“光学模拟与应用”课程教学改革与实践

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作者 刘圣 陆华 +1 位作者 李鹏 魏冰妍 《物理与工程》 2025年第1期71-78,共8页

光学模拟是连接课程教学与科学研究的重要桥梁,为科研反哺教学提供了坚实的基础。本文根据多年的教学工作,针对课程遇到的问题进行了若干教学改革尝试。首先,引入几类不同条件下光波传输的经典案例,由浅入深地引导学生理解光学模拟作为... 光学模拟是连接课程教学与科学研究的重要桥梁,为科研反哺教学提供了坚实的基础。本文根据多年的教学工作,针对课程遇到的问题进行了若干教学改革尝试。首先,引入几类不同条件下光波传输的经典案例,由浅入深地引导学生理解光学模拟作为科研工具使用的主要思路与特点;其次,将不同物理模型下的计算方法前后呼应,纵览各类光场传输计算的差异性与处理思路;最后,结合其他课程中学过的知识,通过实例演示启发学生举一反三地将所学知识进行综合运用的技巧。这些教学改革有效地解决了部分研究生教学过程中的问题,在实际教学中对基础薄弱的学生有较好的效果,因此也对培养拔尖本科生具有一定的参考价值。 展开更多

关键词 教学改革 科教融合 光学模拟 数值分析 光波衍射与传输

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基于Python的交互式光学实验仿真

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作者 刘宇伦 姜其畅 苏艳丽 《高师理科学刊》 2025年第5期89-95,共7页

利用计算机语言对光学实验进行仿真研究具有操控方便、现象丰富、效率高、无损耗等优点,尤其是构建交互式实验仿真界面能够极大地方便研究者对光学现象的理解与掌握。利用Python语言,分别对杨氏双缝干涉、牛顿环干涉和夫琅禾费单缝衍射... 利用计算机语言对光学实验进行仿真研究具有操控方便、现象丰富、效率高、无损耗等优点,尤其是构建交互式实验仿真界面能够极大地方便研究者对光学现象的理解与掌握。利用Python语言,分别对杨氏双缝干涉、牛顿环干涉和夫琅禾费单缝衍射实验现象进行了交互式仿真分析,给出了交互式界面,分析了波长、曲率半径、缝宽等参数对相应实验现象的影响。借助交互式实验仿真平台可以较好地帮助学生理解相关的实验原理、实验现象,提高教学和学习效果。 展开更多

关键词 PYTHON语言 杨氏双缝干涉 牛顿环干涉 夫琅禾费单缝衍射 实验仿真

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轻轨结构在隧洞掘进爆破下的响应数值模拟 被引量：1

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作者 叶海旺 余梦豪 +6 位作者 吴家鹏 欧阳枧 龙桂华 雷涛 王炯辉 赵明生 余红兵 《工程爆破》 CSCD 北大核心 2024年第2期49-57,共9页

依托深圳大芬水分洪箱涵暗挖隧洞工程,采用动力有限元软件建立了三维数值模型,研究了轻轨结构在隧洞爆破开挖下的响应特性。结果表明:随着爆心距增加,同一高程的轻轨结构峰值应力、位移和峰值振速逐渐减小;随着高程增加,同一立柱峰值应... 依托深圳大芬水分洪箱涵暗挖隧洞工程,采用动力有限元软件建立了三维数值模型,研究了轻轨结构在隧洞爆破开挖下的响应特性。结果表明:随着爆心距增加,同一高程的轻轨结构峰值应力、位移和峰值振速逐渐减小;随着高程增加,同一立柱峰值应力逐渐减小,而峰值位移和峰值振速具有高程放大效应;隧洞已开挖区形成的空腔使上部轻轨结构的振速响应存在空腔放大效应和空腔阻尼效应。在此基础上,基于萨道夫斯基公式回归预测和仿真计算对隧洞掘进爆破单响药量进行优化,结果为:轻轨结构位于掌子面前面和后面,两种工况条件下的爆心距均为20.52、28.65 m,则在允许振速条件下的最大单响药量分别为1.8、6.0 kg和2.1、6.3 kg。 展开更多

