大学物理实验课的常规流程是学生在教师的指导下利用仪器进行实验现象观察、数据测量、数据处理和误差分析等操作。大学物理实验课程包括了力学实验、热学实验、电学实验和光学实验等内容,其中光学实验部分,由于光学知识较为抽象、实验操作较为复杂、实验现象不易观察等因素,导致学生很难通过自行设置实验参数完成实验的方式充分理解光学知识。如何有效地开展光学实验,是大学物理实验教学中急需解决的问题。计算机具有强大的计算及图形图像处理功能,随着计算机技术的快速发展,可利用计算机对实际操作中存在困难的实验进行仿真模拟,这样便可以摆脱实验仪器和实验条件等方面的限制,精确地进行实验仿真。学生可以自行设置实验参数,并可通过调整参数观察不同的实验现象,这样的光学仿真实验可作为光学实验的一种补充,有助于学生更好地理解光学干涉的理论知识。
MatLab是一款功能强大的仿真软件,具有便捷、强大的绘图功能,可从线型、边界面、色彩、渲染、光线、视角等方面把数据的特征表现出来,学生可直接感受到数据的许多内在本质[1-3],因此,可以运用MatLab来进行光学实验仿真[4-5]。此外,GUI界面的设计也为学习光学知识提供了有益的支持。
本文以光学实验中的光学干涉实验为例,选取双光束程差干涉(杨氏双缝干涉)和双光束频差干涉(光学拍)实验进行仿真,建立GUI用户界面,生成交互式图形用户界面,帮助学生从实验的角度更好地理解和掌握光学干涉的理论知识。
1 光学干涉的理论
2 仿真结果与分析
3 结语
本文在光学干涉的基本理论基础上,基于MatLab软件实现双光束程差干涉(杨氏双缝干涉)和双光束频差干涉(光学拍)的光学仿真实验,展示了其干涉光强的规律,并设置了GUI图形用户界面,给出两种干涉模型的仿真实验结果,该实验能够形象生动地展现光学干涉的原理,为师生学习光学知识提供有益的支持。
参考文献
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古迪 朱伟玲 广东石油化工学院 |