物理学中的波动光学

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￣１４基金项目:长沙理工大学教学改革研究项目(ＪＧ１７６３)∗通讯联系人文章编号:１００７￣２９３４(２０１９)０４￣０１１３￣０３

波动光学仿真实验设计及其在

大学物理教学中的应用

杨　昶∗ꎬ杨昌虎ꎬ黄伟荣

(长沙理工大学物理与电子科学学院ꎬ湖南长沙　４１００７８)

摘要:在大学物理波动光学部分的课堂教学中引入仿真实验ꎬ可以直观地呈现实验结果ꎬ加深学

生对理论知识的理解ꎬ激发学生的学习兴趣ꎬ提高教学质量ꎮ简要介绍了利用ＭＡＴＬＡＢ脚本编程及图形界面编辑开发波动光学仿真软件的方法ꎬ并探讨了仿真实验与大学物理课堂教学的结合ꎮ关键词:ＭＡＴＬＡＢꎻ光学实验ꎻ仿真中图分类号:Ｏ４￣３３文献标志码:ＡＤＯＩ:１０.１４１３９/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｎ２２￣１２２８.２０１９.０４.０３１

大学物理是理工科本科生必修的一门基础

课ꎬ对于学生世界观的构建及后续专业课的学习

具有重要意义ꎮ大学物理包含多个分支ꎬ其中波

动光学主要研究光的干涉、衍射、偏振等现象ꎮ波

动光学不仅在理论上占据重要地位ꎬ而且在技术

上有着广泛的应用ꎮ然而ꎬ波动光学的教学内容

较为复杂抽象ꎬ学生在学习中常常感到困难ꎮ在

教材对知识点的描述及教师的课堂讲授中ꎬ重点

一般在于概念阐述和理论推导ꎬ有时辅以简略的

图片说明ꎬ这些教学手段难以使学生对知识建立

深刻的理解ꎬ容易使学生感到枯燥无味ꎮ有鉴于

此ꎬ光学实验是大学物理理论课程学习的一个重

要补充ꎬ它使学生通过实际操作和观察获得比理

论学习更直观的印象ꎬ加深对知识的理解ꎮ但在

实际教学设计中ꎬ实验课程往往比相应的理论课

程滞后一段时间ꎬ一定程度上降低了教学效果ꎮ

将光学实验放在理论课堂上由教师进行实时演示

或许是一个有益的解决方案ꎬ但在实践中存在诸

多限制ꎬ主要有:(１)许多光学仪器体积、重量较

第七章 波动光学习题答案

1．从一光源发出的光线，通过两平行的狭缝而射在距双缝100 cm的屏上，如两狭缝中心的距离为0.2 mm，屏上相邻两条暗条纹之间的距离为3 mm，求光的波长(Å为单位)。

已知 D=100cm a=0.2mm x=3mm 求 解 =ax/D=3×10-3×0.2×10-3/100×10-2=0.6×10-6m=6000 Å

2．用波长为7000 Å的红光照射在双缝上，距缝1 m处置一光屏，如果21个明条纹(谱线以中央亮条为中心而对称分布)共宽2.3 cm，求两缝间距离。 解 明条纹间距 cm a=6.08

4．用波长为4800 Å的蓝光照射在缝距为0.1 mm的双缝上，求在离双缝50 cm处光屏上干涉条纹间距的大小。 解 =2.4mm

5．什么是光程?在不同的均匀媒质中，单色光通过相等光程时，其几何路程是否相同? 需要时间是否相同? 解 光程=nx。在不同的均匀媒质中，单色光通过相等光程时，其几何路程是不同。需要时间相同

6．在两相干光的一条光路上，放入一块玻璃片，其折射率为1.6，结果中央明条纹移到原是第六级明条纹处，设光线垂直射入玻璃片，入射光波长为6.6×103 Å。求玻璃片厚度。

