【AI物理题库】利用大模型仿制题目撰写相似的题目并画图

在日常教学和考试命题中，物理图像的制作往往是一项耗时且繁琐的工作。特别是在电子文档中，教师很难高效、精准地绘制出规范、清晰的图示。

本篇博客提供了一套基于 Python 的自动化绘图解决方案，涵盖从基础坐标图到复杂电路图与3D结构图的多种案例，旨在让物理教师、教辅编写人员、教学内容创作者能 一键生成标准物理图 ，大大提升效率与专业度。

AI物理题库例题图

这7类绘图样例覆盖了高中物理教学中最常见的图像类型：从基础的运动图、结构示意图，到复杂的3D模型、电路图、实验轨迹图，几乎涵盖了所有题型中对图示的需求。借助 Python 的 matplotlib、numpy、schemdraw 等模块，可以实现快速、精确、规范的自动化制图，不仅提升命题与教学效率，也为教学数字化、图像标准化提供了强有力的工具支持。

基于考试管理系统可以通过API生成对应的题目，但是这4个选项图就不太好操作了，对于普通教师来说这种画图虽然可以在纸上手画，但是如果在电子文档里就有点难度了，所以这个选项的图可以通过py 的脚本来实现。

样例1：常见运动图像（位移-时间、速度-时间）

用于选择题、实验题等分析运动特性问题。

效果图

代码示例

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import random
from matplotlib import rcParams

# 设置中文字体显示（推荐使用微软雅黑）
rcParams['font.sans-serif'] = ['Microsoft YaHei']
rcParams['axes.unicode_minus'] = False

# 定义绘图函数
def draw_all_motion_graphs():
    t = np.linspace(0, 10, 100)

    motion_settings = [
        ("x-t", "匀速直线运动", lambda t: 2 * t + random.uniform(-1, 1)),
        ("x-t", "匀加速直线运动", lambda t: 0.5 * 1.2 * t ** 2),
        ("v-t", "静止不动", lambda t: np.zeros_like(t)),
        ("v-t", "反向减速运动", lambda t: -1.5 * t + 10)
    ]

    fig, axes = plt.subplots(2, 2, figsize=(12, 8))
    axes = axes.flatten()

    for i, (option_type, motion_desc, func) in enumerate(motion_settings):
        ax = axes[i]
        x = func(t)
        ax.plot(t, x, linewidth=2)
        ax.set_xlabel("时间 t (s)", fontsize=12)
        ax.set_ylabel("位移 x (m)" if option_type == "x-t" else "速度 v (m/s)", fontsize=12)
        ax.set_title(f"{
     chr(65 + i)} 选项：{
     option_type} 图像 - {
     motion_desc}", fontsize=13)
        ax.grid(True)

    plt.tight_layout()
    plt.show()

# 执行绘图
draw_all_motion_graphs()

样例2：对称摆系统图

适用于力学对称性分析、周期性实验装置示意图。

效果图

代码示例

import matplotlib.pyplot as plt

def draw_symmetric_pendulum():
    fig, ax = plt.subplots(figsize=(5, 6))

    # 固定点 O
    ox, oy = 0, 5
    ax.plot(ox, oy, 'ko')  # 黑点表示挂点

    # 两个摆球的位置（左右对称）
    L = 4
    angle = 30  # 左右偏离角度（单位：度）

    import numpy as np
    theta = np.radians(angle)
    px, py = L * np.sin(theta), oy - L * np.cos(theta)
    qx, qy = -px, py

    # 绘制悬线
    ax.plot([ox, px], [oy, py], 'k', lw=2)
    ax.plot([ox, qx], [oy, qy], 'k', lw=2)

    # 绘制摆球
    ax.plot(px, py, 'o', color='brown', markersize=12)
    ax.plot(qx, qy, 'o', color='gray', markersize=12)

    # 标注点 P Q O
    ax.text(px + 0.2, py, 'P', fontsize=12)
    ax.text(qx - 0.4, qy, 'Q', fontsize=12)
    ax.text(ox + 0.1, oy + 0.1, 'O', fontsize=12)

    # 添加虚线对称轴
    ax.plot([0, 0], [oy - 4.5, oy], 'b--', alpha=0.4)

    # 可选：添加水平参考线
    ax.plot([-3, 3], [py + 0.5, py + 0.5], 'k', alpha=0.3)
    ax.plot([-3, 3], [py - 0.5, py - 0.5], 'k', alpha=0.3)

    ax.set_xlim(-3, 3)
    ax.set_ylim(0, 6)
    ax.set_aspect('equal')
    ax.axis('off')
    plt.title("对称双摆模型示意图", fontsize=14)
    plt.show()

# 调用函数绘图
draw_symmetric_pendulum()

样例3：电磁感应结构图（2D+3D对比）

用于解释发电原理、磁场-导体运动、电路连接等概念。

效果图

这种3D转换成平面效果一般。

来个3D效果的。

代码示例

2D实现代码

import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.patches as patches
import numpy as np

# 中文字体设置（自动兼容 Windows、macOS、Linux）
import matplotlib
matplotlib.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']  # 或 Microsoft YaHei / PingFang SC / Noto Sans CJK SC
matplotlib.rcParams['axes.unicode_minus'] = False

def draw_induction_diagram():
    fig, ax = plt.subplots(figsize=(10, 6))

    # === 1. 磁体 ===
    n_block = patches.Rectangle((-3, 1), 1, 3, color='red')
    s_block = patches.Rectangle((2, 1), 1, 3, color='steelblue')
    ax.add_patch(n_block)
    ax.add_patch(s_block)
    ax.text(-2.5, 3.5, "N", fontsize=16, color='white', weight='bold', ha='center')
    ax.text(2.5, 3.5, "S", fontsize=