VPhysics課程，看見物理
已開發30堂課程模組，持續開發中，若有超連結失效，請來信告知 歡迎來信洽談演講、出版事宜：wthwth@gs.cgsh.tc.edu.tw Updated: 202003
2020物聯探實達，上課時間:禮拜四早上10:00-12:00，公 開觀課，欲觀課者請先私訊，以便準備座位…活動記錄：Facebook 社團：“物聯創客探實達” 使用glowscript: https://www.glowscript.org/#/user/wthwth/folder/MyPrograms/ 。
2018物聯探實達，上課時間：禮拜五早上 8:05-8:55 中港高中 501教室，開放公開觀課，欲觀課者請先私訊，以便準備座位…活動記錄：Facebook 社團：“物聯探實達”
聲明：部分程式，PPT改自台大物理系石明豐教授之VPhysics網頁（感謝：南港高中高慧君老師，建中等老師之特色課程提供程式碼）。程式之視覺呈現尚未優化，若有需要，請自行調整參數。
新版：http://vphysics.ntu.edu.tw/ 舊版 ： http://tcjd71.wixsite.com/vpython
各章簡介：
第0章VPython環境介紹，程式語言概論
第1章水平等速度運動，雙車競走
第2章等加速度運動，靜止落體
第3章三維等加速度運動
第4章力的合成與分解，向量
第5章等速率圓周，圓錐擺，單擺，複擺
第6章水平簡諧運動，鉛直簡諧運動
第7章動量
第8章彈性碰撞
第9章行星公轉
第10-14章複雜系統
0.為何要學程式設計(Why Coding)？
PPT:中港高瞻物聯網(0) VPhysics課程簡介-201807
程式設計是一種素養導向的課程，兼具探究與實作能力、創造力、問題解決能力，是適應未來工作與生活重要的高階技能。
程式設計由複雜問題的解構(destruct，將一個大問題分解成數個小問題)、分析、簡化條件、上機測試、偵錯(debug)、程式精緻化(refine)。整個過程，需要耐心、恆心、反思與自我實現。這些做研究的能力，都是很好的人格特質。
程式設計，並不是死背一堆程式碼，或是寫一堆看不懂的機器語言。善用電腦視覺化的優勢，彌補計算的不足。遇到問題，不必急著崩潰，如何上網找資源，是現代科技人必備的IQ與EQ。利用倚天劍（物理）加屠龍刀（VPython），兩把神兵，練就絕世武功（能做出，目前網路尚沒有人會做的事），才是本網頁最重要的宗旨。
發現程式設計的樂趣，是一輩子受用不盡的快樂，享受在程式設計的挑戰與成就感，就是一種取之不盡、用之不竭的智慧。
活動：好玩的遊戲 Blockly games，比賽一：一節課，誰能闖過最多關。比賽二：一學期內，誰能最快破關。
0-1 乾淨的程式碼：用兩行程式，畫一個立體球
訓練能力：快速學習，校準calibration(先確定簡單程式可執行，再進行下一步)，簡單化（將程式寫到最簡），性能最佳化（執行速度最快，最節省系統資源）
如果你在大學推甄申請的面試，跟教授說，你會用”兩行程式畫一個立體球，七行程式寫一個立體動畫”，你覺得教授會有興趣看嗎？會優先錄取嗎？
from visual import *
sphere ()
0-1-1 第一招，變換顏色
0-1-2 其他立體物件
0-1-3 畫更多球，數學座標（善用POS指令）
0-1-4 畫更多球，需要數學幾何來定座標
0-1-5 畫一輛車子
0-1-6 太陽六芒星
0-1-7 簡單版俄羅斯方塊
0-2 七行寫一個動畫
0-2-2 四球等速
0-3 用箭頭畫x,y,z軸
0-4 偵錯 debug：
訓練能力：挫折容忍，自我反思，邏輯
