劈尖干涉matlab程序
基于MATLAB与C_混合编程实现光的干涉仿真_栾国杰

(2 )
(3a ) E0= 姨E10+E20+2E10E20cos(Φ20-Φ10) , E10sinΦ10+E20sinΦ20 。 (3b ) Φ0=arctan E10cosΦ10+E20cosΦ20 在 一 定 时 间 内 观 察 到 的 平 均 光 强I与 光 矢 量 的 平 方 的 平 均值成正比 (4 ) I=aE0=a [E10+E20+2E10E20cos(Φ20-Φ10) ], 其中 a 是比例系数 。 对于普通光源 , 两光波之间的相位差 Φ
20 2 2 2
-Φ10 是随机变化的 , 平均值为零 , 因此 I=aE10+aE20=I1+I2 。
2 2
(5 ) 这就是光的非相干叠加 , 总光强等于两束光各自照射时 的光强之和 。 如果两束光的相位差恒定 , 则合成光强为 (6a ) I=I1+I2+2 姨I1I2 cos△Φ , 其中 ΔΦ=Φ20-Φ10 , 第三项是干涉项 。 这就是光的相干叠 加 。 如果 I1=I2 , 则合成光强为 更不能充门面供参观所用 , 应真正为教学一线服务 。 “ 再穷不 能 穷 教 育 ”, 应 结 合 当 地 的 经 济 和 学 校 财 力 , 鼓 励 民 营 经 济 参 与办教育 , 多方筹资 , 完善网络教育基础设施 。 4.4 重 视 网络 信息 资 源 的 普 及和 长 效 机 制 建 设 。 网络教育通过网络的协作学习系统 、 网络讲座 、 网络辅导 与答疑 、 网上在线交谈等 , 使得师生之间的交互跨越了时空的 限制 。 西部农村中小学应该试点建设网络教室 , 购买计算机和 电脑设备及配套软件 , 然后这种做法逐步地向全国普及 。 应该 加 强 制 度 建 设 ,增 强 责 任 感 ,狠 抓 落 实 ,完 善 “以 县 为 主 ”的 管 理制度 , 增加投入 , 完善经费保障机制 。 建设类似于美国的网 络教室和网络设备管理制度 , 以保证网络教室的经常开放和 网络设备的正常运转 , 并让教师和学生有足够的时间进入网 络教室 。 参考文献 : [1 ] 曾祥翊 ,庄秀丽 ,刘德亮.我国中小学网络教育教学的现 状 、 问题 、 对策及其发展趋势 [J ]. 电化教育研究 ,2004.9 :57-60. [2 ] 沈 洪 . 中 小 学 网 络 教 育 资 源 建 设 现 状 和 策 略 研 究 [J ]. 图书馆工作与研究 ,2010.7 :107-108. [3 ] 司 晓 宏 , 杨 令 平 . 当 前 我 国 西 部 地 区 农 村 义 务 教 育 形 势分析 [J ]. 教育研究 ,2010.8 :13-19. [4 ] 国家教育发展研究中心.2009年中国教育绿皮书— —— 中 国教育政策年度分析报告 [M].北京 :教育科学出版社 ,2009.9. [5 ] 郭 炯 , 郭 绍 青 . 西 部 农 村 中 小 学 教 育 信 息 化 发 展 中 存 在的问题及对策 [J ]. 现代远距离教育 ,2004.6 :14-16. [6 ] 钱玲 , 库文 颖 , 李 中 华 . 发 达 国 家 中 小 学 网 络 教 育 比 较 研究 [J ]. 世界教育信息 ,2006.1:24-26.
