模型总结

　高中物理模型总结 物理模型是一个理想化的形态，从不同的角度研究可以有不同的分法，根据中学物理教学的特点及模型的主要教学功能，可以把物理模型分为对象模型，例如质点、刚体、弹簧振子、单摆、理想气体点电荷等；可分为条件模型，如均匀介质、匀强电场等；可分为过程模型，如匀速直线运动、匀速圆周运动等。这里根据力学、热学、光学、电磁学四部分，对高中物理模型进行归纳总结。

　力学物理模型：

　质点：质点模型是高中物理提出的第一个理想模型，质点是指在某些情况下，忽略物体的大小和形状，而突出“物体具有质量”这个要素，把它简化为一个有质量的物质点。

　刚体：刚体是力学中一个抽象的理想模型，绝对的刚体在自然界是不存在的，刚体是指在运动过程中形状和大小都不发生变化的物体，也可以看作是由大量微小质点组成的质点系，而这个质点系中任意两个质点间的距离始终保持不变。

　弹簧振子：质量可略去不计的弹簧一端固定，另一端连一质量为 m 的物体（视为质点），置于光滑平面上，若该系统在运动过程中，弹簧的形变较小（即形变弹簧对物体的作用力总是满足胡克定律），则该系统称为弹簧振子。

　单摆：忽略摆锤的大小、形状和摆线的形状与质量，由一个只有质量而无大小的质点和一条有长度无质量的线段连接在一起的装置，就是单摆模型。

　匀速直线运动：瞬时速度保持不变的运动。

　匀变速直线运动：运动轨迹是直线，且加速度不变，即在任何相等的时间内速度的变化量都相等。

　匀速圆周运动：如果物体沿着圆周运动，并且线速度的大小处处相等的运动。

　自由落体运动：物体只在重力的作用下从静止开始下落的运动。

　弹性碰撞：一般的碰撞过程中，系统的总动能要有所减少，总动能的损失很小，可以略去不计，这种碰撞叫做弹性碰撞。

　非弹性碰撞：在碰撞过程中，系统的机械能减少，所减少的机械能转化为其他形式的能量，这种碰撞称为非弹性碰撞。

　完全非弹性碰撞：非弹性碰撞的一个特例是两物体碰撞后粘在一起以同一速度运动，这种碰撞动能损失最多，称为完全非弹性碰撞。

　简谐振动：如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的震动图像（x-t 图像）是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动。简谐运动是最基本的振动，弹簧振子的运动就是简谐运动。

　阻尼振动：震动系统克服阻尼的作用要做功，消耗机械能，因而振幅减小，最后停下来，这种振幅逐渐减小的振动叫做阻尼振动。当阻尼减小时，在不太长时间内看不出振幅有明显的减小，于是可以把它当做简谐运动来处理。

　受迫振动：振动系统在外界周期性变化的驱动力作用下的振动叫做受迫振动。系统做受迫振动时，振动稳定后的频率等于驱动力的频率，跟系统的固有频率无关。

　共振：驱动力频率 f 等于系统的固有频率0f 时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。

　机械波：组成介质的质点之间有相互作用，一个质点的振动会引起相邻质点的振动，机械振动在介质中传播，形成了机械波。

　动量守恒定律：不论系统内各质点的运动是多么复杂，这个系统的总动量保持不变，也就是如果一个系统所受外力的矢量和为零，则这个系统的动量守恒，这个规律称为动量守恒定律。

　这是根据空间平移对称所构建的对称物理模型。

　角动量守恒定律：如果力矩为零，M=0，则有 0ddtL，通常把这一结论称为角动量守恒定律。这是根据空间转动对称所构建的对称模型。

　能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在能量的转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。能量守恒定律是根据时间对称所建立的对称模型。

　机械能守恒定律：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能可以相互转化，而总的 机械能保持不变。

　质点一维运动与刚体定轴转动规律类比 研究对象 质点 研究对象 刚体 位移 x 

　角位移  

　速度 txvdd

　角速度 dtd  

　加速度 22ddtxa 

　角加速度 22ddt 

　质量 m 转动惯量  m r I d2 力 Fv 力矩 F r Mvvv 

　运动定律 a m Fvv

　转动定律 vvI M 

　动量 v m v

　角动量 vI

　动量定理 1 2ex dF v m v m tv vv 

　角动量定理 1 2d  v vvI I t Mex  动量守恒定律 当 0 exFv时 ， i i vmv恒量 角动量守恒定律 当 0 exMv时，   vI 恒量 力的功 r d vv   F W

