【K12】tk窗口+plt图像功能-学习物理中的串并联研究【附源码说明】

程序源码

import tkinter as tk
import matplotlib.pyplot as plt# 初始化 matplotlib 的字体设置
plt.rcParams['font.family'] = 'SimHei'# 计算串联电路的函数
def calculate_series():try:# 获取用户输入的电阻值并转换为浮点数r1 = float(entry_r1.get())r2 = float(entry_r2.get())# 计算总电阻r_total = r1 + r2# 更新结果标签显示各电阻值result_label_r1.config(text=f"R1 = {r1:.2f} Ω")result_label_r2.config(text=f"R2 = {r2:.2f} Ω")result_label_r_total.config(text=f"R总 = {r_total:.2f} Ω")# 获取用户输入的电压值并转换为浮点数u = float(entry_u.get())# 计算电流值i = u / r_total# 计算两个电阻上的电压值v1 = i * r1v2 = i * r2# 清空图像plt.clf()# 绘制图像，包括串联的电阻和电压线，以及总电阻和总电压线plt.plot([ r1, r2], [ v1, v2], 'ro-',r1 + r2,u,'bo-')plt.xlabel('R (Ω)')  # 设置x轴标签为电阻（Ω）plt.ylabel('V (V)')   # 设置y轴标签为电压（V）plt.title('串联电路')  # 设置图形标题为“串联电路”plt.show()             # 显示图形# 显示电流值result_label_i1.config(text=f"I1 = {i:.2f} A")  # 显示第一个电阻上的电流值result_label_i2.config(text=f"I2 = {i:.2f} A")  # 显示第二个电阻上的电流值# 显示提示信息，告知用户这是串联电路的信息result_label.config(text="串联电路中的各部分信息")except ValueError:  # 如果输入的不是有效数字，则抛出异常result_label_r1.config(text="")  # 清空电阻标签内容result_label_r2.config(text="")  # 清空电阻标签内容result_label_r_total.config(text="")  # 清空总电阻标签内容result_label_i1.config(text="")  # 清空电流标签内容result_label_i2.config(text="")  # 清空电流标签内容result_label.config(text="请输入有效的电阻值和电压值")  # 设置提示信息，告知用户输入有效值# 计算并联电路的函数
def calculate_parallel():try:# 获取输入的电阻值r1 = float(entry_r1.get())# 获取用户输入的第一个电阻值并转换为浮点数r2 = float(entry_r2.get())# 获取用户输入的第二个电阻值并转换为浮点数# 计算总电阻r_total = (r1 * r2) / (r1 + r2)# 更新结果标签result_label_r1.config(text=f"R1 = {r1:.2f} Ω")result_label_r2.config(text=f"R2 = {r2:.2f} Ω")result_label_r_total.config(text=f"R总 = {r_total:.2f} Ω")# 计算电压和电流u = float(entry_u.get())i1 = u / r1i2 = u / r2# 清空图像plt.clf()# 绘制图像plt.plot([r1, r2], [i1, i2], 'ro-', r_total, i1 + i2, 'bo-')plt.xlabel('R (Ω)')plt.ylabel('I (A)')plt.title('并联电路')plt.show()# 更新电流标签result_label_i1.config(text=f"I1 = {i1:.2f} A")result_label_i2.config(text=f"I2 = {i2:.2f} A")# 更新提示信息标签result_label.config(text="并联电路中的各部分信息")except ValueError:# 处理值错误的情况result_label_r1.config(text="")result_label_r2.config(text="")result_label_r_total.config(text="")result_label_i1.config(text="")result_label_i2.config(text="")result_label.config(text="请输入有效的电阻值和电压值")
def reset():entry_r1.delete(0, tk.END)entry_r2.delete(0, tk.END)entry_u.delete(0, tk.END)result_label_r1.config(text="")result_label_r2.config(text="")result_label_r_total.config(text="")result_label_i1.config(text="")result_label_i2.config(text="")result_label.config(text="")plt.clf()# 创建主窗口
window = tk.Tk()
window.title("电路计算器")# 创建输入框和标签
label_r1 = tk.Label(window, text="R1:")
label_r1.grid(row=0, column=0)
entry_r1 = tk.Entry(window)
entry_r1.grid(row=0, column=1)label_r2 = tk.Label(window, text="R2:")
label_r2.grid(row=1, column=0)
entry_r2 = tk.Entry(window)
entry_r2.grid(row=1, column=1)label_u = tk.Label(window, text="U:")
label_u.grid(row=2, column=0)
entry_u = tk.Entry(window)
entry_u.grid(row=2, column=1)# 创建按钮
button_series = tk.Button(window, text="串联", command=calculate_series)
button_series.grid(row=3, column=0)button_parallel = tk.Button(window, text="并联", command=calculate_parallel)
button_parallel.grid(row=3, column=1)button_reset = tk.Button(window, text="初始化", command=reset)
button_reset.grid(row=3, column=2)# 创建结果标签
result_label_r1 = tk.Label(window, text="")
result_label_r1.grid(row=4, column=0)result_label_r2 = tk.Label(window, text="")
result_label_r2.grid(row=4, column=1)result_label_r_total = tk.Label(window, text="")
result_label_r_total.grid(row=4, column=2)result_label_i1 = tk.Label(window, text="")
result_label_i1.grid(row=5, column=0)result_label_i2 = tk.Label(window, text="")
result_label_i2.grid(row=5, column=1)result_label = tk.Label(window, text="")
# 创建结果标签
result_label_r1 = tk.Label(window, text="")
result_label_r1.grid(row=4, column=0)result_label_r2 = tk.Label(window, text="")
result_label_r2.grid(row=4, column=1)result_label_r_total = tk.Label(window, text="")
result_label_r_total.grid(row=4, column=2)result_label_i1 = tk.Label(window, text="")
result_label_i1.grid(row=5, column=0)result_label_i2 = tk.Label(window, text="")
result_label_i2.grid(row=5, column=1)result_label = tk.Label(window, text="")
result_label.grid(row=6, columnspan=3)# 运行主循环
window.mainloop()

