Python编程与3D物理学仿真（视频版）

　　本书将Python编程和物理力学知识同步结合起来，通过编程将物理概念和物理过程进行3D可视化展 现，帮助读者在3D场景下加深对物理知识的理解和掌握，从而培养读者学习物理的兴趣，提高物理自主学习和科 学探究的能力。全书共10章，第1章介绍使用Python进行3D物理学编程的基础知识，第2～10章结合高中物理教材的知识点进行实例讲解，便于读者结合物理教材进行同步学习。另外，本书还配有完整的教学视频，读 者结合视频可更直观地学习书中的内容。本书适合理工科高校一年级学生、高中学生、职高和中职学生学习，也可为物理教师和中小学信息 技术教师提供信息化创新教学参考，还可以供广大物理爱好者参考使用。

　　新时代优秀科普工作者（山东省仅18名），工学博士，副教授，山东枣庄人，中共党员，汉族。CCTV 10《我爱发明》发明人。拥有十多项发明专利，致力于大学生创新创业研究与指导工作十八年，哈工大蓝色海特节能赛车队创始人，哈工大大学生方程式赛车车队创始人，3D打印实验室创始人，山东省3D打印科普教育基地主任，威海市3D打印及其应用技术公共服务平台主任，山东省汽车零部件快速设计制造工程技术研究中心主任。发表论文20余篇，专著3本。近7年致力于青少年科技创新教育（STEM）与科普工作，具有丰富的教学经验和项目指导经验。

第1 章　Python 3D 物理学基础........................................................................ 1
1.1　入门实例....................................................................................................................... 1
1.1.1　命令行输入.................................................................................................... 1
1.1.2　程序文件输入................................................................................................ 2
1.2　3D 模型的创建 ............................................................................................................. 3
1.2.1　3D 坐标系...................................................................................................... 3
1.2.2　球体模型........................................................................................................ 3
1.2.3　长方体模型.................................................................................................... 4
1.2.4　圆柱体模型.................................................................................................... 6
1.2.5　螺旋体（弹簧）模型..................................................................................... 7
1.2.6　箭头模型........................................................................................................ 9
1.3　位置的移动................................................................................................................... 9
1.3.1　直接修改位置属性................................................................................... 9
1.3.2　引入速度概念修改位置属性....................................................................... 10
1.4　3D 动画的实现——物体位置的连续改变 ............................................................... 11
1.4.1　3D 动画的构成............................................................................................. 11
1.4.2　rate() 函数的作用......................................................................................... 13
1.5　匀速直线运动程序实例............................................................................................. 14
第2 章运动的描述......................................................................................... 21
2.1　位置与参考系实例..................................................................................................... 21
IX
目录
2.2　位移- 时间关系实例 ................................................................................................. 24
2.3　速度的概念——追及问题实例................................................................................. 29
2.4　加速度的概念实例..................................................................................................... 33
第3 章　匀变速直线运动的研究........................................................................ 38
3.1　初速度为零的匀变速直线运动实例......................................................................... 38
3.2　加速度为负的匀变速直线运动实例......................................................................... 43
3.3　多阶段匀变速直线运动实例..................................................................................... 48
3.4　自由落体运动实例..................................................................................................... 53
3.5　竖直上抛运动实例..................................................................................................... 59
第4 章　相互作用——力................................................................................ 64
4.1　弹簧与胡克定律实例................................................................................................. 64
4.2　动摩擦力与静摩擦力实例......................................................................................... 69
4.3　力的合成实例............................................................................................................. 74
4.4　重力沿斜面的分解实例............................................................................................. 75
4.5　力的平行四边形分解实例......................................................................................... 81
第5 章　运动和力的关系................................................................................ 84
5.1　直线运动加速度与力、质量关系实例..................................................................... 84
5.2　考虑摩擦力的斜面运动实例..................................................................................... 92
5.3　伽利略斜面运动实例................................................................................................. 99
第6 章　抛体运动....................................................................................... 108
6.1　外力方向和初始速度方向垂直的曲线运动实例................................................... 108
6.2　平抛运动实例........................................................................................................... 113
6.3　一般抛体运动实例................................................................................................... 119
第7 章　圆周运动....................................................................................... 127
7.1　基于三角函数的圆周运动仿真实例....................................................................... 127
7.2　圆周运动的向心加速度实例................................................................................... 130
7.3　圆周运动的向心力及其分解实例........................................................................... 134
7.4　圆周运动、向心运动与离心运动实例................................................................... 141
7.5　圆锥摆实例............................................................................................................... 146
第8 章　万有引力及宇宙航行........................................................................ 152
8.1　地球及卫星物体间万有定律实例........................................................................... 152
8.2　地球近地卫星椭圆轨道实例................................................................................... 155
8.3　地球近地卫星轨道周期及半长轴的计算实例....................................................... 160
8.4　地球近地卫星变轨实例........................................................................................... 163
8.5　相对论长度收缩效应实例....................................................................................... 167
第9 章　机械能守恒定律.............................................................................. 171
9.1　功与动能实例........................................................................................................... 171
9.2　斜面运动重力做功与重力势能实例............................................................................... 176
9.3　弹簧弹力势能实例................................................................................................... 182
9.4　单摆运动机械能守恒实例....................................................................................... 188
第10 章　动量守恒定律............................................................................... 195
10.1　动量概念与动量定理实例..................................................................................... 195
10.2　两球对心碰撞实例................................................................................................. 200
10.3　单摆弹性碰撞实例................................................................................................. 206