科学实验与编程（Python版）

中国科学院院士陈国良担任丛书主编。陈国良院士是国内计算机教育的引领者，是在国内倡导“计算思维”能力培养的先行者。
权威计算机教育专家与重点中学教学名师联袂创作。作者团队具有丰富的程序设计教学和青少年编程教育经验。
以程序设计教学内容为主线，将编程教育与科技素养、逻辑思维教育相结合。教学内容具有鲜明的独特性，在着重培养学生的计算机编程能力和解决问题能力的同时，也帮助学生巩固和加深理解中学各科目的核心知识。

科学是一门以实验为基础的学科，通过进行科学实验可以学习丰富的科学知识、探索未知 的奥秘。科学实验为学生提供了分析问题、总结问题的环境，通过编程体现学生通过自我思考，模拟实验环节，一步一步地解决相关系列问题，从而得到最终的结论并由此过程激发出学生对 学科研究的兴趣和对科学结论的严谨态度。
本书基于Python3 详细讲解了10 个趣味的物理化学实验。这些实验由浅入深地介绍了Python 语言语法的使用方式，并展现了程序设计的基本思维和方法。
全书共10章，通过实例应用的方式，在介绍实验的同时，详细介绍Python的基础知识， 基本数据类型，Python中的运算处理，选择语句和循环语句的使用方法，字符串、列表、元组 和字典的使用方法，文件的使用方法以及图形图像的应用等相关知识。
本书内容通俗易懂，具备较高的趣味性和交互性。书中实例适合中学生学习，以领悟 Python 语言的魅力所在，培养编程兴趣。另外，本书还适合作为相关培训机构的培训教材使用。

第1章　电路电流计算/ 1
1.1　物理现象观察/ 2
1.1.1　电流知识介绍/ 2
1.1.2　问题情境/ 2
1.2　案例：电流峰值现象/ 3
1.2.1　编程前准备/ 5
1.2.2　算法设计/ 7
1.3　编写程序及运行/ 10
1.3.1　程序代码/ 10
1.3.2　运行程序/ 11
1.4　拓展训练/ 18
第2章　电路并联与串联差异/ 19
2.1　物理现象观察/ 20
2.1.1　电路并联与串联知识介绍/ 20
2.1.2　问题情境/ 20
2.2　案例：家庭电路/ 21
2.2.1　编程前准备/ 23
2.2.2　算法设计/ 23
2.3　编写程序及运行/ 25
2.3.1　程序代码/ 25
2.3.2　运行程序/ 26
2.4　拓展训练/ 30
第3章　物体运动规律/ 31
3.1　物理现象观察/ 32
3.1.1　物体运动知识介绍/ 32
3.1.2　问题情境/ 32
3.2　案例：沿坡行走/ 33
3.2.1　编程前准备/ 33
3.2.2　算法设计/ 35
3.3　编写程序及运行/ 37
3.3.1　程序代码/ 37
3.3.2　运行程序/ 38
3.4　拓展训练/ 42
第4章　杠杆作用力/ 43
4.1　物理现象观察/ 44
4.1.1　杠杆原理介绍/ 44
4.1.2　问题情境/ 45
4.2　算法设计/ 47
4.2.1　编程前准备/ 48
4.2.2　算法设计/ 49
4.3　编写程序及运行/ 50
4.3.1　程序代码/ 50
4.3.2　运行程序/ 53
4.4　拓展训练/ 57
第5章　压强与压力作用/ 59
5.1　物理现象观察/ 60
5.1.1　压力与压强原理介绍/ 60
5.1.2　问题情境/ 61
5.2　案例：绘制水流轨迹/ 63
5.2.1　编程前准备/ 64
5.2.2　算法设计/ 64
5.3　编写程序及运行/ 66
5.3.1　程序代码/ 66
5.3.2　运行程序/ 67
5.4　拓展训练/ 70
第6章　运动频谱及周期/ 71
6.1　物理现象观察/ 72
6.1.1　简谐运动概念/ 72
6.1.2　周期、频率、圆频率/ 73
6.1.3　简谐运动的应用/ 74
6.1.4　问题情境/ 74
6.2　案例：绘制单摆动态图/ 76
6.2.1　实验前准备/ 76
6.2.2　算法设计/ 77
6.3　编写程序及运行/ 78
6.3.1　程序代码/ 78
6.3.2　运行程序/ 81
6.4　拓展训练/ 84
第7章　化学方程式配平/ 85
7.1　化学现象观察/ 86
7.2　案例：化学方程式配平生成器/ 87
7.2.1　编程前准备/ 87
7.2.2　算法设计/ 87
7.3　编写程序及运行/ 89
7.3.1　程序代码/ 89
7.3.2　运行程序/ 95
7.4　拓展训练/ 97
第8章　光的反射与折射/ 99
8.1　化学现象观察/ 100
8.2　案例：绘制科赫雪花曲线/ 102
8.2.1　编程前准备/ 103
8.2.2　算法设计/ 103
8.3　编写程序及运行/ 104
8.3.1　程序代码/ 104
8.3.2　运行程序/ 105
8.4　拓展训练/ 108
第9章　计算凸透镜焦距/ 109
9.1　物理现象观察/ 110
9.2　案例：计算焦距/ 111
9.2.1　编程前准备/ 113
9.2.2　算法设计/ 115
9.3　编写程序及运行/ 117
9.3.1　程序代码/ 117
9.3.2　运行程序/ 118
9.4　拓展训练/ 121
第10章　水的组成/ 123
10.1　化学现象观察/ 124
10.2　案例：电解水/ 125
10.2.1　编程前准备/ 126
10.2.2　算法设计/ 127
10.3　编写程序及运行/ 128
10.3.1　程序代码/ 128
10.3.2　运行程序/ 129
10.4　拓展训练/ 131

