第七章 场与势能——集合与泛型

7.1 磁感线分布图（List集合特性）

物理现象：磁感线的有序分布 List集合的有序存储
实验器材：

import java.util.ArrayList;  
import java.util.LinkedList;  

class MagneticField {  
    public static void main(String[] args) {  
        // 磁场强度记录（ArrayList像条形磁铁）  
        List fieldA = new ArrayList<>();  
        fieldA.add(1.2);  // N极  
        fieldA.add(0.8);  
        fieldA.add(0.5);  // S极  

        // 磁感线动态变化（LinkedList像环形磁铁）  
        List fieldB = new LinkedList<>();  
        fieldB.addFirst("N极");  
        fieldB.addLast("S极");  
    }  
}  

7.2 电荷相互作用（Map键值对存储）

库仑定律编程版：

import java.util.HashMap;  

class ChargeSystem {  
    public static void main(String[] args) {  
        // 电荷存储（键：电荷量，值：位置）  
        Map charges = new HashMap<>();  
        charges.put("+5C", new Point(0, 0));  
        charges.put("-3C", new Point(5, 5));  

        // 计算电场力  
        double force = calculateForce(charges);  
        System.out.printf("电场力：%.2fN", force);  
    }  

    static double calculateForce(Map charges) {  
        // 根据库仑定律计算（F=k*q1*q2/r^2）  
        return 8.98e9 * 5 * 3 / Math.pow(7.07, 2);  
    }  
}  

7.3 电磁屏蔽原理（泛型类型安全）

安全防护机制：

class ShieldBox {  // 泛型就像屏蔽罩  
    private T content;  

    void put(T item) {  
        // 只能放入指定类型（屏蔽外部干扰）  
        this.content = item;  
    }  

    T get() {  
        return content;  
    }  
}  

// 实验验证  
ShieldBox safeBox = new ShieldBox<>();  
safeBox.put(3.14);  
// safeBox.put("金属"); // 编译错误！就像异物无法穿透屏蔽层  

第八章 能量转换系统——文件与IO

8.1 实验数据记录（文件读写）

示波器数据存储：

import java.nio.file.*;  

class DataLogger {  
    public static void main(String[] args) throws IOException {  
        // 创建实验报告（写入文件）  
        Path report = Paths.get("experiment.txt");  
        Files.write(report, Arrays.asList(  
            "时间(s)\t电压(V)",  
            "0.1\t3.2",  
            "0.2\t5.1"  
        ), StandardOpenOption.CREATE);  

        // 读取历史数据  
        List records = Files.readAllLines(report);  
        records.forEach(System.out::println);  
    }  
}  

8.2 变压器工作原理（数据流转换）

电压转换模拟：

import java.io.*;  

class Transformer {  
    public static void main(String[] args) {  
        try (InputStream primary = new FileInputStream("input220V.dat");  
             OutputStream secondary = new FileOutputStream("output12V.dat")) {  

            int voltage;  
            while ((voltage = primary.read()) != -1) {  
                // 降压转换（220V→12V）  
                secondary.write((int)(voltage * 0.0545));  
            }  
        }  
    }  
}  

8.3 电磁波传播（网络通信基础）

简易信号发射器：

import java.net.*;  

class RadioTransmitter {  
    public static void main(String[] args) {  
        try (DatagramSocket socket = new DatagramSocket()) {  
            String signal = "SOS";  
            byte[] data = signal.getBytes();  
            InetAddress address = InetAddress.getByName("192.168.1.100");  

            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(  
                data, data.length, address, 6000  
            );  
            socket.send(packet);  
            System.out.println("信号已发射！");  
        }  
    }  
}  

第九章 综合实验设计——项目实战

9.1 温度监控系统（传感器原理）

热敏电阻模拟程序：

class TempMonitor {  
    static class Sensor {  
        double currentTemp;  

        double read() {  
            // 模拟热敏电阻特性：温度↑电阻↓  
            currentTemp = 25 + Math.random() * 10;  
            return currentTemp;  
        }  
    }  

    public static void main(String[] args) {  
        Sensor sensor = new Sensor();  
        while (true) {  
            double temp = sensor.read();  
            System.out.printf("当前温度：%.1f℃%n", temp);  
            if (temp > 30) System.out.println(" 温度过高！");  
            try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) {}  
        }  
    }  
}  

9.2 天体运动模拟（数学函数应用）

万有引力系统：

class CelestialSystem {  
    static class Planet {  
        double mass;  
        double x, y;  

        void updatePosition(Star sun) {  
            // 简化版万有引力公式：F=G*M*m/r^2  
            double G = 6.67e-11;  
            double r = Math.sqrt(Math.pow(x,2) + Math.pow(y,2));  
            double acceleration = G * sun.mass / (r*r);  

            x += acceleration * 0.01; // 模拟时间步长  
            y += acceleration * 0.01;  
        }  
    }  
}  

9.3 电路仿真程序（GUI基础）

可视化电路实验台：

import javax.swing.*;  

class CircuitSimulator extends JFrame {  
    public CircuitSimulator() {  
        setTitle("电路实验台");  
        setSize(800, 600);  

        JPanel breadboard = new JPanel();  
        breadboard.add(new JLabel(new ImageIcon("breadboard.png")));  

        JButton powerBtn = new JButton("通电");  
        powerBtn.addActionListener(e -> JOptionPane.showMessageDialog(this, "灯泡亮起！"));  

        add(breadboard, BorderLayout.CENTER);  
        add(powerBtn, BorderLayout.SOUTH);  
        setVisible(true);  
    }  

    public static void main(String[] args) {  
        new CircuitSimulator();  
    }  
}  

下篇实验室任务：

1. 开发"磁场探测器"程序，用Map存储不同位置的磁场强度
2. 实现"实验数据归档系统"，自动将超过1个月的数据压缩备份
3. 设计"太阳系模拟器"，用集合存储行星并实现轨道计算

// 任务3示例框架  
class SolarSystem {  
    List planets = new ArrayList<>();  

    void addPlanet(String name, double mass) {  
        planets.add(new Planet(name, mass));  
    }  

    void simulateOrbit() {  
        planets.forEach(p -> p.updatePosition());  
    }  
}  

毕业设计建议：

• 用JavaFX实现动态磁场可视化
• 结合Raspberry Pi制作实体温度监控装置
• 开发物理实验报告自动生成系统（模板引擎+数据图表）

 电磁综合篇知识图谱：
 
           ┌───────────┐
           │ 集合与泛型 │
           └─────┬─────┘
                 ├─→ 磁感线 → List有序性
                 ├─→ 电荷对 → Map键值存储
                 └─→ 电磁屏蔽 → 泛型安全
                     
           ┌───────────┐
           │ 文件与IO  │
           └─────┬─────┘
                 ├─→ 数据记录 → 文件读写
                 ├─→ 电压转换 → 流处理
                 └─→ 电磁波 → 网络通信
                     
           ┌───────────┐
           │ 项目实战  │
           └─────┬─────┘
                 ├─→ 温度监控 → 传感器模拟
                 ├─→ 天体运动 → 数学建模
                 └─→ 电路仿真 → GUI应用

学习总结：通过本系列教程，您已从基础语法到面向对象，最终掌握高级应用开发能力。就像完成了一个完整的电磁学实验体系设计，现在可以尝试用Java创造属于自己的数字物理世界！