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📖 学员手册

代码讲解已合并到高亮预览的代码注释里

🕰️ 文明城市时间系统 · 同步钟楼 · 学员手册

第二季：文明进化计划 · 第3课（总第十一课） | 60 分钟 | 城市时间系统 | +180 EXP | 🕰️

你将学会	你将完成
math.radians / sin / cos	把摆角换算成坐标
time.localtime / strftime	读取并显示真实时间
tm_sec % 30	做交通信号周期判断
clear / update	制作连续动画
Turtle 画线、圆点和文字	完成城市同步钟楼

一、🎬 城市任务

身份认证系统解决了谁能进入，城市能源系统解决了城市怎么供电。现在文明社会出现新的问题：交通灯、学校上课铃、医院排班和能源调度都需要统一时间。豆豆需要你修复城市同步钟楼。

二、📐 角度怎样变成坐标

钟摆长度固定为 L，摆角是 θ。Python 的 sin 和 cos 使用弧度，所以要先用 radians 转换。

python

rad = math.radians(angle)
x = length * math.sin(rad)
y = 300 - length * math.cos(rad)

三、⏱️ 秒针怎样同步

一圈 360°，一分钟 60 秒，所以每秒对应 6°。读取 now.tm_sec 后乘以 6，就能得到真实秒针角度。

python

now = time.localtime()
second_angle = now.tm_sec * 6
current_time = time.strftime('%H:%M:%S', now)

四、🚦 交通灯周期

交通灯不是随机变色，而是按周期变化。now.tm_sec % 30 可以把秒数限制在 0-29 之间：

python

traffic_state = 'GREEN' if now.tm_sec % 30 < 18 else ('YELLOW' if now.tm_sec % 30 < 23 else 'RED')

五、六关挑战

运行代码，找到支架、摆线、摆锤、钟面和城市信息牌。
修改 length，观察摆长变化。
修改 max_angle 和 angle_speed，观察运动变化。
观察 time.localtime()、strftime() 和 tm_sec 怎样同步真实时间。
观察 tm_sec % 30 怎样把时间分成绿灯、黄灯和红灯。
组合标题、钟面、钟针、摆锤、交通信号和信息牌参数，完成个人城市同步钟楼。

提示：代码顶部的标题、颜色、尺寸和动画变量全部连接右侧作品；angle、x、y、now 是程序自动计算的派生变量。

六、作品标准

✅ 钟摆能够连续往返
✅ 秒针与数字时间来自系统时间
✅ 交通灯状态能随秒数变化
✅ 画面没有残留摆锤
✅ 至少修改 3 个参数，形成个人文明城市风格

Ctrl+/ 注释 · ▶ 运行

# 🕰️ 第二季第3课：文明城市时间系统 · 同步钟楼
import turtle
import math
import time

# ===================== 标题信息（可以自由修改） =====================
CLOCK_TITLE = "圣光大教堂 · 中央钟塔"
CLOCK_SUBTITLE = "PYTHON TIME LAB"
CLOCK_LOCATION = "文明城 · 创世广场"

# ===================== 外观颜色（修改后右侧立即变化） =====================
SKY_COLOR = "#DCEBFF"
STONE_COLOR = "#F3E7CA"
ROOF_COLOR = "#49617A"
CLOCK_COLOR = "#FFFDF5"
PENDULUM_COLOR = "#D8AA43"
TITLE_COLOR = "#FFF4C7"
GROUND_COLOR = "#78936B"
SUN_COLOR = "#FFF4B5"
CROSS_COLOR = "#B98A28"
ARCH_COLOR = "#39485A"
BORDER_COLOR = "#806A48"
DOOR_COLOR = "#5B4432"
HAND_COLOR = "#26384A"
SECOND_HAND_COLOR = "#B72C2C"
INFO_PANEL_COLOR = "#102A43"
TIME_COLOR = "#FFFFFF"

# ===================== 教堂与时钟尺寸 =====================
CHURCH_X = 125
CHURCH_Y = 92
CHURCH_WIDTH = 170
CHURCH_HEIGHT = 238
ROOF_PEAK_Y = 20
ROOF_BASE_Y = 95
CLOCK_X = 210
CLOCK_Y = 145
CLOCK_RADIUS = 61
PIVOT_Y = 160
PENDULUM_WIDTH = 7
BOB_RADIUS = 20
TITLE_FONT_SIZE = 18
TIME_FONT_SIZE = 17
FORMULA_TEXT = "T = 2π√(L/g)"

