要基于Matplotlib创建氢原子的三维动画,您可以使用Matplotlib的3D绘图功能和动画模块。以下是一个示例代码,演示如何创建氢原子的三维动画:
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
from matplotlib.animation import FuncAnimation
# 创建画布和子图
fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')
# 定义氢原子波函数
def hydrogen_wave_func(n, l, m, r, theta, phi):
a0 = 1 # 波函数的尺度参数
R = 2 * (a0 / n)**2 * np.exp(-r / n / a0) # 径向部分
Y_lm = np.real(np.sqrt((2 * l + 1) * np.math.factorial(l - abs(m)) / (4 * np.pi * np.math.factorial(l + abs(m)))) *
np.exp(1j * m * phi) * np.math.lpmv(abs(m), l, np.cos(theta))) # 角向部分
return R * Y_lm
# 创建动画更新函数
def update(frame):
ax.clear()
# 设置坐标轴范围
ax.set_xlim(-5, 5)
ax.set_ylim(-5, 5)
ax.set_zlim(-5, 5)
# 设置坐标轴标签
ax.set_xlabel('X')
ax.set_ylabel('Y')
ax.set_zlabel('Z')
# 计算氢原子波函数的值
n = 1 # 主量子数
l = 0 # 角量子数
m = 0 # 磁量子数
r = np.linspace(0, 5, 100) # 径向距离
theta = np.linspace(0, np.pi, 100) # 极角
phi = np.linspace(0, 2 * np.pi, 100) # 方位角
R, Theta, Phi = np.meshgrid(r, theta, phi)
X = R * np.sin(Theta) * np.cos(Phi)
Y = R * np.sin(Theta) * np.sin(Phi)
Z = R * np.cos(Theta)
wave_func = hydrogen_wave_func(n, l, m, R, Theta, Phi)
# 绘制氢原子波函数的等值面
ax.contour3D(X, Y, Z, wave_func.real, cmap='viridis')
# 创建动画对象
ani = FuncAnimation(fig, update, frames=range(100), interval=100)
# 显示动画
plt.show()
在上面的示例中,我们首先创建了一个3D绘图的画布和子图。然后,定义了一个计算氢原子波函数的函数hydrogen_wave_func
。接下来,我们创建了一个动画更新函数update
,在每一帧中清除子图并绘制氢原子波函数的等值面。最后,我们使用FuncAnimation
创建了一个动画对象,并通过plt.show()
显示动画。
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