基于MATLAB的杨氏双缝干涉实验模拟--《河南科学》2010年06期
基于MATLAB的杨氏双缝干涉实验模拟
【摘要】：根据光的双缝干涉实验理论,利用MATLAB编写程序对双缝干涉实验进行模拟,绘制出双缝干涉的图样和光强分布曲线,并且同步计算出相应的条纹间距和对比度,直观地展现了单色光的双缝干涉这一物理现象,实验结果与实际计算结果一致,为双缝干涉的理论与实验提供了有效的支持.
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【分类号】：O436.1【正文快照】：
MATLAB既是一种直观、高效的计算机语言,同时又是一个科学计算平台.它为数据分析和数据可视化、算法和应用程序开发提供了最核心的数学和高级图形工具.双缝干涉实验是利用分波振面法获得相干光束,得到干涉图样.而利用MATLAB模拟实验可以形象、直观地演示实验现象,探究光的干
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京公网安备75号杨氏双缝干涉实验的数字图像处理方法研究
杨氏双缝干涉实验是科学发展史上证明光具有波动性的决定性实验之一。一般大学物理实验中杨氏双缝干涉实验的观察和测量都是用测微目镜进行的,这种方法观察视场范围小,观察干涉现象明暗变化时不清楚,条纹宽度变化不明显,对比度小;测量位置选择判断误差大,影响实验数据准确性[1],测量干涉条纹时容易引起回程误差,而且一只眼睛长时间观察测微目镜,容易引起视力疲劳[2]。受一些教师[3-6]在双棱镜干涉和牛顿环实验中引入CCD、CMOS摄像头成像等数字图像处理方法提高实验效率与实验效果的方法的启发,本文通过手机摄像头扩展测量视场,再对所得图像进行数字处理,改进杨氏双缝干涉实验数据采集与处理方法,提高了效率,取得了良好的效果。1实验原理与数据采集改进杨氏实验的装置如图1所示,在普通单色光源(如钠光灯)后放一狭缝S,相当于一个线光源。S后又放有与S平行且等距离的两平行狭缝S1和S2,两缝之间的距离很小。这时S1和S2构成一对相干光源,从S1和S2发出的...&
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光的干涉作为光学的重要内容,在理论研究和实际应用方面都非常重要.杨氏双缝干涉实验是光学中最重要的内容之一.近年来有不少文章对于杨氏双缝干涉作了非常广泛的讨论,在理论上讨论的同时也有不少文章利用计算机模拟对光的干涉进行了研究[1~11].这些文章的讨论一般是基于远场近似下的夫琅禾费公式得出的.一些假定缝宽为狭缝(假定缝宽为0),夫琅禾费近似条件自动满足[1~9];另一些是假定存在一定的缝宽,但缝宽满足一定的条件,使夫琅禾费近似条件得以满足[10~11].但这些在满足夫琅禾费近似条件下得出的干涉光强分布规律只对近轴区域成立,而对于偏离光轴较远的区域情况下与实验结果不符,为了研究在整个光场中的干涉现象,笔者依据基尔霍夫衍射公式单缝衍射的数值计算方法[12],给出了双缝干涉的计算方法,并据此绘制出整个光场的干涉光强分布曲线.本文讨论了双缝干涉条纹的间隔、缺级现象、不同缝宽及缝间隔对干涉图样的影响,从而对杨氏双缝干涉有了更加全面清晰的认识...&
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0引言现有光学教材中,对杨氏双缝干涉实验都做了理想化处理,对于缝宽、缝间距、缝到接收屏的距离等诸多因素都不考虑,只是根据理想化的模型讨论干涉现象。然而,本身光学实验对实验装置要求很高,实验装置有微小的变动对于实验现象都有很大的区别,本文从实际情况出发,对这些影响因素作了理论分析和数据计算,设计出一套能清晰的观测双缝干涉的实验装置。1基本理论和模型图1理想杨氏双缝干涉原理图在杨氏双缝干涉实验中(如图1所示),波长为λ的单色光通过遮光屏G上1S、2S两狭缝后射向与G平行且相距为0D的接收屏H上,两狭缝的间距为d,与单缝S距离相等为sD,故为两个同相波源。由于两光源是通过分波阵面法获得的,故两相干波源在屏幕上叠加可造成干涉现象。由于两束相干光是通过分波阵面法获得的,因此频率相同,他们在屏幕上产生的振幅相同,则叠加后的光强为:204 cos2I I=(1)式中2 12π(r r)λ=,为两分振动的相位差。由图1可以看出:2 10sind...&
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1杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉是最早的干涉实验之一。如图1所示,S是线光源,用强单色光照射。G是遮光屏,上面开有两条与光源平行的细缝S1和S2。S1和S2之间距为d且与S等距离,H是与G平行的接收屏,H到G的距离为D,且Dd。实验中,由于S1和S2是同一波阵面上的两个子波,所以它们的振动方向、频率以及初相位是相同的,是相干光。从S1和S2发出的相干光到达接收屏H,在H上进行叠加。由于S1和S2发出的光到达H上各点的波程不同,满足不同的叠加条件,因而产生了明暗相间的干涉条纹。讨论H上明暗条纹的位置,如图2所示。因为观察时通常Dd,Dx,所以波程差:δ=r2-r1≈dsin?≈dtan?图2杨氏双缝干涉计算用图而tan?=xd所以δ=dD x由波动理论:当δ=dD x=±kλ时Δφ=-2πλ(r2-r1)=-2λπkλ=2kπ干涉加强,是明纹。各级明纹中心的位置x=±k Dd k=0,1,2…(1)当δ=dD x=±(2k+1)λ2...&
