为所有大物1的py配置ipynb，但是均未经过测试

2026-09-22 16:04:12 +08:00
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@@ -0,0 +1,144 @@
+import math
+from decimal import Decimal
+
+"""
+Speed of Sound Calculator (Successive Difference Method)
+声速测量计算器 (逐差法)
+
+参考了 Newton's rings.py 的高精度与不确定度修约逻辑。
+
+计算公式说明:
+1. 理论声速公式:
+   v_t = 331.45 * sqrt(1 + t / 273.15)
+   其中 t 为摄氏温度。
+
+2. 逐差法计算波长 λ:
+   本实验两组数据均为 12 个点，分成两组进行逐差：Δx_i = x_{i+6} - x_i (i=1..6)
+   - 干涉法 (驻波法) 找振幅最大处：相邻两次最大处间距为 λ/2
+     因此 Δx = 6 * (λ/2) = 3λ => λ = Δx_avg / 3
+   - 相位法 (李萨如图像) 变为相同方向直线：相邻两次相位改变 2π，间距为 λ
+     因此 Δx = 6 * λ => λ = Δx_avg / 6
+
+3. 声速公式:
+   v = f * λ
+
+4. 不确定度传递公式:
+   - Δx_avg 的 A 类不确定度: u_A(Δx_avg) = S_Δ / sqrt(M) (其中 S_Δ 为逐差后 Δx 的标准差, M=6)
+   - 坐标 x 的 B 类不确定度: u_B(x) = Δ_inst / sqrt(3) (假设均匀分布)
+   - 逐差平均值的 B 类不确定度传播: u_B(Δx_avg) = sqrt(2/M) * u_B(x)
+   - Δx_avg 的合成不确定度: u_c(Δx_avg) = sqrt(u_A^2 + u_B^2)
+   - 波长 λ 的不确定度: 
+     干涉法 u(λ) = u_c(Δx_avg) / 3
+     相位法 u(λ) = u_c(Δx_avg) / 6
+   - 声速 v 的不确定度 (忽略 f 的极小不确定度): u(v) = f * u(λ)
+"""
+
+from utils import scientific_round
+
+def calculate_method(method_name, f, k, delta_inst):
+    print(f"\n========================================")
+    print(f"        {method_name}        ")
+    print(f"========================================")
+    print("请输入12个坐标数据 (单位: mm)。")
+    
+    x_vals = []
+    for i in range(1, 13):
+        while True:
+            try:
+                val_str = input(f"x_{i:02d} = ").strip()
+                if not val_str:
+                    continue
+                x_vals.append(Decimal(val_str))
+                break
+            except Exception:
+                print("无效输入！请输入正确的数值。")
+
+    # 1. 逐差计算
+    M = 6
+    deltas = []
+    print("\n--- 逐差过程 ---")
+    for i in range(M):
+        diff = x_vals[i + M] - x_vals[i]
+        deltas.append(diff)
+        print(f"Δx_{i+1} = x_{i+M+1} - x_{i+1} = {x_vals[i+M]} - {x_vals[i]} = {diff} mm")
+        
+    mean_delta = sum(deltas) / Decimal(str(M))
+    
+    # 2. 波长与声速计算
+    # 将毫米转换为米计算速度
+    wavelength_mm = mean_delta / Decimal(str(k))
+    wavelength_m = wavelength_mm / Decimal("1000")
+    velocity = Decimal(str(f)) * wavelength_m
+    
+    # 3. 不确定度计算
+    # u_A
+    variance_delta = sum((d - mean_delta)**2 for d in deltas) / Decimal(str(M - 1))
+    s_delta = Decimal(str(math.sqrt(float(variance_delta))))
+    u_a_delta = s_delta / Decimal(str(math.sqrt(M)))
+    
+    # u_B
+    u_x = delta_inst / Decimal(str(math.sqrt(3)))
+    u_b_delta = Decimal(str(math.sqrt(2.0 / M))) * u_x
+    
+    # u_c(Δx_avg)
+    u_delta_combined = Decimal(str(math.sqrt(float(u_a_delta**2 + u_b_delta**2))))
+    
+    # 传播到波长和声速
+    u_wavelength_mm = u_delta_combined / Decimal(str(k))
+    u_wavelength_m = u_wavelength_mm / Decimal("1000")
+    u_velocity = Decimal(str(f)) * u_wavelength_m
+    
+    # 4. 修约与展示
+    v_final, uv_final = scientific_round(velocity, u_velocity)
+    
+    print("\n--- 中间统计结果 (高精度) ---")
+    print(f"平均差值 Δx_avg: {mean_delta:.6f} mm")
+    print(f"Δx 的标准差 S_Δ: {s_delta:.6f} mm")
+    print(f"Δx_avg 的 A 类不确定度 u_A: {u_a_delta:.6f} mm")
+    print(f"Δx_avg 的 B 类不确定度 u_B: {u_b_delta:.6f} mm")
+    print(f"波长 λ: {wavelength_mm:.6f} mm")
+    print(f"波长的不确定度 u(λ): {u_wavelength_mm:.6f} mm")
+    
+    print("\n========================================")
+    print(f"     {method_name} 最终结果 (四舍六入五凑偶)")
+    print(f"     v = {v_final} ± {uv_final} m/s")
+    print("========================================")
+
+def main():
+    print("========================================")
+    print("           声速测量计算器               ")
+    print("========================================")
+    
+    t_input = input("请输入环境温度 t (℃) [默认 24]: ").strip() or "24"
+    f_input = input("请输入谐振波频率 f (Hz) [默认 37000]: ").strip() or "37000"
+    delta_inst_input = input("请输入游标卡尺/测微鼓轮分度值误差 Δ_inst (mm) [默认 0.02]: ").strip() or "0.02"
+    
+    t = float(t_input)
+    f = float(f_input)
+    delta_inst = Decimal(delta_inst_input)
+    
+    # 计算理论声速
+    v_t = 331.45 * math.sqrt(1 + t / 273.15)
+    print(f"\n理论声速 v_t = {v_t:.2f} m/s (温度 {t} ℃)")
+    
+    while True:
+        print("\n请选择计算方法:")
+        print("1. 干涉法 (驻波法) - 振幅最大处")
+        print("2. 相位法 (李萨如法) - 相同方向直线")
+        print("3. 退出")
+        choice = input("请输入选项 (1/2/3): ").strip()
+        
+        if choice == '1':
+            # 干涉法 k = 3 (Δx_avg = 3λ)
+            calculate_method("干涉法 (振幅最大处)", f, 3, delta_inst)
+        elif choice == '2':
+            # 相位法 k = 6 (Δx_avg = 6λ)
+            calculate_method("相位法 (相同方向直线)", f, 6, delta_inst)
+        elif choice == '3':
+            print("退出程序。")
+            break
+        else:
+            print("无效选项，请重新输入。")
+
+if __name__ == "__main__":
+    main()