关键词 隧洞爆破 轻轨结构 动力响应 数值模拟 最大单响药量

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基于Mathematica的平行光斜入射光栅衍射的模拟和可视化研究

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作者 高峰 马超 +2 位作者 孙丰伟 张红 赵文丽 《山东农业大学学报（自然科学版）》 北大核心 2024年第5期797-803,共7页

光栅衍射作为大学物理的重要教学内容和教学难点,由于其理论推导和数学表达形式复杂,学生难以形成清晰的物理图像,导致课堂教学效果不理想。教材中仅对光垂直入射光栅时的衍射特性进行了讨论,但平行光斜入射光栅时的衍射特性却未被充分... 光栅衍射作为大学物理的重要教学内容和教学难点,由于其理论推导和数学表达形式复杂,学生难以形成清晰的物理图像,导致课堂教学效果不理想。教材中仅对光垂直入射光栅时的衍射特性进行了讨论,但平行光斜入射光栅时的衍射特性却未被充分探讨,且这一领域的研究仍然有限。本文首先应用光的衍射理论推导出了平行光斜入射条件下单缝衍射和光栅衍射的光强分布表达形式,将单缝衍射和光栅衍射的研究由垂直入射推广到斜入射的情况。然后,应用Mathematica软件中的强大的交互式界面Manipulate,结合Initialization和Limit命令,对平行光斜入射情况下的单缝衍射和光栅衍射的光强分布进行了系统的模拟和仿真,分别绘制出单缝衍射的相对光强分布、多缝干涉的相对光强分布、光栅衍射的相对光强分布和衍射条纹分布情况。通过可视化过程,使学生深刻地理解光栅衍射的光强分布是单缝衍射和多缝干涉共同作用的结果,单缝衍射提供了光强分布的包络,而多缝干涉则决定了衍射条纹的具体亮暗变化,将抽象的光的衍射现象形象直观地动态演示出来,这有助于学生建立清晰的物理图像,深刻地理解单缝衍射和光栅衍射,极大地提高教学效果。 展开更多

关键词 光栅衍射 单缝衍射 平行光斜入射 MATHEMATICA 可视化 仿真

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用光干涉和衍射装置替换光杠杆的杨氏模量测量方法 被引量：2

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作者 王国友 范沁 +3 位作者 资雄 朱文逸 陈光伟 陈浪 《大学物理》 2024年第4期44-48,74,共6页

本文利用光的干涉原理和单缝衍射原理设计杨氏模量实验仪,根据光的干涉和衍射条纹的变化规律测量金属丝受拉力作用下的微小长度变化量,进而实现金属丝杨氏模量的高精度测量.为了满足光的干涉实验条件,采用气动拉力调节装置代替砝码,解... 本文利用光的干涉原理和单缝衍射原理设计杨氏模量实验仪,根据光的干涉和衍射条纹的变化规律测量金属丝受拉力作用下的微小长度变化量,进而实现金属丝杨氏模量的高精度测量.为了满足光的干涉实验条件,采用气动拉力调节装置代替砝码,解决了仪器的晃动问题,并实现了拉力改变的无级调节和电子秤拉力直读,把传统的测量杨氏模量实验由一个单纯的力学实验变成了一个力学与光学相结合的综合性实验,丰富了实验内容,拓宽了学生的视野,提高了学生分析问题和解决问题的综合能力. 展开更多

关键词 杨氏模量 微小长度改变量 气动拉力调节 光的干涉 单缝衍射

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光学虚拟仿真实验平台的设计与实现 被引量：5

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作者 郑乐 郑雪丽 +5 位作者 杨骏骏 张腾 叶陈钦 韩雅彤 陶智霖 何光宏 《物理实验》 2024年第3期39-43,共5页

