杨氏双缝干涉和双缝衍射的Python仿真平台A PYTHON SIMULATION PLATFORM FOR YOUNG'S DOUBLE-SLIT INTERFERENCE AND DOUBLE-SLIT DIFFRACTION
黄燕华,陈煌辉,王金灿,陈锦赫,荣晓严,许嘉乐,余嘉敏
摘要(Abstract):
基于Python的Matplotlib、Numpy和PyQt5库等,本文设计开发了杨氏双缝干涉和双缝衍射实验的仿真模拟平台。该仿真平台可以通过改变波长、缝宽、缝间距、缝屏距离、介质折射率等实验参数,实时呈现双缝干涉和双缝衍射所对应的光路、光谱、光强随参数的动态变化规律。另外,双缝干涉项目还进行了三基色复色光作为光源所形成的彩色光谱讨论,双缝衍射进行了缺级现象的特色讨论。平台还内嵌了GeoGebra制作的双缝干涉光路原理动画和SolidWorks制作的双缝衍射实验的三维动画,形象展示了双缝干涉的机理和双缝衍射的实验过程。本文的仿真平台有助于学生理解抽象的光学理论和公式,分析双缝干涉和双缝衍射的区别和联系,对波动光学的理论授课和实验授课起到很好的辅助教学作用。
关键词(KeyWords): 杨氏双缝干涉;双缝衍射;Python;仿真模拟
基金项目(Foundation): 福建省中青年教师教育科研项目(JAT220530);; 集美大学诚毅学院大学生创新创业训练计划项目(CJ24006);集美大学诚毅学院教育教学研究项目(CJ25027)
作者(Author): 黄燕华,陈煌辉,王金灿,陈锦赫,荣晓严,许嘉乐,余嘉敏
参考文献(References):
- [1]白旭峰,杨艳丽,曲保平.杨氏双缝实验中的干涉与衍射现象[J].光源与照明,2021(7):45-46.BAI X F, YANG Y L, QU B P. Interference and diffraction phenomena in Young's double-slit experiment[J]. Light Source&Lighting, 2021(7):45-46.(in Chinese)
- [2]李栋玉,时有明,张廷宪.杨氏双缝干涉实验的条纹分布研究[J].实验技术与管理,2019,36(10):120-122,126.LI D Y, SHI Y M, ZHANG T X. Study on fringe distribution of Young's double slit interference experiment[J]. Experimental Technology and Management, 2019, 36(10):120-122, 126.(in Chinese)
- [3]李小芳,张宇涵,郭宇翔,等.基于Python的杨氏双缝干涉和衍射的仿真模拟[J].大学物理实验,2024,37(5):113-117.LI X F, ZHANG Y H, GUO Y X, et al. Simulation of Yang's double slit interference and diffraction based on Python[J]. Physical Experiment of College, 2024, 37(5):113-117.(in Chinese)
- [4]马书炳,张辉,单会会,等.双缝干涉和衍射计算机数值模拟与演示[J].物理实验,2017,37(S1):9-10,13.MA S B, ZHANG H, SHAN H H, et al. Demonstration and computer simulation of double slit interference and diffraction based on Matlab[J]. Physics Experimentation,2017, 37(S1):9-10, 13.(in Chinese)
- [5]张兴坊,刘凤收,闫昕,等.基于MATLAB GUI的杨氏双缝干涉仿真动画设计[J].高师理科学刊,2021,41(9):98-101,110.ZHANG X F, LIU F S, YAN X, et al. Animation design of Young's double slit interference simulation based on MATLAB GUI[J]. Journal of Science of Teachers'College and University, 2021, 41(9):98-101, 110.(in Chinese)
- [6]任刘娜,付文慧,苏艳丽,等.基于Python的光学现象可视化分析[J].大学物理实验,2024,37(1):104-108.REN L N, FU W H, SU Y L, et al. Visualization of optical phenomena based on Python[J]. Physical Experiment of College, 2024, 37(1):104-108.(in Chinese)
- [7]毛俊健,顾牡.大学物理学[M]. 3版.北京:高等教育出版社,2020.MAO J J, GU M. College physics[M]. 3rd ed. Beijing:Higher Education Press, 2020.(in Chinese)
- [8]胡捷.白光干涉条纹色偏移机理与校正技术研究[D].南京:南京理工大学,2019.HU J. Research on mechanism and correction of color deviation for white light interference fringes[D]. Nanjing:Nanjing University of Science&Technology, 2019.(in Chinese)
- [9]王烨,王岩,张志峰,等.白光杨氏双缝干涉实验的MATLAB仿真[J].大学物理实验,2024,37(6):99-104.WANG Y, WANG Y, ZHANG Z F, et al. MATLAB Simulation of Young's double-slit interference experiment with a white light source[J]. Physical Experiment of College,2024, 37(6):99-104.(in Chinese)