用Python画出单个电子周围空间电势与电场分布图

在Python中，你可以使用matplotlib和numpy库来绘制一个电子周围的电势（potential）和电场（field）分布图。由于电子在三维空间中有一个标准的势能函数（例如氢原子模型中的拉普拉斯方程），这里我们假设使用的是球对称的势能函数。以下是一个简化的步骤示例：

首先，安装必要的库：

pip install numpy matplotlib

然后，我们可以模拟一个简单的球形电势分布，比如负电荷的势能分布：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 定义电子的位置
r = np.linspace(0, 10, 100)  # 范围从0到10，步长为0.1
theta = np.linspace(0, np.pi, 100)  # 半径范围从0到π，步长为π/100
phi = np.linspace(0, 2 * np.pi, 100)  # 角度范围从0到2π，步长为2π/100
r, theta, phi = np.meshgrid(r, theta, phi)

# 创建三维网格
x, y, z = r * np.sin(theta) * np.cos(phi), r * np.sin(theta) * np.sin(phi), r * np.cos(theta)

# 假设简单的负电荷势能分布 (单位为eV)
potential = -1 / r

# 绘制势能分布
fig_potential = plt.figure()
ax_potential = fig_potential.add_subplot(projection='3d')
ax_potential.plot_surface(x, y, z, facecolors=potential, cmap='coolwarm', linewidth=0)
ax_potential.set_xlabel('X')
ax_potential.set_ylabel('Y')
ax_potential.set_zlabel('Z')
plt.title('Electron Potential Distribution')

# 如果需要，你可以同样计算并绘制电场分布，但那通常涉及到微分和积分，这里是简化版
# ...（省略实际计算电场的部分）

plt.show()

注意这只是一个基础示例，实际的物理模型和计算可能会更复杂，特别是在处理电场分布时，通常需要用到数值方法。