　力矩的功   d M W

　动能 221mv E k 

　转动动能 221 I E k 

　动能定理 21222121mv mv Wex 

　转动动能定理 21222121  I I Wex 

　重力势能 mgh E P 

　重力势能 质心mgh E P 

　机械能守恒定律 当 0  inncexW W 时， 恒量  P KE E

　机械能守恒定律 当 0  inncexW W 时， 恒量平 转  P K KE E E

　 简谐运动的两种基本模型弹簧振子与单摆模型规律类比 模型 弹簧振子 单摆 简谐运动条件 1）

　弹簧质量忽略不计； 2）

　忽略摩擦力等阻力； 3）

　在弹性限度内。

　1）

　摆线为不可伸长的轻细线； 2）

　忽略空气等阻力，细线的质量； 3）

　摆角10   ； 回复力 kx F F   弹 回 xlmgmg F     sin -回 平衡位置 0 回F ，弹簧处于原长 0 回F ，小球摆动的最低点

　能量转化关系 弹性势能与动能相互转化， 机械能守恒 重力势能与动能相互转化， 机械能守恒 固有周期 kmT  2 

　glT  2 

　 自由振动、受迫振动和共振的关系比较 振动类型 自由振动 受迫振动 共振 受力情况 仅受回复力 周期性驱动力 周期性驱动力 振动周期或频率 由系统本身固有周期或固有频率决定 由驱动力的周期或频率决定 固 驱固 驱或 f fT T 振动能量 振动物体的机械能不变 由产生驱动力的物体提供 振动物体获得的能量最大 常见例子 弹簧振子或单摆 机械工作时底座发生的振动 共振筛、转速计等

　热学物理模型：

　理想气体：宏观上，理想气体指在任何条件下始终遵从气体实验定律的气体，实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下，可视为理想气体。微观上，理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力，分子本身没有体积，即它所占空间都认为是可以被压缩的空间。

　范德瓦尔斯气体：遵守范德瓦尔斯方程   RT b VVa p   2的气体称为范德瓦尔斯气体。

　平衡状：实验表明，一个不受外界影响的孤立系统，经过足够长的时间后，就会达到一种稳定的状态，其各种宏观性质将不再随时间变化，这种状态称为平衡态。

　准静态过程：又称平衡过程，系统在热力学过程中，从初态到终态以及各个中间状态都近似看作是平衡态的过程。

　可逆过程：一个系统，由初始状态出发经过某一过程 p 到达末状态，如果存在一个逆过程p，

　它能使系统和外界完全复原（即系统回到初始状态，同时消除了原过程 p 中对外界引起的一切影响），则原来的过程 p 称为可逆过程。

　热动平衡态：

　卡诺循环：卡诺提出的一种理想循环，该循环由两个准静态等温过程和两个准静态绝热过程组成，在循环换过程中工质只与两个恒温热源交换热量，这种循环称为卡诺循环。

　等体过程：即体积保持不变的过程，其过程的一般方程为 V=常数或 dV=0。

　等压过程：即压强保持不变的过程，其过程的一般方程为 P=常数或 dP=0。

　等温过程：即系统温度始终保持不变的过程，其过程的一般方程为 T=常数或 dT=0。

　绝热过程：是系统和外界没有热量交换的过程，其特征为 dQ=0。

　玻意耳定律：一定质量的理想气体，分子的总数是一定的，在温度保持不变时，分子的平均动能保持不变，气体的体积减小到原来的几分之一，气体的密度就增大到原来的几倍，因此压强就增大到原来的几倍，反之亦然。