邓小平爷爷在1984年发出了“计算机的普及要从娃娃抓起”的号召。比尔·盖茨曾经说过：“学习编程可以锻炼你的思维，帮助你更好地思考。”在今天看来，我们在响应邓小平爷爷伟大号召的基础上，也体会到了学习编程的过程就是锤炼思维、思考事理的过程。
2000年，明确指出要在全国中小学中开展信息技术教育。作为现在的中学生，是生长在新世纪的一代人，肩负着连接现在与未来的使命，时代赋予了我们这一代人前所未有的使命和责任。学习编程语言，不仅能掌握一门与计算机沟通的语言，而且能收获一把通向未来的钥匙。更重要的是，学习编程可以开拓思维、启迪想象，可以培养学生们主动思考的意识，让孩子们能够发现并能自主设计隐藏在表象背后的程序。学习编程所培养出来的能力会让每个人受益终身。
Python语言在计算生态的大背景下诞生、发展、再生，历时近30年，其简洁和面向生态的设计理念得到了广泛认同，形成了全球范围最大的单一语言编程社区。超过9万个第三方编程库覆盖从数据到职能、二维到三维、文本处理到虚拟现实、控制逻辑到系统结构等几乎所有的计算领域。
本书作为中学生面向科学实验的编程教材，不仅详细介绍了相关的科学实验，还深入讲述了Python语言本身及面向对象的程序设计方法。主要特色如下：
（1）以初中物理和化学课程中的具体实验作为问题提出，在实际问题的求解中强调编程的基本概念、基本语法、基本结构，不探究语法的细节，从宏观上把握程序的结构。
（2）注重模块化的程序设计，注重模仿，强调规范化的程序结构，不提倡过多的编程技巧和个人风格。
（3）通俗易懂。本书利用大量的图示说明，把程序的执行过程，复杂的概念、算法用图形的形式表现出来，使读者有一个形象直观的认识。
本书所有列举的例题和扩展训练均在Python 3.8.8下调试通过。
由于作者水平有限，书中难免有错误之处，恳请读者批评指正。
2023年10月