机械波的衍射和干涉现象的MATLAB数值模拟

运用MATLAB模拟了机械波的衍射和干涉现象,通过形象直观的图形演示能够加深学生对波的衍射和干涉现象的理解,激发学生的学习兴趣,提高教学质量。     

光的衍射综合演示仪的设计及制作

介绍了一种光的衍射综合演示仪的设计与制作方法, 可在课堂教学中演示泊松亮斑、 圆孔衍射、 单线 衍射、 单缝衍射和光栅衍射等多种光的衍射现象. 仪器设计巧妙, 操作简单, 效果明显, 对帮助学生理解光的衍射规 律非常有益     

用衍射法测量细丝直径

正1主要内容用衍射法测量细丝直径实验是广西师范大学物理实验教学示范中心于2008年开设的实验项目.该项目要求学生在掌握单缝衍射实验原理的基础上,学会利用衍射法测量微小量.实验首先要求学生根据单缝衍射的原理自行组装实验仪器,然后进行单缝宽度的常规测量,帮助学生从实验上理解单缝衍射的原理和物理意义.在此基础上,指导学生利用该套单缝衍射装置对特定金属丝的直径进行测量,从而帮助学生加深对单缝衍射的理解,及如何应用该方法对微小量进行测量.     

单缝夫琅禾费衍射实验的计算机辅助教学

传统的衍射实验往往过多强调光波波动性的一面,而忽略其粒子性的一面,从而使学生对衍射现象的物理过程缺乏全面的认识。在进行光学实验的同时,借助于计算机辅助教学,可弥补这一缺点。应用蒙特卡罗方法对单缝夫琅禾费衍射现象进行了模拟,对模拟结果进行了分析和讨论。与传统方法相比,这种方法更为形象和直观,可以帮助学生理解光子等微观粒子的波粒二象性及随机性与确定性的统一。     

光栅衍射的层次教学

光栅衍射的教学是工科大学物理教学中的一个难点,通过从衍射的光强分布的角度,组织了一个由单缝衍射到双缝衍射、到多缝衍射、再将双缝干涉和光栅衍射作一比较这样一个循序渐进的层次教学,更好地让学生理解光栅衍射.     

衍射光栅实验中平行光正入射条件的讨论

针对光栅衍射实验中如何保证平行光正入射光栅表面这一难点,总结出一种在实验教学简单可行、易于学生理解的操作方法。这种实验方法,既包含了分光计调节的基本要求,又能让学生比较容易掌握和理解光栅的衍射理论,提高了实验效率。     

大学物理与高中物理光学部分的教学衔接研究——以夫琅禾费单缝衍射的讲解方法为例

光学是现代物理学的重要分支，在大学物理教学中具有重要地位。高中物理与大学物理的教学侧重不同，如何衔接高中物理光学部分知识点与大学物理课堂教学是高校教师授课中的难点之一。为针对学生基础设计适合的讲解方式，从而提升大学物理光学部分的教学效果，本文以夫琅禾费单缝衍射为例，依据光程对称关系设计了一种新的讲解方法，可帮助仅有高中物理光学基础的学生快速理解半波带法计算衍射条纹规律的基本原理。通过调查问卷的方式验证了新讲解方法的有效性，证实了适当的教学设计对实现光学部分教学衔接的积极作用。     

多圆孔夫琅和费衍射的研究及衍射图样的可视化

为了认识多圆孔衍射的物理特征和图样特点,通过多圆孔衍射与光栅衍射的类比,结合单个圆孔的衍射和光栅的多条缝之间的干涉,得出多圆孔夫琅和费衍射的光强公式。采用MATLAB语言编程作图,得到多圆孔夫琅和费衍射图样,并方便地观察衍射图样随各个参数的变化,有助于学生更好地理解干涉和衍射现象的物理本质。计算机可视化光学现象,有助于提高学生的学习兴趣。圆孔衍射与多缝干涉结合起来处理问题的思路,有助于激发学生深入思考,进行探究式学习,培养创新能力。     

用半波带法推导单缝夫琅禾费衍射暗纹条件的相关讨论

在大学物理教学中,半波带法是一种处理单缝夫琅禾费衍射的简单方法. 半波带法可以推导出单缝夫 琅禾费衍射的暗纹条件,但是,学生容易对这个推导过程产生误解,从而把暗纹位置判断成明纹位置. 为了让学生 更好地理解半波带法和衍射现象的实质,分析了对暗纹条件产生的两种误解,并得出误解产生的原因,即学生计算 半波带或者波带间的干涉叠加时,未考虑它们之间的相位关系     

方孔夫琅禾费衍射的数值模拟

根据惠更斯-菲涅耳原理,利用数值计算的方法对方孔夫琅禾费衍射实验进行了模拟,在验证衍射理论的同时,还得到了非傍轴区域和微方孔的衍射图,拓展了衍射的概念,为深入理解光的衍射提供了参考.     

居家环境下运用光衍射法测量弹性模量实验的设计

居家环境下,利用生活材料搭建了基于光衍射法测量金属丝弹性模量的实验装置.并设计了简易螺旋测微器,提高了金属丝直径测量的精度.实验测得弹性模量的结果表明,此方案适合学生居家实验.该实验的完成,不仅锻炼了学生利用常见材料自主设计实验装置的能力,同时使学生对弹性模量及光衍射的理论知识有了更深刻的理解.     