设计了光学虚拟仿真实验平台,涵盖了大学物理实验教学中的6个光学实验:单缝衍射、双缝干涉、光栅衍射、二维光栅衍射、圆孔衍射和巴比涅原理验证.学生可以使用电脑端进入交互性强的3D虚拟现实实验环境中,进行沉浸式、亲临式学习.该平台... 设计了光学虚拟仿真实验平台,涵盖了大学物理实验教学中的6个光学实验:单缝衍射、双缝干涉、光栅衍射、二维光栅衍射、圆孔衍射和巴比涅原理验证.学生可以使用电脑端进入交互性强的3D虚拟现实实验环境中,进行沉浸式、亲临式学习.该平台使用Blender,VS Code和Unity平台进行自主开发,通过对实验仪器进行3D建模、实验场景搭建、脚本代码设计、实验现象呈现、代码调试与漏洞完善等步骤,复现了线下实验的操作与实验现象.本文以光栅衍射为例,介绍了虚拟平台上的实验操作、数据记录和数据处理的过程. 展开更多

关键词 虚拟仿真实验平台 UNITY 光学实验 单缝衍射实验 二维光栅实验

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夫琅禾费衍射中的“反常”现象与模拟 被引量：1

7

作者 卢瀚林 白翠琴 《大学物理》 2024年第8期72-77,84,共7页

在用氦氖激光器作为光源的夫琅禾费单缝及多缝衍射实验中,衍射光强分布曲线中央零级明纹处出现与理论图样不符的下凹的异常现象.考虑到衍射片镀膜层部分有微弱透光,本文构建了衍射片镀膜层透光条件下的非理想单缝/多缝衍射模型,并通过... 在用氦氖激光器作为光源的夫琅禾费单缝及多缝衍射实验中,衍射光强分布曲线中央零级明纹处出现与理论图样不符的下凹的异常现象.考虑到衍射片镀膜层部分有微弱透光,本文构建了衍射片镀膜层透光条件下的非理想单缝/多缝衍射模型,并通过基尔霍夫衍射公式及高斯光束电场公式,推导得到高斯光束照射下非理想单缝/多缝衍射的衍射光强分布公式,利用数值模拟成功复现了观察到的异常现象,证实了其主要来源是缝附近镀膜层的微弱透光. 展开更多

关键词 夫琅禾费衍射 光强分布 高斯光束 数值模拟

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半波带法计算夫琅禾费单缝衍射各级明纹中心相对光强

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作者 王致远 范玲 《大学物理》 2024年第8期68-71,共4页

本文给出了一种直接求解夫琅禾费单缝衍射各级明纹中心相对光强的近似方法,并进行了深入的误差分析.将半波带法和振幅矢量法相结合,简洁直观地得到了各级明纹中心相对光强.通过振幅矢量图形的对比,分析了误差原因,通过公式推导和定量计... 本文给出了一种直接求解夫琅禾费单缝衍射各级明纹中心相对光强的近似方法,并进行了深入的误差分析.将半波带法和振幅矢量法相结合,简洁直观地得到了各级明纹中心相对光强.通过振幅矢量图形的对比,分析了误差原因,通过公式推导和定量计算得出了各级明纹中心精确位置的限制条件.对误差的变化进行了分析,发现本方法相对误差最大值小于5%,且级数大于或等于3时,相对误差均小于1%. 展开更多

关键词 夫琅禾费单缝衍射 半波带法 相对光强 误差分析

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微小长度变化量的实验研究 被引量：7

9

作者 周菊林 梅孝安 李蓓 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2011年第10期24-27,共4页

总结了光杠杆放大法、千分表测量法、光的干涉测量法和光的衍射测量法测量微小长度变化量的方法,通过对实验装置进行相应的改造与组装,并用其测量原理和方法以及相关的实验装置对金属受热时的微小伸长量及线胀系数进行了相应的测定,同... 总结了光杠杆放大法、千分表测量法、光的干涉测量法和光的衍射测量法测量微小长度变化量的方法,通过对实验装置进行相应的改造与组装,并用其测量原理和方法以及相关的实验装置对金属受热时的微小伸长量及线胀系数进行了相应的测定,同时对实验结果和误差进行了比较与分析。实验表明,4种测量方法中千分表测量法的相对误差和标准偏差均接近最小值,是4种方法中最理想的测量方法。该实验也有利于激发学生的创新意识,培养他们的研究潜能。 展开更多