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2009年4月(下)1光学实验仿真的研究意义在计算机日益普及的今天,计算机仿真技术作为虚拟实验手段已经成为计算机应用的一个重要分支。它是继理论分析和物理实验之后,认识客观世界规律性的一种新型手段。2计算机仿真使用工具---MATLABMATLAB是mathworks公司于1982年推出的一套高性能数值计算和可视化数学软件。MATLAB既是一种直观、高效的计算机语言,同时又是一个科学计算平台。3双缝干涉模拟实验如图1所示,单色光通过两个窄缝s1,s2射向屏幕,相当于位置不同的两个同频率同相位光源向屏幕照射的叠合,由于到达屏幕各点的距离不同引起相位差,叠合的结果是在有的点加强,造成干涉现象。图1两个相干光源到屏幕上任意点的距离差为r1=姨X-2d2r2=X+d姨22。单色简谐波可以用余弦函数来表示。设从空间两定点S1、S2发出的两个这样的光波,振源的振动下面的式子来表示:Ψ01=A01cos(ωt+Φ01)Ψ02=A02cos(ωt...&
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牛顿《光学》出版后的近百年间,人们对光学的认识几乎是停滞不前的,没有取得什么实质性的进展。直到19世纪,光学研究才获得飞跃性发展,推动这一发展的是英国物理学家Thomos Young对光的波动说的复兴[1]。1801年Thomas Young提出了杨氏双孔干涉实验[2]。这一实验的重大历史意义:在于首次成功地观察到了光的干涉现象,通过实验充分证实了光的波动性,并且最早以明确的形式确立了光波迭加原理,用光的波动性解释了干涉现象[3]。杨氏干涉在实际中也有许多运用,现在的类似实验用双缝代替杨氏双孔干涉实验的2个点光源,因此叫作杨氏双缝干涉实验[4]。光学实验仿真越来越受到科研工作者和教育工作者的广泛关注和欢迎,其应用主要表现在以下二方面:一是在科学计算方面,利用仿真实验结果指导实际实验,可大大减少和避免贵重仪器的损伤。在这方面,美国一直走在最前面;二是在光学教学方面,可将抽象难懂的光学概念和规律由仿真实验直观地描述,可使学生饶有兴趣...&
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CNKI手机学问
有学问，才够权威！
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传真：010-来源： 作者：段晓勇;单永明;
光的干涉和衍射的Matlab数值模拟
大学物理数字化教学是把编程语言和计算方法应用到大学物理教学中,使学生学会综合应用大学物理、高等数学、数值算法和编程语言等相关知识对物理问题进行模拟和仿真[1-2]。本文利用Matlab数值模拟了杨氏双缝干涉、单缝衍射和光栅衍射的图案和光强分布曲线,并讨论了光的非单色性对双缝干涉条纹的影响。1杨氏双缝干涉的数值模拟1.1干涉的图案和光强分布杨氏双缝干涉实验中,一束平行光垂直照射到双缝上,双缝作为新的次级光源,其发出的两束光相干叠加后,在接收屏上产生明暗相间的条纹[3]。空气的折射率n=1,令两束光的光强相同,都为I0。接收屏上各点的光强分布由(1)式决定[4]:I=4I0cos2Δφ2(1)其中:Δφ表示两束光到达接收屏上同一点的相位差,它由两束光的光程差和波长决定。取双缝间距为1mm,双缝与接收屏间距为1m,利用Matlab数值计算得到了红光(λr=660nm)、绿光(λg=540nm)和蓝光(λb=460nm)的干涉光强分布曲线(图1(a))和红光的干涉图案(图1(b)),接收屏上显示3级明、暗条纹。从图1(a)中可以看出每级明纹的光强都是相同的。另外,......(本文共计3页)
　　　　　　　
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该实验用激光照射双缝，得到了比较清晰的明暗相间的直条纹，并通过动画对干涉的过程进行了分析，明确了明暗条纹的分布特征或规律。
我来说点啥
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简介：本文档为《基于MATLAB的杨氏双缝干涉实验仿真pdf》，可适用于基础科学领域，主题内容包含第卷湖北师范学院学报(自然科学版)Vol第期JournalofHubeiNormalUniversity(NaturalScience)No,基于M符等。
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都是极有用的大学物理论文～～
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