比地球的半径大得多，这时地球的形状和大小可以忽略，直接把地球当成质点来处理。

在运动学中大多数情况下都是把研究对象当成质点来处理。

再比如假设阻力恒定时，我们把车辆的制动，子弹打木块看成匀减速直线运动；把空气阻力影响小，从高处静止释放后物体的运动看成自由落体运动等等。

3.运用物理模型有利于发挥想象力和物理抽象能力。

从宏观世界中的天体的运行到微观世界中的分子原子、基本粒子的运动一般都是比较复杂的，只有采用适当的物理模型来分析，才能发挥物理抽象思维的作用。

三、物理模型的运用随着教学改革的深入，二期课改的精神是更突出对学生应用能力及创新能力的挖掘和培养，大量实践应用型、信息给予型、估算型等物理问题频繁出现于学生的面前，由此，如何于实际情景中构建物理模型借助物理规律解决实际问题则成了一个重要环节。

模型界定点电荷是一种理想化模型，主要特征是带电体的形状与大小可以忽略．本模型中涉及到的问题有点电荷的平衡、点电荷的场强与电势、电场的迭加、带电粒子在点电荷电场中的运动等．模型破解1.点电荷之间的相互作用力(i)库仑定律真空中两个静止点电荷的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用的方向在它们的连线上.(ii)适用条件(I)真空中，(II)点电荷.①点电荷在空气中发生相互作用，也可用库仑定律来处理.②对于均匀带电的绝缘球体，可视为电荷集中了球心的点电荷，r为球心的距离.③对于带电金属球，由于球内的自由电荷可以自由移，要考虑静电力对电荷分布的影响，在距离不大时，等效电荷中心与球心不重合，r是等效电荷中心间的距离，而非球心的间距.④库仑力在r=10-15~10-11 m的范围内均有效，所以不要根据公式推出错误的结论：当r→0时，F→∞，其实，在这样的条件下，两个带电体也已经不能再看做点电荷.(iii)电荷分配接触带电体分享后的电荷分配与带电体的形状与大小有关．对于大小相同的球体将总电荷量平分．例１.三个相同的金属小球1、2、3分别置于绝缘支架上，各球之间的距离远大于小球的直径。

球1的带电量为q，球2的带电量为nq，球3不带电且离球1和球2很远，此时球1、2之间作用力的大小为F。

现使球3先与球2接触，再与球1接触，然后将球3移至远处，此时1、2之间作用力的大小仍为F，方向不变。

由此可知A．n=3 B．n=4 C．n=5 D．n=6【答案】D【解析】：设1、2距离为R，则：22nqFR，3与2接触后，它们带的电的电量均为：2nq，再3与1接触后，它们带的电的电量均为(2)4n q+，最后22(2)8n n q F R +=有上两式得：n=6例２.有两个半径为r 的带电金属球，球心相距l(l=4r ），对于它们之间的静电作用力的说法正确的是（设每次各球所带电荷量的绝对值均相等）A.在带同种电荷时大于带异种电荷时的作用力B.在带异种电荷时大于带同种电荷时的作用力C.在都带负电荷时大于都带正电荷时的作用力D.大小与带电性质无关，只取决于所带电荷量 【答案】B模型演练１.两个分别带有电荷量Q -和+3Q 的相同金属小球（均可视为点电荷），固定在相距为r 的两处，它们间库仑力的大小为F 。

