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物理是研究物质的结构、相互作用和运动规律的学科。数和形是物理研究对象的不可分割的两个最基本属性，它们天然地结合在一起。力学规律描述物体由于相互作用而引起的空间位置的变化，运动轨迹从形的方面反映物体的运动，位移、速度、加速度则从数量的方面反映物体的运动。作用力似乎是一个完全抽象的数量化的物理量，但它是通过被作用的物体的形状变化或运动的变化来体现的。质量似乎也是独立于大小和形状的量，但是物体的质量只有在物体之间相互作用时才能体现出来；两个物体相互作用，在相同时间内速度变化大的物体质量小。光滑斜面、弹簧振子、质点、刚体等力学对象模型，都是物体几何形状或形状变化特点与物理性质（用某个或某些物理量反映）的有机结合。例如，光滑斜面，从空间位置和形状来说，它是倾斜的平面，从物理性质来说，置于其上的物体与它接触的摩擦因数等于零。电场和磁场是两种分布在空间中的特殊物质，我们用空间中不同位置的电场强度和磁感应强度来描述它们，用空间各点电场强度和磁感应强度的变化描述电磁场在空间的传播。电学元件的串联、并联及其他连接关系，都是它们在空间中的不同组合方式；在不同的连接方式中，电压、电流和功率等物理量有不同的分配规律。光的粒子说、波动说和波粒二象性其实就是光在空间的不同分布（和运动）模型，它们与能量、动量、波速、波长和频率等物理量紧密相连。
物理规律有三种表达方式，即文字表达、公式表达和图像（或图形）表达。文字表达侧重阐明规律的意义，公式表达规律所揭示的数量关系，图像或图形则为规律提供形象支持。例如，开普勒行星运动第二定律的文字表达是：任何一个行星，它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积。数学公式表达为：rvsinθ＝常数。用图形表达为图3-1。普朗克的黑体辐射公式为：
u（λ，T）随λ变化的图像如图 3-2 所示。 u（λ，T）的公式给出了在一定温度下辐射能量密度随波长变化的精确关系，而图像则在整体上形象直观地反映了这种变化关系。
图 3-1
图 3-2
可以看出，物理规律的这三种表达方式各有优势，不可相互替代，只有使它们相互配合，相辅相成，才能准确、全面地表达规律的意义。
正常成人的思维，总是形象与抽象相结合，数与形相结合的。纯粹的没有形象支撑的抽象思维是不存在的，我们在思考代表具体事物的抽象符号时，头脑也是通过对这些抽象符号的形象进行操作实现的。没有形象对应的事物，我们说这是“不可想象”的。在物理研究中，对于不能通过感官产生形象的事物，通常的做法是为它创造一个形象，以能在思想上对其进行把握和操作。对于不可见的电场和磁场，我们用电场线和磁感线来描述。如果说机械波本身具有空间形状（横波的凸凹相间与纵波的疏密相间），那么波线、波阵面、波的图像等都是人们创造的，用以描述可见和不可见（如声波、电磁波）的各种波的传播规律的形象。对于物质的相互作用或性质，我们或是通过物质的运动变化的形象想象它，或是为其创造形象来描述它。当说到物体具有惯性，头脑中就会出现跑步运动员到终点时还向前冲出一段距离、汽车启动时人后仰等形象。对于速度、加速度、作用力、电场强度等矢量，我们用带有箭头的有向线段来表示，对于原子中的电子在空间各处出现的概率分布，用电子云来表示。大部分天文望远镜不是用可见光获取观察对象信息的，它提供的远处天体的彩色图像，是为了人们能用在日常生活中形成的表象把握它，而按一定的规则显示成彩色的。电子显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜等各种观察微观物体的显微镜，提供的观察对象在原子尺度下的具有彩色或明暗分布的图像，也是这样形成的。我们无法直接感知原子、原子核、夸克等微观物体，科学中关于它们的各种形象，也是人们以日常生活中形成的各种表象为原料为它们创造的模型。为抽象的事物创造形象的一个典型例子，是诺贝尔物理奖获得者美国物理学家费曼发明的费曼图，使得量子电动力学中粒子之间的相互作用、反应和转化等极度抽象的过程变得形象、可视、易操作。
正如上面所分析的，物理的研究对象本身既有数的属性，也有形的属性。物理规律的表达一般也是数形结合的。并且，物理中的数和形，比数学中的数和形有更丰富的内容。作为数学研究对象的数是抽象性程度最高的数，而物理中的数都有具体的意义，并且一般还是有单位的。数学中的形只涉及事物的空间位置、形状和大小，物理中关于事物的形象则包含有更多的因素，往往还涉及事物的变化、亮暗、颜色、密度、硬度等因素。由于物理中数形结合的多样性，所以数形结合在物理研究、物理学习中，发挥着更大的作用。在物理学习和物理解题中，我们更应自觉地通过数形结合，使它们优势互补，以达到全面、正确和深刻理解物理知识，快速、简捷解决问题之目的。
需要指出的是，一方面，物理知识是物理现象的本质联系，具有高度的抽象性和概括性，越是高深的物理知识越是如此；另一方面，一般的物理学习者是以接受的方式通过书本的学习获得物理知识的，对物理现象、概念、规律往往缺乏直接的感性认识，缺乏形象支撑。因而，一般的物理学习者，往往擅长于抽象的代数运算和推导，弱于通过想象进行整体性的把握。正如前面已经指出的，图形、图像等形象性的东西，具有抽象的东西所没有的优势。它直观，易于为人们接受，总是以整体的形式呈现，能使人们对事物形成整体性的理解。笛卡尔在“思维的法则”一文中写道：“没有任何东西比几何图形更容易印入脑际了，因此用这种方式来表达事物是十分有益的。”美国学者斯蒂思也说过：“如果一个特定的问题被转化为一个图形，那么，思想就整体地把握了问题，并且能创造性地思索问题的解法。”例如，一幅电场线分布图，能让我们一眼看出空间各点的电场强度方向和各点电场强度的相对强弱，这是电场强度公式所无法做到的。故此，我们在物理学习中，应特别注重提高自己构设图形、图像及运用图形、图像进行分析、推理的能力。