关键词 光杠杆 千分表 迈克尔逊干涉仪 光的干涉 单缝衍射 线胀系数

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基于MATLAB GUI的夫琅禾费单缝衍射仿真 被引量：6

10

作者 高峰 赵文丽 曹学成 《山东农业大学学报（自然科学版）》 CSCD 北大核心 2012年第3期475-479,共5页

根据夫琅禾费单缝衍射的基本原理,利用MATLABR2008a的图形用户界面(Graphical User Interfaces,GUI)设计了单缝衍射的仿真交互界面,给出了单缝衍射仿真结果。该仿真能使单缝衍射理论和实验很好地结合起来,具有一定的应用价值。

关键词 MATLAB GUI 交互式界面 夫琅禾费单缝衍射

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单孔护壁爆破数值模拟 被引量：21

11

作者 肖定军 郭学彬 蒲传金 《化工矿物与加工》 CAS 北大核心 2008年第7期22-24,32,共4页

运用LS—DYNA软件对单孔护壁爆破和切缝药包爆破进行了三维数值模拟，结果显示，由于PVC—U套管的存在，作用于孔壁的爆炸应力波峰值被显著削弱，降低率达到30％～46％。并推迟了其到达保留岩体孔壁时问。与传统的切缝药包爆破相比，保... 运用LS—DYNA软件对单孔护壁爆破和切缝药包爆破进行了三维数值模拟，结果显示，由于PVC—U套管的存在，作用于孔壁的爆炸应力波峰值被显著削弱，降低率达到30％～46％。并推迟了其到达保留岩体孔壁时问。与传统的切缝药包爆破相比，保留岩体损伤更小。 展开更多

关键词 数值模拟 切缝药包 单孔护壁爆破

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基于Matlab可视化界面的单缝衍射仿真分析 被引量：3

12

作者 李伟 赵建军 王超 《计算机应用与软件》 CSCD 北大核心 2012年第7期220-222,293,共4页

基于传统的单缝衍射试验,经常受设备和环境因素的制约,且一般的仿真实验需多次输入参数和重复编译程序。提出一种基于Matlab可视化控制的单缝衍射试验仿真方法,并编写其仿真程序。分析表明,仿真结果与单缝衍射理论完全吻合,利用Matlab... 基于传统的单缝衍射试验,经常受设备和环境因素的制约,且一般的仿真实验需多次输入参数和重复编译程序。提出一种基于Matlab可视化控制的单缝衍射试验仿真方法,并编写其仿真程序。分析表明,仿真结果与单缝衍射理论完全吻合,利用Matlab可视化控制的单缝衍射仿真方法具有精确性、直观性和可操作性。 展开更多

关键词 单缝衍射 可视化 MATLAB 仿真

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衍射法测量金属丝的杨氏模量 被引量：8

13

作者 黄增光 马再超 +2 位作者 卢佃清 李新华 王勇 《物理与工程》 2008年第5期27-30,共4页

本文提出了一种新的测量金属丝杨氏模量的方法——夫琅禾费单缝衍射法.平行光遇到由金属丝被拉伸形变而形成的单缝,产生衍射,用CCD光强分布测量仪接收衍射光信号,用示波器定标方法测量衍射角,可以精确计算金属丝的杨氏模量.最后与普通... 本文提出了一种新的测量金属丝杨氏模量的方法——夫琅禾费单缝衍射法.平行光遇到由金属丝被拉伸形变而形成的单缝,产生衍射,用CCD光强分布测量仪接收衍射光信号,用示波器定标方法测量衍射角,可以精确计算金属丝的杨氏模量.最后与普通光杠杆放大法比较,对可能引入的误差来源做了分析,结果证明,本方法测量精度更高、相对误差更小. 展开更多

关键词 杨氏模量 单缝衍射 CCD光强分布测量仪 示波器定标

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微波单缝衍射的实验研究及数值模拟 被引量：11

14

作者 吴俊 吴本科 +2 位作者 谢莉莎 王乾 唐玉俊 《物理实验》 2008年第6期39-41,共3页

对微波单缝衍射实验仪器和实验数据进行了分析,建立了微波分光计衍射理论模型,并对其进行了数值模拟计算,发现衍射曲线是单缝和发射源前的矩形喇叭口2次衍射叠加的结果,且与数值模拟计算结果吻合相当好.