大学物理的研究对象和任务研究物质的基本结构、相互作用和物质最基本最普遍的运动形式及其相互转化规律的学科。

作为自然科学的带头学科，物理学研究大至宇宙、小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律。

它的理论结构充分地运用数学作为自己的工作语言，以实验作为检验理论正确性的唯一标准，它是当今最精密的一门自然科学学科。

03物理学是一门以实验为基础的自然科学，观察和实验是物理学的基本研究方法，通过实验可以验证物理假说和理论，发现新的物理现象和规律。

观察和实验理想模型是物理学中经常采用的一种研究方法，它忽略了次要因素，突出了主要因素，使物理问题得到简化。

建立理想模型数学是物理学的重要工具，通过数学方法可以精确地描述物理现象和规律，推导物理公式和定理。

数学方法大学物理的研究方法学习大学物理首先要掌握基本概念和基本规律，理解它们的物理意义和适用范围。

掌握基本概念和基本规律大学物理实验是学习物理学的重要环节，通过实验可以加深对物理概念和规律的理解，培养实验技能和动手能力。

注重实验和实践学习大学物理要注重培养物理思维，即运用物理学的方法和观点去分析和解决问题的能力。

培养物理思维大学物理涉及的知识面很广，包括力学、热学、电磁学、光学、原子物理学等，因此要拓宽知识面，掌握不同领域的知识。

拓宽知识面大学物理的学习方法和要求01位置矢量与位移02位置矢量的定义和性质03位移的计算方法和物理意义010203速度的定义、种类和计算加速度的定义、种类和计算速度与加速度质点运动的描述01运动学方程与运动图像02运动学方程的建立和求解03运动图像的绘制和分析圆周运动的描述圆周运动的定义和分类圆周运动的物理量描述1 2 3匀速圆周运动匀速圆周运动的特点和性质匀速圆周运动的实例分析01变速圆周运动02变速圆周运动的特点和性质03变速圆周运动的实例分析01 02 03参考系与坐标系参考系的选择和建立坐标系的种类和应用相对速度与牵连速度相对速度的定义和计算牵连速度的定义和计算01加速度合成定理与科里奥利力02加速度合成定理的内容和应用03科里奥利力的定义、性质和应用01牛顿第一定律物体在不受外力作用时，保持静止或匀速直线运动状态。

2023人教版带答案高中物理必修三第十章静电场中的能量微公式版基本知识过关训练单选题1、下列选项中，属于理想模型的是（）A．电阻B．电压C．电场线D．元电荷答案：C建立理想化模型的一般原则是首先突出问题的主要因素，忽略问题的次要因素。

物理学是一门自然学科，它所研究的对象、问题往往比较复杂，受诸多因素的影响有的是主要因素，有的是次要因素。

为了使物理问题简单化，也为了便于研究分析，我们往往把研究的对象、问题简化，忽略次要的因素，抓住主要的因素，建立理想化的模型如质点、电场线、磁感线、理想气体、点电荷等。

则电阻、电压和元电荷都不是理想模型；电场线是理想模型。

故选C。

2、下列说法中正确的是（）A．点电荷与匀强电场都是理想模型B．牛顿对引力常量G进行了准确测定，并于1687年发表在其传世之作《自然哲学的数学原理》中=k，k为常数，与中心天体质量无关C．开普勒第三定律r3T2D．功、重力势能、电场强度都是矢量答案：AA．点电荷与匀强电场都是科学抽象后的理想模型，故A正确；B．卡文迪许对引力常量进行了准确测定，故B错误；C．k为常数，与中心天体质量有关，故C错误；D．功、重力势能是标量，电场强度是矢量，故D错误。

故选A。

3、如图所示，两条等长细线的A点悬挂一质量为0.1kg，带电荷量为2×10－6C的带电小球，细线与天花板的夹角为30°，A点离地面高度h＝0.3m，在MA的延长线上用一不计高度和质量的绝缘支架固定一质量为0.2kg，带电荷量与小球带电荷量相等的异性带电小球B，则以下选项错误的是（）A．支架对地面的压力大小为1.95NB．A点的球会向右偏离原来的位置C．NA线的拉力大小为1ND．MA线的拉力大小为1.1N答案：BA．由几何知识得A、B两点间的距离为r AB＝ℎsin30°＝2h＝0.6m两球间的库仑力大小为F＝k q⋅qr2＝9.0×109×(2×10−6)20.62N＝0.1N以B和支架整体为研究对象，受力如图甲所示，根据平衡条件有F N＝m2g－F sin30°＝0.2×10N－0.1N×1＝1.95N2由牛顿第三定律得，支架对地面的压力大小为1.95N，A正确，不符合题意；B．对A点小球受力分析，如图乙所示，因B在MA的延长线上，所以A点小球不会向右偏离原来的位置，B错误，符合题意；CD．由平衡条件有F MA sin30°＋F NA sin30°－m1g－F sin30°＝0F MA cos30°－F NA cos30°－F cos30°＝0解得F MA＝1.1NF NA＝1NCD正确，不符合题意。