计算机模拟任意形状衍射屏的衍射

把菲涅耳衍射积分化为含快速傅里叶变换的积分,对任意形状衍射屏的衍射进行模拟,其特点是直接用含快速傅里叶变换的积分求解出不同传播距离观察屏上的光场分布,得出菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射的衍射花样.通过计算机对常见的缝孔的衍射的模拟,有助于理解衍射光在传播方向上近场衍射和远场衍射的不同和衍射花样的分布特征.     

基于DMD的光学衍射实验教学

研究各种形状衍射屏的衍射特性,有利于加强学生对光学衍射基本理论的理解.为此,开发了基于数字微镜阵列器件(Digital micromirror device, DMD)空间光调制器的新型光学衍射实验系统.采用DMD替代传统的加工衍射元件,用Paint, AutoCAD和Matlab等绘图软件生成单缝、多缝以及复杂形状的图形,并加载到DMD,以作为可擦写的数字化衍射屏.当准直激光均匀照射数字衍射屏并通过透镜,CMOS相机可在透镜后焦面实时观察各衍射屏的远场衍射图像,进而对夫琅禾费衍射特性进行观测和分析.该新型实验系统能够完成单缝、多缝衍射实验,并拓展至任意形状衍射屏的衍射实验.     

激光形成过程和谐振腔自再现模的数值分析

以红宝石激光器为例,对三能级系统的速率方程进行了数值求解,揭示了激光器从泵浦、弛豫振荡、增益饱和到稳定输出的过程.利用光的衍射理论和Fox-Li迭代解法,演示了自再现模的形成过程.采用数值计算可以使抽象的理论公式具体化,增强学生对基本概念的理解,同时提高学生处理实际问题的能力.     

居家DIY光栅衍射系列实验

新型冠状病毒防控给大学物理实验教学带来了新的挑战和机遇。教师线上教学，学生居家自主实验正成为这一特殊时期的实验教学的新特色。本文主要介绍“居家DIY光栅衍射系列实验”。以激光笔为光源，利用常见的钢尺、丝网、光盘和液晶屏作为材料，实现了一维/二维和透射/反射四种条件的光栅衍射。本系列实验通过生活中常见的简单器材，可以观察到丰富的光栅衍射现象并进行精度较高的测量，使学生在感受创造条件进行实验乐趣的同时加深对衍射的理解。因此光栅衍射系列实验非常适合作为居家和线下实验内容。     

部分相干Airy光束及其传输的研究

利用高斯-谢尔模型的交叉谱密度公式和惠更斯衍射积分, 得到了部分相干Airy光束的表达式. 对不同相干度的部分相干Airy光束的无衍射和横向加速偏移的性质进行了理论分析并予以实验验证, 结果一致表明部分相干Airy光束也具有无衍射和横向加速度的特性, 而且相干度越低, 部分相干Airy光束的无衍射距离越短, 横向加速度越小. 关键词： 傅里叶光学 全息 部分相干 艾里光束     

基于光栅衍射的实验分析

对当前高校本科生中开设的关于光栅衍射实验对学生的培养点、教学点进行了分析,介绍了新开设的光栅衍射实验,对照光栅衍射特性下的各种效应进行了比较分析。     

用光的本性对波动力学中若干现象的分析

 光具有波动性,对光的干涉、衍射图样的分析,普通物理教材一般从两束光(或光线的两部分)到达某处的光程差出发分析的。进一步看,光所具有的波动性,仅仅是具有干涉、衍射这些波的最本质的特征,而不能被理解为空间中质点(质元)的机械振动。本文认为,对光的干涉、衍射图样的分析,应该从光的本性出发来理解,才能全面理解这些现象的本质。一、关于光的干涉、衍射实质的分析对于光的干涉、衍射的实质,应从光的本性方面入手,用概率波函数来描述光,理解为一个光子的两多)个量子态的叠加。     

部分偏振部分相干光光栅衍射场的偏振特性和角相关研究

为了研究部分偏振部分相干光光栅衍射场的衍射特性.利用部分偏振部分相干光的光束相干-偏振(BCP)矩阵,推导出了部分偏振部分相干光通过任意偏振光栅后,衍射场的偏振度及场中衍射级次角相关的一般解析表达式.以部分偏振的高斯-谢尔模型光束(PGSM)为例,数值分析了偏振光栅TE和TM波的复振幅透过率、入射光束的光学参量对衍射场偏振度和场中各衍射级次的角相关的影响.计算结果表明,部分相干光透过偏振光栅后的其衍射光场是一非均匀、周期变化的部分偏振相干光场;场中对称级次的角相干值对应相等,且随衍射级次序数的增大而缓慢递减至零.     

骨骼肌衍射及测量肌节长度

本实验用生物组织骨骼肌为材料,用不同的测量方法对其进行观察和测量,帮助学生更好地理解肌组织的结构和特性。了解掌握显微镜、分光计等仪器的使用方法,观察光栅衍射现象,分析比较测量数据,提高学生对物理学的认识和学习兴趣,是一项生理学与物理学内容结合较好的实验。