光的干涉和衍射的matlab模拟

光的干涉和衍射的matlab模拟摘要:运用matlab强大的计算和绘图能力,对光的双缝干涉、单缝夫琅禾费衍射、双缝衍射和衍射光栅的光谱进行仿真。
仿真程序可以显示单色光入射时的光谱图样和光强分布曲线,并可输入实验参数,观察在不同条件下图像及光强曲线,并分析了它们各自的特点。
关键字:干涉衍射matlab 模拟1引言光的干涉与衍射现象是光波动性的实验基础。
对任何一个物理专业或涉及光学方面专业的人士来讲,认识干涉与衍射现象的图样特征,理解它们的理论推导,辨别它们之间的联系与区别是必须的。
为了使学生比较容易地接受光栅衍射的知识,同时更能对干涉与衍射的区别与联系有深刻的理解,仔细推导杨氏双缝干涉实验、单缝夫琅和费衍射实验、双缝衍射实验和有关衍射光栅光谱在形成条件,光谱特点及光强分布函数的联系与区别是必要的。
同时将上述干涉,衍射图样用计算机模拟的方式表现出来必将有助于加深对干涉与衍射在形成条件,光谱特点上的联系与区别的理解。
数学软件matlab 具有强大的数值计算功能和高级可视化图形功能,而且可以生成用户自己的图像控制界面,所以运用MATLAB软件,在计算机上编制相应的程序,模拟仿真以上四种不同干涉或衍射的光谱图样,并编制可输入参数的用户界面,尝试在不同参数输入情况下它们图样间的光滑过渡成为可能[1-3]。
2杨氏双缝干涉杨氏双缝实验是揭开光的波动本性的一把钥匙,如图1所示,同一波面上的光波被分成两束,然后在光屏pp’上叠加形成干涉条纹。
在这里,双缝的宽度必须非常小,即的情况。
在这个前提下每一束光的传播可以用几何光学来处理。
由叠加原理光屏上任一点的光强等于由两缝的光强的叠加。
由同方向,同频率两波动的叠加公式得:,在两缝宽度相同时,即时:光强。
其中为两缝到屏上P点的相位差,当时,对应的极大光强为,即各级明纹的亮度时相同的。
在输入波长550纳米,双缝宽度0.2毫米,观察屏距双缝一米的情况下,可得明暗相间干涉条纹,即为光强分布曲线。
用matlab实现杨氏双缝干涉实验仿真

用MATLAB实现杨氏双缝干涉实验仿真摘要:实验室中,做普通光学实验,受到仪器和场所的限制;实验参数的改变引起干涉图样的改变不明显,难以体现实验的特征。
本文利用MATLAB仿真杨氏双缝干涉实验,创建用户界面,实现人机交互,输入不同实验参数,使干涉现象直观表现出来。
关键词:MATLAB;杨氏双缝干涉实验;用户界面设计;程序编写;仿真。
1. 引言:在计算机迅猛发展的今天,光学实验的仿真越来越多的受科研工作者和教育工作者关注。
其应用主要有两个方面:一是科学计算方面,利用仿真实验的结果指导实际实验,减少和避免贵重仪器的损害;二是在光学教学方面,将抽象难懂的光学概念和规律,由仿真实验过程直观的描述,使学生对学习感兴趣。
在科学计算方面,国外的光学实验仿真是模拟设计和优化光学系统的过程中发展起来的,在这方面美国走在最前,其中最具代表性的是劳伦斯利和弗莫尔实验光传输模拟计算机软件Prop92及大型总体优化设计软件CHAINOP和PROPSUITE;另外法国也开发完成其具有自身特点的光传输软件Miro。
在光学教学方面,国外已有相关的配有光盘演示光学实验的教材。
我国用于科学研究的光学实验计算机数值仿真软件随开发较晚,但也已经取得了显著成绩。
特别是1999年,神光——III原型装置TLL分系统集成实验的启动为高功率固体激光驱动器的计算机数值模拟的研究创造了条件。
目前已基本完成SG99光传输模拟计算软件的开发,推出的标准版本基本能稳定运行。
目前该软件已经应用于神光——III主机可行性论证的工作中。
计算机仿真具有观测方便,过程可控等优点,可以减少系统对外界条件对实验本身的限制,方便设置不同的参数,借助计算机的高数运算能力,可以反复改变输入的实验条件系统参数,大大提高实验效率。
MATLAB是MatlabWorks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件。
具有可扩展性,易学易用性,高效性等优势。
通过对目前计算机仿真光学实验的现状和相关研究的分析,本文将用Matlab编程实现杨氏双缝干涉实验的仿真。
光的干涉MATLAB程序

image(M) %画绿色干涉条纹
axis off %隐轴
dx=0.002; %明纹之间的距离
xm=k*dx; %劈尖的长度
x=linspace(0,xm,1000); %劈尖的长度向量
theta=lambda(1)/2/n/dx; %劈尖的夹角
%劈尖的等厚干涉条纹
clear %清除变量
lambda=[750,540,440]*1e-9; %波长
n=1.5; %劈尖的折射率