程式設計的Coding入門，必須要減少打字的錯誤，不然程式沒辦法執行。抓到打字錯誤，也是一種挑戰與樂趣。先不要用copy paste，自己動手key in這個短程式，看看能不能畫出正確的圖形？
from visual import *
scene = display(title=’1′, width=800, height=800, x=0, y=0, center=(0,0.06,0), background=(0.5,0.6,0.5))
floor = box(pos=(0,-(0.005)/2,0), length=0.3, height=0.005, width=0.1)
萬一打字好幾次都有錯誤，也不必太氣餒，直接copy paste也是可以。即便在台積電這樣大的科技公司，從廠商提供的Python，改寫成工作所需的程式，也是一項成就與貢獻。請記住：要建立自己在職場上的不可取代性，21世紀，學程式語言可能比學英語更重要。
延伸參考Youtube影片：怎麼樣成為一個高手
1.物體的一維等速運動 [基本架構、while]
訓練能力：迴圈判斷，運動學基本觀念（位置，速度，加速度）
等速度運動，是最簡單的運動。但也是最基礎的運動學三要素，位置、速度、加速度的入門體驗。
PPT: 中港高瞻物聯網-VPhysics(1)一維等速度運動-201704
影片-物聯百萬大學堂
Google classroom 課程代碼： 9apgxr
1-0 簡單等速
1-1黑藍兩車競走
有趣的雙車競走，圖中兩車，哪一台速度快？這個程式，只需要用到等速度運動的程式即可。學程式設計，最重要的，不是寫出很長的程式碼，而是～～”創意”。
1-1-1 雙車競走，改成等加會怎樣？
1-2 四角巡航
1-3 十車，彩色
VPython 1-3: ten colorful cars
1-4作業：
1-4-1 改寫程式(1)將box改成球、(2)變成四球爆炸 (3)變成四cone爆炸，
先不要看解答，想不出來，再參考：將box改成球，四球爆炸，四CONE爆炸參考解答
若參考解答，仿照解答再寫一個程式
2.物體的一維等加速運動 [if]
會了等加速度運動，你便可以稱為動畫師了，因為模擬生活中的運動，就從等加速度運動開始。”你不需要很厲害才開始，但你要開始才會很厲害”。這個程式是球自由落下，再反彈，比較 難。2-0先練習水平等加，與單純的靜止落體
PPT: 中港高瞻物聯網-VPhysics(2)自由落體與反彈-201704
2-0 水平一維等加
2-0-1水平面，速度與加速度反向
2-0-2 停止距離＝反應距離＋煞車距離
開車或騎車時，整個停下來的距離，其實包括兩個部分：
(1)反應距離：從發現前方路況，到開始啟動煞車，此 運動為等速度運動，故反應距離＝反應時間（大約0.2秒）＊原本車速。
(2)煞車距離：啟動煞車後，依照等加速度，直到車子停下，故煞車距離＝原本車速平方/(2*煞車加速度）
2-0-3 靜止落體（未反彈）
VPython程式碼 2-0-3 靜止落體
2-1 斜面等加速度：
PPT：中港高瞻物聯網-VPhysics(2-1)斜面-201807
2-2斜面的平拋：
2-3 簡單平拋：
2-3-1 不同初速的平拋
2-4 知名相對運動：斜拋與靜落
2-5作業：改成四顆球陸續掉下再反彈 不要先偷看參考解答
影片-物聯網狂新聞
3.物體的三維運動 [畫位置時間圖，gcurve]
在物理很重要的函數圖形：x-t圖， v-t圖， a-t圖，都可以畫出來
PPT:中港高瞻物聯網-VPhysics(3)三維運動-201704
3-0 簡單斜拋
3-0-1 看見斜拋的速度
3-0-2 看見斜拋的x等速，y上拋
3-0-3 簡單函數圖形