　查理定律：一定质量的理想气体，体积保持不变，分子的密集程度保持不变，当温度升高时，分子的平均动能增大，因而气体压强增大。温度降低时，情况相反，这就是等容变化。

　盖-吕萨克定律：一定质量的理想气体，当温度升高时，气体分子的平均动能增大；要求保持压强不变，必须减小单位体积内的分子个数，即增大气体的体积。

　理想气体与范德瓦尔斯气体规律类比 研究对象 理想气体 范德瓦尔斯气体 分子大小 分子可看作质点 分子看作为半径为0r 不能发生形变的刚球 分子间作用力 除分子与分子间、分子与器壁间的碰撞外，分子间没有相互作用 分子间的相互吸引力将使压强减小 物态方程 VRTp 

　2Vab VRTp 

　 光学物理模型 ：

　点光源:：是理想化为质点的向四面八方发出光线的光源。

　 薄透镜:：在光学中，是指透镜的厚度（穿过光轴的两个镜子表面的距离）与焦距的长度比较时，可以被忽略不计的透镜。

　光子：光子是传递电磁相互作用的基本粒子，是一种规范玻色子。光子是电磁辐射的载体，而在量子场论中光子被认为是电磁相互作用的媒介子。与大多数基本粒子 相比，光子的静止质量为零，这意味着其在真空中的传播速度是光速。

　波粒二象性：指微观粒子有时显示出波动性（这时粒子性不显著），有时又显示出粒子性（这时波动性不显著），在不同条件下分别表现为波动和粒子的性质。一切微观粒子都具有波粒二象性。

　电磁学物理模型：

　点电荷：是一种理想化模型，实际不存在，但当带电体的尺寸、形状对所研究的问题影响不大时，可将此带电体看成点电荷。此外，对于电荷均匀分布的球体，可认为是电荷集中在球

　心的点电荷。

　纯电阻：就是在通电时电能全部转化成内能的用电器。

　理想导体：（也称完纯导体）是电阻为 0 即电导率为无穷大的物质，是一个与理想介质相对应的概念，在实际中并不存在。

　理想变压器：是在实际变压器的基础上提出的一种理想电路元件，无损耗、完全藕和（即无漏磁通）、导磁材料磁导率可以为无限大（即磁阻为零）。

　匀强电场：如果电场中个点电场强度的大小相等、方向相同，这个电场叫匀强电场。

　匀强磁场：是指强弱、方向处处相同的磁场。匀强磁场的磁感线是一些间隔相同的平行直线。

　无限大均匀带电平面：是一个理想模型，产生的电场是一个均匀场。电场02  E （E 的方向与带电平面垂直）

　。

　无限长载流直导线：是一个理想模型，产生的电场（对于无限长带电直线，

　01  ，  2 ）

　0 xE ,rE y02  。

　电场线：在电场中画出一系列的从正电荷出发，到负电荷终止的曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致，这些曲线叫电场线。

　磁感线：在磁场中画出一系列有向曲线，这些曲线上每一点的切线方向，表示该点的磁场方向。曲线的疏密能定性地表示磁场的强弱，磁感线都是闭合曲线。

　等电势面：电场中电势相同的个点构成的面叫做等势面。

　 电子：环绕于原子核周围带负电的粒子。

　自由粒子：金属中离原子核最远的电子往往会脱离原子核的束缚而在金属中自由活动，这种电子叫做自由电子。

　均匀电介质：电介质由中性分子构成，每个分子内包含有带正电的原子核及带负电的电子，电子只能在分子内运动，不像导体内的电子那样可以在导体内自由运动。

　 均匀磁介质：在磁场的作用下，内部状态发生变化并能反过来影响原磁场分布的物质，称为磁介质。

　电偶极子模型：忽略两带电体的大小与形状,将其视为两个点电荷,由这样两个带等量异号电 量、并相距一定距离的点电荷所构成的结构体就是电偶极子。

　理想化的物理仪器如伏特表(内阻无穷大) 安培表(内阻为零) 恒压源(内阻为零) 恒流源(内阻无穷大)等

　 电场线与磁感线比较 类别 电场线 磁感线

　 相 似 点

　引入目的

　都是为了形象描述场而引入的假想线， 实际不存在 疏密

　都能定性描述场的强弱

　切线方向 都是表示该点场的方向 相交 都不能相交

　 相异点 起始于正电荷（或无穷远处），终止与负电荷（或无穷远处）

　闭 合 曲 线 外 部S N  ， 内 部N S 

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