# ===================== 画布设置 =====================
screen = turtle.Screen()
screen.title("文明城市时间系统 · 同步钟楼")
screen.bgcolor("#f0f6fb")
# 浏览器实验室的 Turtle 兼容层使用位置参数
screen.setup(420, 360)
screen.tracer(0)

# ===================== 绘制支架 =====================
stand = turtle.Turtle()
stand.hideturtle()
stand.pensize(6)
stand.color("#223344")
stand.penup()
stand.goto(-70, 100)
stand.pendown()
stand.forward(140)

# ===================== 动画画笔 =====================
pendulum = turtle.Turtle()
pendulum.hideturtle()
pendulum.pensize(3)
pendulum.color("#112233")

second_hand = turtle.Turtle()
second_hand.hideturtle()
second_hand.pensize(3)
second_hand.color("#d92b2b")

time_text = turtle.Turtle()
time_text.hideturtle()
time_text.penup()
time_text.color("#112233")

# ===================== 固定表盘 =====================
clock = turtle.Turtle()
clock.hideturtle()
clock.penup()
clock.goto(0, 22)
clock.pendown()
clock.pensize(4)
clock.color("#223344")
clock.circle(38)

# ===================== 钟摆参数 =====================
length = 95
max_angle = 24
angle_speed = 0.75

# 实验室中播放 240 帧；修改数字可以改变动画时长
for frame in range(240):
    pendulum.clear()
    second_hand.clear()
    time_text.clear()

# sin 让摆角在 -45° 到 45° 之间平滑往返
    angle = max_angle * math.sin(math.radians(frame * angle_speed * 4))
    rad = math.radians(angle)
    x = length * math.sin(rad)
    y = 100 - length * math.cos(rad)

# 画摆线与摆锤（用 dot 避免 stamp 残留）
    pendulum.penup()
    pendulum.goto(0, 100)
    pendulum.pendown()
    pendulum.goto(x, y)
    pendulum.dot(34, PENDULUM_COLOR)

# 秒针直接读取真实秒数，始终与系统时间同步
    now = time.localtime()
    second_angle = now.tm_sec * 6
    second_hand.penup()
    second_hand.goto(0, 60)
    second_hand.setheading(90 - second_angle)
    second_hand.pendown()
    second_hand.forward(31)

current_time = time.strftime("%H:%M:%S", now)
    time_text.goto(0, 145)
    time_text.write(CLOCK_TITLE, font=("SimHei", 16, "bold"), align="center")
    time_text.goto(0, -125)
    traffic_state = "GREEN" if now.tm_sec % 30 < 18 else ("YELLOW" if now.tm_sec % 30 < 23 else "RED")
    time_text.write(CLOCK_LOCATION + "  " + current_time + "  TRAFFIC " + traffic_state, font=("SimHei", 13, "bold"), align="center")
    time_text.goto(0, -150)
    time_text.write("单摆周期 T = 2π√(L/g)", font=("SimHei", 11), align="center")

screen.update()

turtle.done()

点击 ▶ 运行或按 Ctrl+Enter

📋 任务卡

1搭建城市钟楼

建立画布、支架、摆线、摆锤和钟面。

💡认识 Screen、Turtle、goto 和 dot+10 XP

2角度变成坐标

用三角函数把钟摆角度换算成 x、y 坐标。

💡观察 radians、sin 和 cos+10 XP

3创建动画循环

用帧循环、clear 和 update 让画面连续运动。

💡修改 range(240) 和 angle_speed+10 XP

4同步真实时间

从系统时间计算秒针角度并显示数字时间。

💡观察 localtime、strftime 和 tm_sec+10 XP

5交通信号节奏

用取模把秒数分成绿灯、黄灯和红灯周期。

💡观察 tm_sec % 30+10 XP

6发布城市时间系统

调整参数，创造自己的文明城市同步钟楼。

💡修改颜色、摆长和最大角度+10 XP

🎁 完成全部 +30 XP

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▶ 🧩 扩展

📦numpy

📦matplotlib

📦pillow

📦requests

📦sympy

📦pandas

📦scipy

📦beautifulsoup4

📦pygame

📦flask

📦opencv-python

📦nltk

📦sqlalchemy

📦plotly