本文主要是介绍[物理专题]经典浮力题目的Fh图像绘制,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
这段代码用于绘制物体在液体中受到的浮力变化的图像,它有多个好处:
-
直观展示数据:通过图形化展示,可以直观地看到物体在液体中浸入深度与受到的浮力之间的关系。
-
教育和学习工具:这种类型的图像常用于教育目的,帮助学生理解浮力原理和阿基米德原理。
-
实验数据可视化:如果数据来自实验测量,这种图像可以展示实验结果,便于分析和讨论。
-
参数调整:通过调整代码中的参数,可以模拟不同条件下的浮力变化,有助于理解不同因素(如物体密度、液体密度、物体形状等)对浮力的影响。
-
科研和工程应用:在设计和测试涉及流体动力学的设备时,这种图像可以帮助工程师和科学家预测和优化设备性能。
-
交互性:虽然当前代码是静态的,但 Matplotlib 支持交互式图表,可以进一步开发以允许用户通过交互来探索不同参数对结果的影响。
-
易于分享和发布:生成的图像可以轻松地嵌入到报告、演示或网页中,便于分享和交流。
-
代码的可重用性:这段代码可以作为一个模板,用于绘制其他类型的物理量随某个参数变化的图像,具有很好的可重用性。
-
细节控制:通过调整
subplots_adjust
和title
等函数的参数,可以精确控制图像的布局和样式,以满足出版或展示的需求。 -
扩展性:Matplotlib 提供了丰富的定制选项和扩展包,可以进一步扩展图像的功能,如添加图例、注释、网格线、颜色和样式等。
总之,这段代码不仅能够生成有用的科学图像,还提供了一个灵活的平台,用于探索和展示物理现象。
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np# 设置matplotlib绘图时使用中文和特殊字符
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['Microsoft YaHei'] # 用来正常显示中文标签
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False # 用来正常显示负号# 已知参数
g = 9.8 # 重力加速度, m/s^2
rho_water = 1000 # 水的密度, kg/m^3
initial_force = 12 # 初始弹簧测力计示数, N
force_when_submerged = 4 # 物体完全浸没后的弹簧测力计示数, N# 计算完全浸没时的浮力
full_buoyancy = initial_force - force_when_submerged# 计算部分浸入时的浮力(直接使用高度比例计算)
def partial_buoyancy(h):if h <= 0.03: # 物体还未浸入水中return 0elif 0.03 < h <= 0.07: # 物体部分浸入水中return (h - 0.03) / (0.07 - 0.03) * full_buoyancyelse: # 物体完全浸没return full_buoyancy# 计算弹簧测力计的示数
def force_reading(h):F_buoyancy = partial_buoyancy(h)return initial_force - F_buoyancy# 物体浸入水中的深度范围
h_values = np.linspace(0, 0.09, 100) # 从0到9cm,转换为米# 计算弹簧测力计的示数
F_values = [force_reading(h) for h in h_values]# 绘制图像
plt.figure(figsize=(12,7)) # 设置图像大小
plt.plot(h_values, F_values, label='力随高度变化')# 标记起点、拐点、终点
plt.scatter(0, initial_force, color='red', label='起点(A): 0 m, {:.1f} N'.format(initial_force))
plt.text(0, initial_force + 0.5, 'A', ha='center', va='bottom')plt.scatter(0.03, force_reading(0.03), color='green', label='拐点(B): 0.03 m, {:.1f} N'.format(force_reading(0.03)))
plt.text(0.03, force_reading(0.03) + 0.5, 'B', ha='center', va='bottom')plt.scatter(0.07, force_reading(0.07), color='blue', label='终点(C): 0.07 m, {:.1f} N'.format(force_reading(0.07)))
plt.text(0.07, force_reading(0.07) + 0.5, 'C', ha='center', va='bottom')# 获取图例的宽度和高度# 使用 bbox_to_anchor 移动图例,同时保持宽度和高度不变
plt.legend(loc='lower center', bbox_to_anchor=(0.90, -0.20), shadow=True, ncol=4)# 添加注释框解释三段线段的含义
plt.annotate('物体初始受力', xy=(0.01, initial_force + 1), xytext=(0.05, initial_force + 1.5),arrowprops=dict(facecolor='black', shrink=0.05),horizontalalignment='left', verticalalignment='top')plt.annotate('物体部分浸入水中时,受力随深度增加而减小', xy=(0.04, (force_reading(0.03) + force_reading(0.07)) / 2),xytext=(0.1, (force_reading(0.03) + force_reading(0.07) + 1) / 2),arrowprops=dict(facecolor='black', shrink=0.05),horizontalalignment='left', verticalalignment='center')plt.annotate('物体完全浸没后,受力保持不变', xy=(0.08, force_reading(0.07)),xytext=(0.15, force_reading(0.07) - 0.5),arrowprops=dict(facecolor='black', shrink=0.05),horizontalalignment='left', verticalalignment='top')# 设置坐标轴标签和标题
plt.xlabel('高度 (m)')
plt.ylabel('力 (N)')plt.title('物体在水中时力随高度的变化', fontsize=16, fontweight='bold')# 手动调整子图布局
plt.subplots_adjust(top=0.95, bottom=0.15)
plt.grid(True)
plt.ylim(0, 15) # 设置Y轴范围为0到15N
plt.show()
这篇关于[物理专题]经典浮力题目的Fh图像绘制的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!