关键词 微波 单缝衍射 菲涅耳衍射 模拟计算

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激光单缝衍射测量实验的两点改进 被引量：9

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作者 陈鹏 杨鹏 +2 位作者 冯学超 康利平 马晓春 《大学物理实验》 2015年第5期39-41,共3页

分析了目前激光单缝衍射光强分布测量中存在的问题,给出了两点改进的测量方法:一点测量技术上的改进和一点实验仪器上的改进更新。用改进后的实验仪器较好地测量得到各级明条纹的光强分布。实验测量结果与夫琅和费衍射理论模拟结果吻合... 分析了目前激光单缝衍射光强分布测量中存在的问题,给出了两点改进的测量方法:一点测量技术上的改进和一点实验仪器上的改进更新。用改进后的实验仪器较好地测量得到各级明条纹的光强分布。实验测量结果与夫琅和费衍射理论模拟结果吻合较好。 展开更多

关键词 单缝衍射 光强分布 夫琅禾费衍射 平行光 ORIGIN软件

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从双缝实验看干涉和衍射的本质 被引量：9

16

作者 唐亚陆 胡光 张俊 《大学物理实验》 2011年第3期35-38,共4页

以双缝为例,从装置图、实验照片和光强度分布入手,讨论了双缝干涉与双缝衍射的区别和联系,从而较深入地探讨了光波干涉与衍射的本质。

关键词 杨氏双缝干涉 单缝衍射 双缝衍射 光强分布

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单缝衍射光强分布的数值模拟与三维图象描述 被引量：1

17

作者 让庆澜 朱万森 闫新庆 《计算物理》 CSCD 北大核心 1990年第2期200-204,共5页

对单缝衍射的光强空间分布作了数值模拟及三维图象描述,进而研究衍射光强分布规律,分析了夫琅和费衍射与菲涅耳衍射的联系与界限。

关键词 单缝衍射光 光强分布 数值模拟

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用激光单缝衍射实验仪做扩展实验 被引量：9

18

作者 徐娙梅 郑飞跃 黄曙江 《物理实验》 2007年第6期42-43,共2页

在大学物理实验中,单缝衍射实验仪一般用来测量衍射光强分布和缝宽,本文对实验内容进行了扩展,增加了测量细丝直径、He-Ne激光束的光强分布、激光束光斑尺寸及发散角等内容.

关键词 单缝衍射 细丝直径 光强分布 光斑半径 发散角

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大学物理实验虚拟仿真实验探索与实践 被引量：13

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作者 齐丽晶 刘文彦 《大学物理实验》 2023年第4期130-133,共4页

近几年新冠肺炎疫情改变了许多课程的传统教学方式,实验教学工作重心也开始向线上转移。结合新实验课程教学模式,以单缝衍射实验为例对大学物理实验虚拟仿真实验进行了改革探索与实践。事实证明虚拟仿真实验室让课堂更有趣,让教学更高效。

关键词 大学物理实验 虚拟仿真实验 单缝衍射

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高斯光束的微圆孔衍射变换的计算及其仿真 被引量：1

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作者 常山 桑志文 +1 位作者 吴波 毛杰健 《江西师范大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2010年第5期511-515,共5页

由菲涅尔-基尔霍夫衍射公式得到高斯光束的微圆孔衍射的积分式,推导了该积分式的数值算法和解析算法,用Matlab软件进行了仿真实验研究高斯光束的微圆孔衍射变换,有助于激光束衍射实验及其测控理论与技术的研究.

关键词 高斯光束 圆孔衍射变换 光强分布 数值计算 解析计算 仿真实验

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