流体力学中的流体力学模型流体力学是研究流体力学行为和性质的一门学科，它在许多领域都有广泛的应用，包括工程学、物理学、化学等等。

在流体力学中，使用流体力学模型来描述和预测流体的运动和相互作用。

本文将讨论流体力学中一些常见的流体力学模型。

一、连续介质模型连续介质模型是流体力学中最经典的模型之一。

在这个模型中，流体被视为一个连续的介质，其性质在各个空间点上是均匀的。

连续介质模型假设流体是连续可压缩介质，可以通过质点运动方程和连续性方程来描述。

质点运动方程描述了质点在流体中的运动状态，连续性方程则描述了质点之间的流体流动关系。

二、纳维-斯托克斯方程纳维-斯托克斯方程是描述流体力学中流体运动的基本方程之一。

这个方程集由连续性方程和动量守恒方程组成。

连续性方程描述了流体的质量守恒，即质点的流入流出平衡；动量守恒方程描述了质点的动量变化，包括压力、粘性和外力对质点的作用。

纳维-斯托克斯方程可以用来求解流体的速度场和压力场。

三、欧拉方程欧拉方程是描述流体力学中理想不可压缩流体运动的方程。

在欧拉方程中，不考虑粘性和外力对流体的作用，只关注流体的动量守恒和质量守恒。

欧拉方程适用于高速流动和理想气体的研究。

它可以简化为可压缩欧拉方程，用于研究可压缩流体的运动。

四、雷诺方程雷诺方程是描述流体力学中湍流流动的方程。

湍流是指流体在高速流动时出现的不规则、紊乱的流动状态。

湍流流动的特点是速度和压力分布不均匀，流体粒子之间存在旋涡、涡旋和湍流能量的输运。

雷诺方程引入了湍流应力项，用于描述湍流引起的流体的运动。

五、多相流模型多相流模型用于描述含有多种流体或流动物体的流体力学现象。

在多相流模型中，不同相的流体有不同的密度、速度和压力。

多相流模型可以应用于气液、液固、气固等多种流体力学问题的研究。

在多相流模型中，通常使用体积分数或质量分数来表示不同相之间的比例关系。

在流体力学中，流体力学模型是分析和预测流体行为的重要工具。

通过使用不同的流体力学模型，可以更好地理解和解释流体的运动和相互作用。

物理模型知识点归纳总结物理模型是科学研究中非常重要的一部分，它是科学家用来描述和解释自然现象及其规律的工具，通过物理模型，我们可以更好地理解和预测自然界的运行规律，进而应用这些规律来解决问题，推动人类社会的发展。

本文将对物理模型的基本概念、分类、应用以及相关知识点进行归纳总结，帮助读者更好地理解和掌握物理模型的相关知识。

一、物理模型的基本概念物理模型是用来描述和解释自然现象的抽象化的表示，它是对实际事物进行简化和理想化的处理，以便更好地理解其运行规律。

物理模型通常包括数学模型、图形模型、实物模型等，其基本特点包括抽象性、简化性和可计算性。

1.1 抽象性物理模型是对实际事物的抽象表示，它不是对具体实物的复制，而是对实物特性和行为的抽象描述。

在建立模型时需要对实际事物进行精细观察和分析，提取其关键特征来建立相应的模型，忽略一些细微的影响因素。

1.2 简化性物理模型是对实际事物的简化表示，为了更好地理解和研究它的运行规律，我们需要简化事物的复杂性，只保留对研究问题有影响的因素，把握问题的本质。

1.3 可计算性物理模型是可计算的，即可以对模型进行数学运算和分析，得出具体的结果和结论，进而应用这些结果来解决实际问题。

二、物理模型的分类根据模型的建立方式和应用对象的不同，物理模型可以分为多种类型，主要包括数学模型、图形模型、实物模型等。

2.1 数学模型数学模型是使用数学工具和方法来描述和解释自然现象的模型，它通常是一组方程、函数或者数学表达式。

数学模型是物理学研究中最为常见的一种模型，因为数学是一种非常有效的抽象描述工具，可以准确地描述事物的运行规律和变化趋势。

2.2 图形模型图形模型是利用图形、图表或者其他可视化工具来描述和解释自然现象的模型，它通常是通过绘制图形、曲线或者其他几何图形来呈现事物的特性和规律。

图形模型能够直观地展现事物的变化和关系，帮助人们更好地理解事物的运行规律。

2.3 实物模型实物模型是使用实际物体来模拟自然现象的模型，它通常是通过制作实物模型或者实验装置来模拟特定的自然现象，以便观察和研究其规律。