程序运行图像输出

在这里插入图片描述

代码主要实现功能如下

以下是对代码功能的分段讲解：

1. 获取输入的电阻值：

r1 = float(entry_r1.get())
r2 = float(entry_r2.get())

这段代码从entry_r1和entry_r2两个输入框中获取用户输入的电阻值，并将其转换为浮点数类型。

2. 计算总电阻：

r_total = (r1 * r2) / (r1 + r2)

这段代码根据并联电路的公式计算总电阻，将结果存储在r_total变量中。

3. 更新结果标签：

result_label_r1.config(text=f"R1 = {r1:.2f} Ω")
result_label_r2.config(text=f"R2 = {r2:.2f} Ω")
result_label_r_total.config(text=f"R总 = {r_total:.2f} Ω")

这段代码更新result_label_r1、result_label_r2和result_label_r_total三个标签的文本，显示计算得到的电阻值。

4. 计算电压和电流：

u = float(entry_u.get())
i1 = u / r1
i2 = u / r2

这段代码从entry_u输入框中获取用户输入的电压值，并根据欧姆定律计算电流值i1和i2。

5. 清空图像：

plt.clf()

这段代码清空之前绘制的图像，以便绘制新的图像。

6. 绘制图像：

plt.plot([r1, r2], [i1, i2], 'ro-', r_total, i1 + i2, 'bo-')

这段代码使用plot()函数绘制并联电路的图像，其中包括两个电阻点([r1, r2])和对应的电流点([i1, i2])，以及总电阻和总电流点(r_total, i1 + i2)。

7. 显示图像：

plt.xlabel('R (Ω)')
plt.ylabel('I (A)')
plt.title('并联电路')
plt.show()

这段代码设置图像的横轴标签、纵轴标签和标题，并使用show()函数显示图像。

8. 更新电流标签：

result_label_i1.config(text=f"I1 = {i1:.2f} A")
result_label_i2.config(text=f"I2 = {i2:.2f} A")

这段代码更新result_label_i1和result_label_i2两个标签的文本，显示计算得到的电流值。

9. 更新提示信息标签：

result_label.config(text="并联电路中的各部分信息")

这段代码更新result_label标签的文本，显示并联电路中的各部分信息。

10. 处理值错误的情况：

result_label_r1.config(text="")
result_label_r2.config(text="")
result_label_r_total.config(text="")
result_label_i1.config(text="")
result_label_i2.config(text="")
result_label.config(text="请输入有效的电阻值和电压值")