k=10; %明纹最高级次
M(:,:,1)=i1; %矩阵的红色页赋值
figure %开创图形窗口
subplot(4,1,1) %选子图
image(M) %画红色干涉条纹
title('劈尖的等厚干涉绿色条纹','FontSize',fs)%标题
i3=cos(pi*(2*n*e/lambda(3)+1/2)).^2; %蓝色反射光的相对光强
M=zeros(1,length(x),3); %1行若干列3页全零矩阵
M(:,:,3)=i3; %矩阵的蓝色页赋值
e=x*tan(theta); %劈尖的厚度向量
i1=cos(pi*(2*n*e/lambda(1)+1/2)).^2; %红色反射光的相对光强
M=zeros(1,length(x),3); %1行若干列3页全零矩阵
axis off %隐轴
title('劈尖的等厚干涉彩色条纹','FontSize',fs)%标题
subplot(4,1,3) %选子图
image(M) %画蓝色干涉条纹
基于matlab的光的干涉演示

光的干涉的研究问题:利用MA TLAB 仿真程序验证两束频率相同的单色光在空间某点相遇时,讨论光强和干涉条纹的分布规律,更加直观地让学生理解光的干涉现象。
相关词:MA TLAB 光的干涉工具:MA TLAB光的双缝干涉两束频率相同的单色光在空间某点相遇时,讨论光强和干涉条纹的分布规律。
[数学模型]根据波的叠加理论,两束同频率单色光在空间某一点光矢量的大小为E 1 = E 10cos(ωt + φ10),E 2 = E 20cos(ωt + φ20), (7.1.1)其中,E 10和E 20分别是两个光矢量的振幅,φ10和φ20分别是初相。
如果两个光矢量的方向相同,合成的光矢量为E = E 0cos(ωt + φ0), (7.1.2)其中,振幅和初相分别为0E =, (7.1.3a)10102020010102020sin sin arctan cos cos E E E E ϕϕϕϕϕ+=+。
(7.1.3b) 在一定时间内观察到的平均光强I 与光矢量的平方的平均值成正比2220102010202010[2cos()]I aE a E E E E ϕϕ==++-, (7.1.4)其中a 是比例系数。
对于普通光源,两光波之间的相位差φ20 – φ10是随机变化的,平均值为零,因此22102012I aE aE I I =+=+。
(7.1.5)这就是光的非相干叠加,总光强等于两束光各自照射时的光强之和。
如果两束光的相位差恒定,则合成光强为12I I I ϕ=++∆, (7.1.6a)其中Δφ = φ20 – φ10,第三项是干涉项。
这就是光的相干叠加。
如果I 1 = I 2,则合成光强为2112(1cos )4cos 2I I I ϕϕ∆=+∆=。
(7.1.6b) [讨论]①当Δφ = 2k π时(k = 0, ±1, ±2,…),满足这样条件的空间各点的光强最大2M 12I I I =++=, (7.1.7a)或 I M = 4I 1。
利用MATLABGUI模拟双缝干涉

[4] 徐志东, 陈世涛. 大学物理实验 [M] . 成都: 西南交通大学出版社, 2003. [5] 姚启钧. 光学教程 [M] . 北京: 高等教育出版社, 1981.
The Simulation of Double-Slit Interference Based on M ATLAB GUI
Li Fangju
(Department of Physics and Electronic Engineering ,Weinan Teachers University,Wainan 714000,Shaanxi China )
Abstract:According to the basic theory of optical interference and experimental device , we set up a mathematical model of the interference experiment , which can realize the simulation of Young’ s double slit interference experiment based on MATLAB GUI. The GUI (Graphical User Interfaces )is beautiful and intuitive, the user can directly input the parameters on the GUI, also do not alter the primary procedure , making the user able to analyze the par- ameters influencing the result. It makes it easy to teach optical theory and experiment , and offers a new way to design the related CAI. Key words:MATLAB; graphical user interface; interference
