【K12】Python写串联电阻问题的求解思路解析

问题源代码

方法：calculate_circuit_parameter

构造题目：

模板：
已知电阻R1为 10Ω，电阻R2为 5Ω，电压表示数为2.5V，求电源电压U？
给合上面题目，利用Python程序，可以任意调节参数，从而得到更多题目的构造。
在这里插入图片描述

题目1：已知电阻R1为 10Ω，电阻R2为 5Ω，电压表示数为2.5V，求电源电压U。电源电压U为 7.5V

题目2：已知电阻R1为 10Ω，未知电阻R2两端电压为2.5V，电源电压U为7.5V，求电阻R2的阻值。 r2_value 的值为 5.0

题目2：已知电阻R2为 5Ω，其两端电压为2.5V，电源电压U为7.5V，求电阻R1的阻值。 r1_value 的值为 10.0

题目：已知电阻R1为 10Ω，电阻R2为 5Ω，电压表示数为2.5V，电源电压U为7.5V，求电阻R1两端的电压。
voltage_across_r1 的值为 5.0

源代码


def calculate_circuit_parameter(circuit_data, target):r1 = circuit_data.get('r1')  # 获取r1阻值meter_reading = circuit_data.get('meter_reading')  # 获取R1和R2串联部分的电压表示数source_voltage_known = circuit_data.get('source_voltage')r2_known = circuit_data.get('r2')  # 已知电阻R2的阻值def calculate_r2_value():# 根据电源电压、R1和电压表示数计算电阻R2r2 = (meter_reading * r1) / (source_voltage_known - meter_reading)return round(r2, 1)def calculate_voltage_across_r1():return round(source_voltage_known - meter_reading, 1)def calculate_r1_value():  # 修改：移除r2_known参数# 根据电源电压、已知的R2两端电压和电压表示数计算电阻R1r1 = (source_voltage_known - meter_reading) * r2_known / meter_readingreturn round(r1, 1)# def calculate_r1_value(r2_known, meter_reading, source_voltage_known):#     r1 = (source_voltage_known - meter_reading) * r2_known / meter_reading#     return round(r1, 1)functions = {'r2_value': (calculate_r2_value,lambda: f"已知电阻R1为 {r1}Ω，未知电阻R2两端电压为{meter_reading}V，电源电压U为{source_voltage_known}V，求电阻R2的阻值。"),'voltage_across_r1': (calculate_voltage_across_r1,lambda: f"已知电阻R1为 {r1}Ω，电阻R2为 {r2_known}Ω，电压表示数为{meter_reading}V，电源电压U为{source_voltage_known}V，求电阻R1两端的电压。"),'r1_value': (calculate_r1_value,lambda: f"已知电阻R2为 {r2_known}Ω，其两端电压为{meter_reading}V，电源电压U为{source_voltage_known}V，求电阻R1的阻值。"),}if target == 'source_voltage':print(f"\n题目：已知电阻R1为 {r1}Ω，电阻R2为 {r2_known}Ω，电压表示数为{meter_reading}V，求电源电压U。")return f"电源电压U为 {source_voltage_known}V"if target not in functions:return f"无法计算'{target}'，请指定正确的物理量（'r2_value', 'voltage_across_r1' 或 'r1_value'）。"calculate_function, question_generator = functions[target]print(f"\n题目：{question_generator()}")result = calculate_function()# 删除此部分，因为calculate_r1_value不再需要额外参数# if target == 'r1_value':#     result = calculate_function(r2_known)return f"{target} 的值为 {result}"# 示例电路数据
circuit_data = {'r1': 10,'meter_reading': 2.5,'source_voltage': 7.5,'r2': 5  # 已知电阻R2的阻值
}def import_pic(pic='circuit_diagram_cldy01.png'):import matplotlibmatplotlib.use('TkAgg')  # 使用Tkinter作import matplotlib.pyplot as plt# 加载并显示电路图（假设图片存在）img = plt.imread(pic)fig, ax = plt.subplots(figsize=(6, 6))ax.imshow(img)plt.show()# 计算不同物理量
for target in ['source_voltage', 'r2_value', 'r1_value', 'voltage_across_r1']:print(calculate_circuit_parameter(circuit_data, target))def kuozhan():import numpy as np# 假设一个电流范围current_range = [0.1,0.2,0.5,1,2,2.5] # 从0.1A到1.1A  以步长0.2  取五个电流值r1_values = []r2_values = []for current in current_range:r1 = 5 / currentr2 = 2.5 / currentr1_values.append(r1)r2_values.append(r2)print("基于给定条件的不同R1和R2组合:")for i, (r1, r2) in enumerate(zip(r1_values, r2_values)):print(f"第{i + 1}组: R1={round(r1, 2)}Ω, R2={round(r2, 2)}Ω")kuozhan()
import_pic()

扩展函数

kuozhan

在其他条件不变情况下，基于给定条件的不同R1和R2组合:
第1组: R1=50.0Ω, R2=25.0Ω
第2组: R1=25.0Ω, R2=12.5Ω
第3组: R1=10.0Ω, R2=5.0Ω
第4组: R1=5.0Ω, R2=2.5Ω
第5组: R1=2.5Ω, R2=1.25Ω
第6组: R1=2.0Ω, R2=1.0Ω

在这里插入图片描述
通过使用上述方法（利用编程和numpy库生成不同电流值对应的不同电阻组合），学生可以从以下方面受益：