基于Origin的波动光学实验仿真

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资源作者:曹卫军
资源来源:昌吉学院初等教育学院
资源内容概述:以光的干涉、衍射实验为例,介绍利用Origin软件实现光学实验仿真的方法。该方法避免了复杂的编程,易学易用,实现过程简便。

基于Origin的波动光学实验仿真主要包含的内容:

以光的干涉、衍射实验为例,介绍利用Origin 软件实现光学实验仿真的方法。 该方法避免了复杂的编程,易学易用,实现过程简便。 其逼真的仿真图样与光强分布曲线,为光学的理论分析与实验教学提供便利,可以引导学生开展探究性学习,加深对光学现象和规律的理解,从而提高教学质量。

光学是物理学专业的一门重要专业课程,光学抽象性较强,理论教学对实验的依赖性较大。 然而,光学实验要求稳定的环境,精密的仪器,且操作较为复杂费时较长,实验现象不易观察,多数实验不能在课堂上直接进行演示。 独立开设的光学实验,光学仪器精密且易损坏,对设备调节的方法与技巧要求较高,光学实验效率较低。 这些都给学生做光学实验带来了诸多困难,也直接影响到理论课程的学习效果。因此,人们通过计算机编程模拟光强分布与实验仿真辅助教学,常见的有应用Matlab、Maple 等软件编程仿真,为教学提供了有效的帮助。 然而,对没有编程基础的学习者来说,要成功实现实验仿真仍然有一定难度。

在干涉和衍射理论的基础上,笔者尝试用Origin仿真光学实验,成功实现了单缝衍射、多缝夫琅禾费衍射、夫琅禾费圆孔衍射、多缝干涉、双缝干涉、牛顿环实验、迈克耳孙干涉实验等典型光学实验的图样仿真与光强分布模拟,与文献仿真模拟结果一致。 由于Origin 可以将矩阵元值的大小映射成灰度图,数值越大越偏于白色,数值越小越偏于黑色,所以Origin 可以将表征光强的数据矩阵转化为能够反映干涉或衍射结果的计算机仿真图像。 Origin 的编程界面具有直观化和图形化的特征,相比Matlab、Maple 等软件最显著的优势是回避了复杂的编程,实现过程更为简便,能大大缩短制作周期,易学易用,给初学者带来方便,可以帮助学生课前预习、课后复习,加深对光学原理的理解,使光学教学在时间和空间上得到延伸,提高学习效率。

总结

从以上所示仿真结果可以看出,利用Origin 软件对光学实验进行数值模拟与仿真,生成的仿真图像细致逼真,并可绘出实际实验中难以观察到的光强分布图,仿真界面友好,便于分析,可增加教学内容的表现力,清晰明了地说明光学中抽象难懂的理论。 就某个实验而言,学生通过变换参数可以得到不同的实验仿真图,对比分析可以总结光强分布规律,亲自经历规律的探究和验证过程,可以激发学习兴趣,加深对光学现象和规律的理解,从而提高光学教与学的效率与质量。

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