基于Matlab的波的干涉实验仿真研究

第32卷第4期大学物理实验Vol.32No.42019年8月PHYSICALEXPERIMENTOFCOLLEGEAug.2019收稿日期:2019 ̄03 ̄22∗通讯联系人文章编号:1007 ̄2934(2019)04 ̄0076 ̄03基于Matlab的波的干涉实验仿真研究史㊀严∗ꎬ牛宽宽(石家庄铁道大学数理系ꎬ河北石家庄㊀050043)摘要:利用计算机和Matlab方法对大学物理实验中的波的干涉实验进行了仿真研究ꎬ并进行了适当的计算和作图ꎬ此方法可以大大简化实验条件ꎬ并能加深学生对物理实验内涵的理解ꎮ关键词:计算机技术ꎻMatlab软件ꎻ波的干涉实验中图分类号:O4 ̄39文献标志码:ADOI:10.14139/j.cnki.cn22 ̄1228.2019.04.021㊀㊀在传统的大学物理实验中ꎬ通常需要使用大量的实验仪器㊁装置ꎬ需要在特定的物理实验室中进行操作ꎬ并且需要一定的环境条件ꎬ如:温度㊁湿度㊁压力㊁外场等[1]ꎮ随着计算机技术的发展ꎬ越来越多的新技术㊁新方法被引入到大学物理实验的科研和教学环节中[2]ꎬ其中使用Matlab程序方法进行大学物理和实验的仿真研究是一个热点[3 ̄7]ꎬ利用这个方法既可以使学生深刻理解物理实验的内涵ꎬ又可以减少对实验条件的依赖ꎬ有很大的发展空间ꎮ本文使用Matlab方法详细研究了波的干涉实验ꎮ1㊀波的干涉实验的强度和图样研究1.1㊀物理模型及分析设空间中两个相干波源ꎬ其角频率都为wꎬ初相位分别是φ1和φ2ꎬ两个波源之间的距离是2aꎬ假设空间任意一点Pꎬ两列波在P点产生的振动是u1=A1cos(wt+φ1-2πr1/λ)u2=A2cos(wt+φ2-2πr2/λ)其中ꎬA1和A2分别是两列波在P点的振幅ꎻr1和r2是两个波源到P点的距离ꎮ则P点的合振动是u=u1+u2=Acos(wt+φ)其中A=A21+A22+2A1A2cosΔφφ=arctanA1sin(φ1-2πr1/λ)+A2sin(φ2-2πr2/λ)A1cos(φ1-2πr1/λ)+A2cos(φ2-2πr2/λ)Δφ称为相位差Δφ=φ2-φ1-2πr2-r1λ其中ꎬδ=r2-r1称为波程差ꎮ波的强度与振幅的平方成正比ꎬ所以波的强度是I=I1+I2+2I1I2cosΔφ当Δφ=2κπ时(k=0ꎬ1ꎬ-1ꎬ )满足这样条件的点干涉振幅最大ꎬ称为干涉相长ꎻ当Δφ=(2κ+1)π时(k=0ꎬ1ꎬ-1ꎬ )ꎬ满足这样条件的点干涉振幅最小ꎬ称为干涉相消ꎮ1.2㊀编程思想取A1为振幅单位ꎬ则合振幅可表示如下A=A11+A∗22+2A∗2cosΔφ其中ꎬA∗2=A2/A1ꎬ取I1=A21为波的强度单位ꎬ则波的总强度可表示如下I=I1(1+I∗22I∗2cosΔφ)其中ꎬI∗2=I2/I1=A∗22ꎮ可限定0<A∗2<1ꎬ或者取A2为振幅单位ꎮ波的振幅和强度随A∗2值不同而不同ꎮ取分振幅之比为参数向量ꎬ取相差为自变量向量ꎬ形成矩阵ꎬ即可计算相对合振幅和相对强度ꎮ1.3㊀作图及分析取干涉相长的级数为2ꎬ则有5个干涉相长位置ꎬ4个干涉相消位置ꎬ取四个不同的分振幅之比0.1㊁0.4㊁0.7㊁1ꎬ绘制相对合振幅如图1ꎮ图1㊀两列相干波干涉的振幅分布同样的数据ꎬ绘制两列波干涉的相对强度ꎬ如图2所示ꎮ图2㊀两列相干波干涉的强度分布根据图1可知ꎬ随着振幅比的增大ꎬ相对振幅的大小范围急剧变化ꎬ但整体上还是有余弦函数的趋势ꎮ由图2可以看出ꎬ相对强度是相差的余弦函数ꎬ随着振幅比增大ꎬ干涉相长增强ꎬ干涉相消减弱ꎮ2㊀水波的干涉实验图样研究2.1㊀物理模型及分析两列相干的水波相遇ꎬ仿真模拟其形成的干涉图样ꎮ假设两列相干水波的振幅都为A0ꎬ频率相同ꎬ振动方向相同ꎬ令它们的初相位均是零ꎬ则它们在P点叠加的合振幅和初相位分别是A=2A0cos(πr1-r2λ)φ=arctan-sin(2πr1/λ)-sin(2πr2/λ)cos(2πr1/λ)+cos(2πr2/λ)由此可得ꎬ在干涉相长线上ꎬ不同的点的相位一般也是不同的ꎮ根据振动方程可以确定各点的位移值