3-0-4 簡單函數圖形 (sin)
3-0-5 簡單函數 (sin x)
3-1 有無空氣阻力之斜拋比較：
3-2 運動學著名的斜拋圖：
在高中運動學中，初速相同的斜拋，仰角=45度時，有最大的水平射程；互餘角的水平射程會相同。以前這些知識，你要用背的或算的，現在透過VPython的視覺化，學物理變的很有感！！
3-2-1 各種角度斜拋（動量的寫法）
3-3 兩牆反射的平拋：
3-4 箱子內的反射：
4.力(向量)的合成 [vector、list、for]
疊加原理superposition theorem，應用向量的加成，在電磁學中，求電場、磁場也可以適用
PPT:中港高瞻物聯網-VPhysics(4)力的合成-201705
5.等速率圓周運動
在高中物理，想要證明法線加速度a=v^2/r，是很複雜而困難的。換個角度想，如果加速度與半徑平方成反比，會怎樣？與速度一次方成正比，會怎樣？
物理老師只能告訴你：軌跡一定不是圓，但是軌跡是什麼？做怎樣的運動？VPython可以告訴你，盡情嘗試吧，因為電腦會幫你畫出來，很快～～
PPT:中港高瞻物聯網-VPhysics(5)等速率圓周運動-201707
簡易教案: 簡易教案_等速率圓周運動201707
5-0 簡單圓周
5-0-1 用參數式來寫簡單圓周
5-0-2 加一個Z軸初速，就成螺旋
高中物理的數學，限制在二維的平面運動，然而卻也讓學生的空間概念不足，常常只具備平面的概念，對於搬家公司疊家具，搬家具；開飛機…等需要空間概念的工作，只能靠直覺或在職訓練。有了電腦的3D立體功能，讓空間概念，比照平面概念，一樣可以用”15行程式碼”，便寫出來！
5-1 鉛直圓周（單擺）：
單擺，在物理界是知名運動，即便是用算的，也不太容易”體驗”箇中變化的原理，VPython可以幫你算出，你想要得到的各種物理量，動手試試看吧
PPT：中港高瞻物聯網-VPhysics(5-1)鉛直圓周單擺運動-201807
5-2 單擺＋釘子
知名的力學能守恆實驗，用程式模擬，讓結果看得到，有趣的挑戰題
5-3 圓錐擺（錐動擺）：
在水平面，等速率圓周運動的圓錐擺，其實，只要用單擺的程式碼，加上”適當”的初速度便可得到。從程式碼中，不只學到資訊科技，更可以印證物理
5-3-1 圓錐擺變成複擺 （+vy)
5-3-2 正向力的圓錐擺
5-4 知名物理問題：雙星互繞
第一種寫法：運動學。雙星互繞，位置；速度；加速度與質量成反比反向，不再是冷冰冰的物理公式，從本程式可以”看得到”
5-4-1 雙星互繞第二種寫法：動力學，重力當作向心力
5-5 知名物理問題：三星互繞
5-5-1 四星互繞
5-5-2 四星互繞 （3D）
空間概念的實例，讓四球互繞，變程式兩垂直面上的雙星互繞
5-5-3 六星互繞
5-5-4 六球互繞 （3D）
空間概念範例系列，六球分別在x, y, z軸互繞
5-6 知名物理問題：複擺之角動量守恆
6.虎克定律和簡諧運動
簡諧運動Simple Harmonic Motion是高中物理最困難的運動，卻也是量子力學模擬複雜系統，如晶格震盪Lattice vibration等，高階物理的基本題型。萬丈高樓平地起，擠身物理高手，就從簡諧運動開始
PPT:中港高瞻物聯網-VPhysics(6)簡諧運動-201707
6-0 雙球簡諧
6-1 鉛直簡諧：
鉛直簡諧的力學能守恆，包含：動能＋重力位能＋彈力位能，是力學最難算的題型，從這個模擬程式，讓這些計算，都變成體驗的經驗值，輕輕鬆鬆，練成神功～～
PPT：中港高瞻物聯網-VPhysics(6-1)鉛直簡諧運動-201807
6-1-0 倒立的鉛直簡諧
6-1-1 鉛直簡諧的速度與加速度
