Project note · 2026
关于 Physics Lab
Physics Lab 是一个面向 AP 物理学习的交互式可视化实验平台。项目把参数控制、物理公式、三维装置、受力标注、实时读数和时间图放进同一个实验台，让学生通过改变条件观察运动、电磁、流体、热学、波动、光学与近代物理模型的响应。
首页按 AP Physics 1、Physics 2、C 力学和 C 电磁列出 40 个独立实验条目。C 力学与 C 电磁中与 1、2 重合的实验共用同一张实验台；考纲要求而代数课程没有的内容（滑轮惯量、高斯定理、电容、螺线管、RL 等）补在对应实验台或独立条目里。
项目目标
- 把课程单元转化为可浏览、可操作的实验目录。
- 让场景、公式、页头读数和时间图描述同一个时刻。
- 展示摩擦切换、绳松弛、脱轨等边界状态，而不只播放理想动画。
- 同时支持桌面三栏实验台和窄屏场景优先布局。
设计与架构
系统使用 Next.js、React、TypeScript 与 Three.js。课程和路由层管理课程、单元与实验 slug；模型层提供闭式解、状态机和数值积分；实验台层组合参数、公式、读数与图表；场景层只消费模型输出的 sample，不维护另一套物理状态。
视觉采用海军蓝、金色与冷灰构成的仪器式界面。受力箭头、轨迹和引线负责解释关系，目录预览则主动减少标签，避免在小画布中堆积信息。模型内部保持浮点精度，学生可见数值统一为两位小数。
验证与项目资料
项目通过模型单元测试、React/TypeScript lint、Next.js production build 和多尺寸浏览器检查验证。测试重点覆盖守恒关系、临界条件、数值积分、图表范围和目录数据。
AP Physics 1 考纲结构
现行 Physics 1 有八个单元。选择题大致按下列比例出现。课程要求约四分之一课时用于探究实验。流体属于 Physics 1 第 8 单元；电路、波动和静电属于 Physics 2，不会出现在 Physics 1 实验台里。
Unit 1 运动学
10%-15%
Kinematics
Unit 2 力与平动动力学
18%-23%
Force and Translational Dynamics
Unit 3 功、能量与功率
18%-23%
Work, Energy, and Power
Unit 4 线动量
10%-15%
Linear Momentum
Unit 5 力矩与转动动力学
10%-15%
Torque and Rotational Dynamics
Unit 6 转动系统的能量与动量
5%-8%
Energy and Momentum of Rotating Systems
Unit 7 振动
5%-8%
Oscillations
Unit 8 流体
10%-15%
Fluids
AP Physics 2 考纲结构
现行 Physics 2 有七个单元（本站沿用与 Physics 1 衔接的 Unit 9-15 编号）。电路、电场、波动和近代物理在这里，不在 Physics 1。
Unit 9 热力学
10%-15%
Thermodynamics
Unit 10 电场与电势
15%-25%
Electric Force, Field, and Potential
Unit 11 电路
15%-25%
Electric Circuits
Unit 12 磁与电磁
10%-20%
Magnetism and Electromagnetism
Unit 13 几何光学
10%-15%
Geometric Optics
Unit 14 波与物理光学
10%-15%
Waves and Physical Optics
Unit 15 近代物理
10%-15%
Modern Physics
AP Physics C 力学考纲结构
C 力学七个单元与 Physics 1 的 1–7 对应，但不含流体。权重不同，例如力与平动动力学约占 20%–25%。实验台使用微积分写法，如 I = ∫ r² dm、W = ∫ kx dx。
Unit 1 运动学
10%-15%
Kinematics
Unit 2 力与平动动力学
20%-25%
Force and Translational Dynamics
Unit 3 功、能量与功率
15%-25%
Work, Energy, and Power
Unit 4 线动量
10%-20%
Linear Momentum
Unit 5 力矩与转动动力学
10%-15%
Torque and Rotational Dynamics
Unit 6 转动系统的能量与动量
10%-15%
Energy and Momentum of Rotating Systems
Unit 7 振动
10%-15%
Oscillations
AP Physics C 电磁考纲结构
C 电磁六个单元从电荷与高斯定理到电磁感应。光学与近代物理不属于本课程。
Unit 8 电荷、电场与高斯定理
15%-25%
Electric Charges, Fields, and Gauss's Law
Unit 9 电势
10%-20%
Electric Potential
Unit 10 导体与电容
10%-15%
Conductors and Capacitors
Unit 11 电路
15%-25%
Electric Circuits
Unit 12 磁场与电磁
10%-20%
Magnetic Fields and Electromagnetism
Unit 13 电磁感应
10%-20%
Electromagnetic Induction
本站覆盖与缺口
下面对照的是实验台内容，不是官方题库。比例数字来自公开的课程框架摘要，页面文字未抄录考纲原文。
Physics 1
Unit 1
已有：匀变速直线、平抛与斜抛。
缺口：实验设计与误差分析仍靠课堂完成。
Unit 2
已有：水平拉力摩擦、斜面摩擦、阿特伍德（含滑轮惯量）、圆周运动。
Unit 3
已有：弹簧弹射与机械能守恒；弹簧做功写成 W = ∫ kx dx。
缺口：尚无单独的 W = Fd、P = Fv 实验台。
Unit 4
已有：一维碰撞与爆炸分离。
缺口：暂无二维碰撞。
Unit 5
已有：米尺力矩平衡。
缺口：τ = Iα 与转动惯量测定在 C 力学。
Unit 6
已有：无滑滚动、角动量守恒；I = ∫ r² dm。
缺口：完整圆环轨道在 C 力学。
Unit 7
已有：单摆与水平弹簧振子。
缺口：复摆在 C 力学。
Unit 8
已有：托里拆利单孔、三孔罐、阿基米德测密度。
缺口：暂无管道连续方程装置。
Physics 2
Unit 9
已有：玻意耳定律注射器、导热棒对照。
Unit 10
已有：点电荷、电偶极、高斯球面、悬挂库仑、等势线。
Unit 11
已有：串并联电阻、RC 充放电（含微分方程）。
Unit 12
已有：载流导线、条形磁铁、螺线管、磁铁穿线圈、滑动导轨。
Unit 13
已有：凸透镜与凹透镜光具座。
Unit 14
已有：弦驻波与双缝干涉。
Unit 15
已有：LED 阈值与光电效应。
C 力学
Unit 1
已有：匀变速、抛体，以及火箭 a = K − Lt²。
Unit 2
已有：摩擦、圆周、阿特伍德（含斜面与滑轮惯量）、变力 F(x)/F(t)、线性/二次阻力。
Unit 3
已有：机械能守恒；变力做功 W = ∫ F dx。
Unit 4
已有：碰撞冲量、F(t)=αt²+βt、弹道摆。
缺口：暂无二维碰撞。
Unit 5
已有：力矩平衡、转动惯量测定、τ = Iα、非均匀杆 I = ∫ x² λ dx。
Unit 6
已有：滚动、滚出平抛、角动量、杆撞小球、圆环轨道 h_min。
Unit 7
已有：单摆、弹簧振子、复摆、扭摆、并联弹簧。
C 电磁
Unit 8
已有：点电荷、高斯球面、悬挂库仑定律。
Unit 9
已有：等势线，E = −∇V。
Unit 10
已有：平行板电容与电介质，C = κε₀A/d。
Unit 11
已有：电阻电路、RC 微分方程 dQ/dt + Q/RC = ε/R。
Unit 12
已有：载流导线、条形磁铁、螺线管测定 μ₀。
Unit 13
已有：电磁感应、RL / LC 电路。