ꎮ2.2㊀编程思想取波长为单位ꎬ则水波的合振幅可表示如下A∗=A∗02cosπ(r∗2-r∗1)[]初相位可表示为φ=arctan-sin(2πr∗1)+sin(2πr∗2)[]cos(2πr∗1)+cos(2πr∗2)其中ꎬA∗0=A0/λꎬA∗=A/λꎬ波程r∗1=x∗2+(y∗-a∗)2r∗2=x∗2+(y∗+a∗)2其中ꎬx∗=x/λꎬy∗=y/λꎮP点的振动方程可表示如下u∗=A∗cos(t∗+φ)其中t∗=wt表示无量纲的时间ꎮ2.3㊀作图根据各点位移的大小ꎬ用曲面surf指令画出水波的初始干涉图样ꎬ变换各点的坐标数值ꎬ连续扫描ꎬ形成波的传播的动画ꎬ显示稳定的干涉图样ꎬ设置俯视角即可得两列水波的干涉图样ꎮ如图3所示图3㊀水波的干涉图样效果图3㊀总㊀结在大学物理实验的教学和科研中ꎬ计算机技77基于Matlab的波的干涉实验仿真研究术都提供了很大的帮助ꎬ在科研中主要进行数值分析和模拟㊁复杂的演算和推导ꎬ在教学中是重要的辅助工具ꎬ可以帮助学生处理实验数据㊁解决物理问题和作图等ꎮ对于大学物理和实验中的问题ꎬ应用计算机程序解决物理问题是一个新的思想ꎬ未来有很大的应用前景ꎮ参考文献:[1]㊀王振彪ꎬ刘虎ꎬ郑乔ꎬ等.大学物理实验[M].中国铁道出版社ꎬ2009.[2]㊀隋成华ꎬ魏高尧ꎬ等.大学物理实验[M].高等教育出版社ꎬ2016.[3]㊀李海涛ꎬ苏艳丽ꎬ等.MATLABGUI在光学实验教学中的应用[J].大学物理实验ꎬ2017ꎬ30(6). [4]㊀周群益.MATLAB可视化大学物理学[M].清华大学出版社ꎬ2001.[5]㊀彭芳麟.理论力学计算机模拟[M].清华大学出版社ꎬ2002.[6]㊀张志涌.精通matlab[M].北京航空航天大学出版社ꎬ2000.[7]㊀NicholasJ.GiordanoꎬComputationalPhysics[M].清华大学出版社ꎬ2011.SimulationResearchonInterferenceExperimentofWaveBasedonMatlabSHIYan∗ꎬNIUKuankuan(DepartmentofMathsandPhysicsꎬShijiazhuangTiedaoUniversityꎬShijiazhuang050043ꎬChina)Abstract:UsingMatlabmethodꎬwesimulatedandstudiedtheinterferenceexperimentofwaveincollegephys ̄icsexperiment.Thismethodcansimplifytheexperimentconditionanddeepenthestudents'understandingofphysicscontent.Keywords:computertechnologyꎻMatlabsoftwareꎻinterferenceexperimentofwave87基于Matlab的波的干涉实验仿真研究。
多光束干涉原理及MATLAB实现

text(-3,0.1,'rho=0.8')%显示该位置字符串,下同 text(5,0.2,'rho=0.5') text(7,0.44,'rho=0.6') text(12,0.5,'rho=0.01') text(16,0.65,'rho=0.4') text(20,0.89,'rho=0.23') xlabel('角变量') ylabel('反射光强') figure(2) for i=1:11 y2=1./(1+(1-rho(i))^2./(4*rho(i)*sin(phi/2).^2));%透射光强 plot(phi,y2)%绘图 hold on end text(-3,0.1,'rho=0.8')%显示该位置字符串,下同 text(5,0.2,'rho=0.5') text(7,0.44,'rho=0.6') text(12,0.5,'rho=0.01') text(16,0.65,'rho=0.4') text(20,0.89,'rho=0.23') xlabel('角变量') ylabel('透射光强') 思路已由百分号标明
’ 0
A0 (1 )e i 1 e i
2
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UT
2
A0 (1 ) 2 ( 1 e i)( 1 e -i)
2 ( 1 ) 4 sin 2 2 2 I A0 为入射光强 IT 2 1 2 ( 1 ) 4 sin 2 I
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