已知 n=1.6 =6.6×103Å 求 d 解 光程差MP-d+nd-NP=0

∵ NP-MP=6

∴ （n-1）d=6 d=6/(n-1)=6.6×10-6m

7．在双缝干涉实验中，用钠光灯作光源(=5893 Å)，屏幕离双缝距离D=500mm，双缝间距a=1.2mm，并将干涉实验装置整个地浸在折射率1.33的水中，相邻干涉条纹间的距离为多大?若把实验装置放在空气中，干涉条纹变密还是变疏?(通过计算回答)

波动光学的知识点总结

波动光学的研究内容主要包括以下几个方面：

1. 光的波动性质

光是一种电磁波，它具有波长和频率，具有幅度和相位的概念。光的波长和频率决定了光的颜色和能量，波长短的光具有较高的能量，频率高的光具有较大的能量。光的波动性质使得光能够在空间中传播，并且能够在介质中发生折射、反射等现象。

2. 光的干涉

干涉是光波相遇时互相干涉的现象。干涉是波动光学中一种重要的现象，它包括两种类型：相干干涉和非相干干涉。相干干涉是指来自同一光源的两条光线之间的干涉，而非相干干涉是指来自不同光源的两条光线之间的干涉。在干涉实验中，通常会通过双缝干涉、薄膜干涉等实验来观察干涉现象。

3. 光的衍射

衍射是光波通过狭缝或者物体边缘时发生偏离直线传播的现象。光的衍射是波动光学中的重要现象，它可以解释光通过小孔成像、光的散斑等现象。在衍射实验中，通过单缝衍射、双缝衍射、菲涅尔衍射等实验可以观察衍射现象。

4. 光的偏振

偏振是光波中振动方向的特性，偏振光是指光波中只沿特定振动方向传播的光波。光的偏振是光波的重要特征之一，它可以通过偏振片、偏振器等光学元件来实现。在偏振实验中，可以通过偏振片的转动、双折射现象等来观察偏振现象。

5. 光的成像

成像是光学系统中的一个重要问题，它涉及到光的传播规律和光的反射、折射等现象。通过成像实验，可以研究光的成像规律、成像质量和成像系统的性能等问题。光的成像是波动光学中的一个重要研究方向，它主要包括光的成像原理、成像系统的构造和成像参数的计算等内容。

综上所述，波动光学是物理学中一个重要的分支，它研究光的波动性质和光的传播规律。波动光学的研究内容包括光的波动性质、光的干涉、衍射、偏振和光的成像等内容。通过波动光学的研究，可以深入了解光的波动性质和光的传播规律，为光学系统的设计与应用提供理论基础。

大学物理波动光学知识点总结.doc

波动光学是物理学中的重要分支，涉及到光的反射、折射、干涉、衍射等现象。作为大学物理中的一门必修课程，波动光学是大学物理知识体系重要的组成部分。以下是相关的知识点总结：

1. 光的波动性

光可以被看作是一种电磁波。根据电磁波的性质，光具有波动性，即能够表现出干涉、衍射等现象。光的波长决定了其在物质中能否传播和被发现。

2. 光的反射

光在与物体接触时会发生反射。根据反射定律，发射角等于入射角。反射给人们带来很多视觉上的感受和体验，如反光镜、镜子等。

当光从一种介质向另一种介质传播时，光的速度和方向都会发生改变，这个现象称为折射。光在空气、玻璃、水等介质中的折射现象被广泛应用到光学、通信等领域中。

4. 光的干涉

当两束光相遇时，它们会相互干涉，产生干涉条纹。这是因为两束光的干涉条件不同，它们之间产生了相位差，导致干涉现象。干涉可以分为光程干涉和振幅干涉。

光经过狭缝或小孔时，其波动性会导致光将会分散成多个波阵面。这种现象称为衍射。衍射可以改变光的方向和能量分布，被广泛应用于成像和光谱分析等领域。

6. 偏振

偏振是光波沿着一个方向振动的现象，产生偏振的方式可以通过折射、反射、散射等途径实现。光的偏振性质在光学通信、材料研究等领域有着广泛的应用。

总结

波动光学是大学物理学知识体系不可或缺的一部分，它涉及到光的波动性、光的反射、折射、干涉、衍射等现象。对于工程、光学、材料等领域的学生和研究者来说，深入了解波动光学的基本原理和理论，都有助于提高知识和技术水平。