MATLAB软件在光学实验中的应用

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2、统计、偏微分 方程数值解、自动控制、信号处理、图像处理等若干 领域的计算和图形显示功能，被广泛地应用于光学信 息处理、光学教学以及光学实验4等各方面,在中学物理光学教学中也可以尝试引进该软件，通过 建立物理模型，实现光的干涉、衍射等相关光学实验 的仿真，将无法进行课堂演示的实验生动、快捷地展 示在学生面前。一、在杨氏双缝干涉实验中的应用杨氏双缝干涉实验中，单色点光源照射在两个狭 窄的缝隙上，由于两个子波到达屏幕上各点的光程不同而引起相位差，结果在屏幕上，有些区域光得到加 强，有些区域光得到减弱，形成明暗相间的干涉条纹。 在新课讲授过程中，学生在理解缝间距、屏缝间距对 干涉条纹的影响及双缝干涉明

3、暗相间图样的生成原理 方面会有些困难，而且这个实验无法在课堂上进行演 示，因此，我们可以在讲授新课时利用 M 软 件对双缝干涉现象进行模拟，形象显示参数（波长、 狭缝间距、缝与屏的间距）变化对干涉条纹的影响， 帮助学生理解与记忆。实验装置如图1所示，设某光 源S为单色光源，和为两个缝大小相等，间距为d,缝平面到屏幕的垃舖为d ,入射光波长为。对屏幕上的某一点P,到缝 和 的距离 分别为 和 ，两个相干光源到屏幕上任意一点 的距离分别为：2X-(1)r 1=( d2)2+d2(2(2(x+d2)2+d则从缝光强度I为：S和发出的光波在屏上P点的1 S 2(3)1=11+12+21 II 2 co

4、s其中相位差为-，因此屏幕上干涉条纹强度可简化为:（r 1 r 2）/（4）当d d（时寸，则干涉条纹强度可近似为：（5）条纹间距:淺d /d2（6） 乂氏）假设光波波长，双缝到屏幕的距离为d ,缝间距d分别为、和 nm时，干涉图样如图2所示。mm 5 mm 10 mm图2波长、缝屏间距一定时，不同双缝间距下 双缝干涉条纹（）从图2中可以明显看1出在波1长、缝屏间距一定 时，随着双缝间距d的增大，条纹间距愈小，因此满 足公式（6）同样也可以分析波长、双缝间距一定时, 缝屏间距改变和双缝间距、缝屏间距一定时，波长改 变对干涉条纹间距的影响。通过不同情况下干涉条纹 的比较，学生能够清楚地理解各种参

5、数对条纹的影响。 同时在实际实验过程中，学生也能够有针对性地改变 物理参量观察相应的物理现象。三、在单缝衍射实验中的应用当光照射到小孔或障碍物上时，光离开直线路径 绕到孔或障碍物的阴影里去的现象称为光的衍射现 象。产生明显的衍射现象的条件为障碍物或小孔的尺 寸跟光的波长相比相差不多，甚至比光的波长还要小。设入射光波长为，透镜焦距，在MATLAB中分别计算单缝宽度、刘cn和时的单缝衍射图样，模拟结果如图3所示。5 mm图3波长、透镜焦距一定时不同单缝宽度下衍 射图样（）可见，当缝宽逐渐增大时，中央明纹宽度减小, 第一暗纹中心距也减小，第一暗纹衍射角也减小。可 以推断，当/b 0时，衍射角0,光线沿直线传播。当 然我们也可以改变其他的参量数值，让学生体12下 一页欢迎浏览更多论文联盟首页 f 理学论文-物