6-1-2 雙球鉛直簡諧，SHM週期和哪些變數有關？
6-1-3 鉛直簡諧與彈簧波之專題 slinky
VPython程式碼 6-1-3: slinky
6-2 雙質點簡諧：
質心，真的不會動嗎？
7.動量 [dictionary]
PPT:中港高瞻物聯網-VPhysics(7)動量，運動慣性-201707
7-0 單純滾動：
8.彈性碰撞 [tuple、function]
彈性碰撞，是進入工程力學重要的基礎，透過本程式，完全心領神會
PPT:中港高瞻物聯網-VPhysics(8)彈性碰撞-201707
8-0 兩種一維彈碰：
8-1 鉛直彈碰：兩球鉛直放置，上面為小質量，自由釋放後，會如何？
有趣的物理實作，把網球放在籃球上，一起釋放，這樣看似複雜的問題，程式也寫的出來，而且，不長
PPT：中港高瞻物聯網-VPhysics(8-1)鉛直彈性碰撞-201807
8-2 斜向彈碰：
二維彈碰很複雜？花式撞球的顆星，如何實踐？先看看本程式，再下定論吧
PPT：中港高瞻物聯網-VPhysics(8-2)二維彈性碰撞-201807
8-3 牛頓擺：
9.行星公轉 [class]
牛頓當年，為何從一介書生，爆紅於物理界，成為執牛耳的大師？證明出克卜勒定律，讓當時的幾位學院派教授大老們懾服，是很重要的原因
PPT:中港高瞻物聯網-VPhysics(9)行星公轉-201707
9-0 簡單重力：
9-1 陀螺轉動：
好玩的程式，就不多說，自己慢慢體會
PPT：中港高瞻物聯網-VPhysics(9-1)陀螺-201807
9-2 地球自轉：
9-2-0 公轉與自轉
9-3 哈雷彗星：
哈雷彗星的週期是76年，以前是用克卜勒第三定律算出來，現在，你還可以用”看見”的方式知道這個數據喔～～
9-3-1 克卜勒第一定率律：橢圓軌道
9-4 同步衛星與極軸衛星：
9-5 轉動與進動：
9-6 飛輪之角動量守恆：
10.熱力學：
嘆為觀止，不想用拙劣的言詞污染畫面的美麗
10-1 壓縮氣體：
10-2 晶格：
11.光學：
11-1 凹面鏡平行光束聚焦：
11-2 凹面鏡成像：
11-3 都卜勒效應：
原程式碼參考於網路
11-4 RGB and HSV：
11-4-1 RGB 三原色座標
11-5 波的反射：
12.電磁學：
12-1 電力線：
12-2 磁力線：
12-3 電達：
12-4 帶電粒子在磁場中運動：
12-5 電磁波
12-6 波耳氫原子模型
12-6-1 氦原子（Z=2）
12-6-2 鋰原子 （Z＝3）
12-6-3: 鈹原子（Z=4）
12-6-4 氖原子Z=10
13.專題製作：模擬書本的三種轉軸轉動
課程目標：國中生很喜歡轉課本，可以常轉課本的人大概都知道，課本有三個轉軸，其中兩個才可以穩定轉動，如果以最長的邊轉動，很快就進入不穩定的轉動。
物理觀念：在剛體轉動中，如果轉軸固定，則可維持穩定轉動。因此我們必須用以上所學技巧去模擬剛體。解構問題，簡化問題，規劃變成可研究步驟，執行偵錯，是本專題的四大步驟。
13-0 從雙質點簡諧出發
13-0-1 另一種出發程式： 雙球簡諧
13-1 第一種：穩定轉動
13-2 第二種：穩定轉動
13-3 第三種：不穩定轉動
14.跨領域：
14-1 數學幾何：VMath:
14-2 找出共有幾塊
14-3 三視圖練習
14-3-1 簡單的立體圖，請畫出三視圖
14-3-2 簡單的立體圖，請畫出三視圖
15. 成為專家的第一步：讀VPython手冊
16.專題製作
OK Go @ VPhython
1.觀看 OK Go MV YOUTUBE “This Too Shall Pass”
2.找出有幾種連動裝置
3.用VPython寫出模擬程式