第28届北京青少年科技创新大赛

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2、青少年科技馆）摘　要由英国物理学家托马斯·杨在1801年所进行的杨氏干涉实验是证明光具有波动性的经典实验之一，高中与大学的教学中都有与其相关的内容。可进行这个实验需要很高的实验条件，且实验本身不具有很强的集体观赏性，用FLASH进行模拟结果又不精确。本研究拟用科学计算软件MATLAB对其进行计算机模拟：1.绘制干涉图样和光强分布曲线。通过确定实验参数,利用光强公式算出屏上各点的叠加光强并绘出分布曲线；通过简单换算，将各点的光强值转化为颜色值，再将颜色值以灰度图的形式画出；同时，通过暂停和刷新屏幕显示出在程序中已确定的几组实验参数所画图样与曲线的变化关系。

3、2.制作控制面板并画出可随实验参数变化的实验原理示意图。创建一个GUI函数，在计算机上绘出控制面板，使实验原理和实验现象能展示在同一界面上；在运用1中的方法绘出干涉图样与光强分布曲线的基础上，再用自定义函数画出实验仪器原理示意图，并通过设置控件的状态值改变实验参数；同时，设置另一组实验参数，通过按钮控制现有参数与所设的实验参数间做十次变化，并依次画出图样的动态效果。这样可以将实验现象直观精确地表现出来，同时编程也较为简单。经过研究我们得出：通过计算机模拟（利用光强公式计算每一点的光强并转化为灰度值）可以绘出杨氏双缝干涉的干涉图样。通过控制面板可以轻易改变

4、实验参数并能逐步画出两组参数间图样的变化趋势。关键词干涉光强灰度计算机模拟创新点：本项目优越性在于用GUI组件对现实实验的理想环境和结果的准确模拟。可辅助教学，在模拟实验教学方面起到一定的作用且极大地方便了实验的操作，使学生能够更直观、更准确地了解“光的干涉”这部分知识。研究背景由英国物理学家托马斯·杨在1801年所进行的杨氏干涉实验是证明光具有波动性的经典实验之一。虽然托马斯·杨的理论在现在看来有很大漏洞，但在光的波动学的发展史上具有重大意义，它发展了惠更斯的波动理论，并成功地解释了干涉现象。在初二学校开展的化学兴趣培养选修课中，我了解到了许多有关量子

5、力学的知识。其中光的波粒二象性的一些实验我很感兴趣，但课堂上的演示实验总看不清楚。暑假中，我们又来到北京工业大学机电学院进行学习，了解了SCILAB和MATLAB等模型软件的应用，想到可以通过计算机来模拟这些实验，跟直观地看到实验结果。通过阅读《牛顿科学世界》杂志与《新量子世界》、《光学原理》等书籍，我们了解到英国科学家托马斯·杨最早通过光的干涉实验（即杨氏干涉实验）证明了光的波动性。在高中与大学的课程中，都会讲到与干涉有关的内容，但做干涉实验需要一定的条件，许多学校不具备很好的条件，实验现象很不明显。用FLASH模拟实验虽然在一定程度上弥补了这个缺点，

6、但结果不是非常精确，效果也不是很直观。于是，在老师的指导下，我们决定用功能更强大的MATLAB来计算模拟出干涉图样并表现出实验参数变化时图样的变化趋势。经调查，有研究者讨论过用MATLAB模拟光学实验，但只涉及到光学图样模拟的主要思路，而没有对实验的教学演示进行深入探讨，也未涉及通过可控参数变化实现动态演示的研究。研究目的利用MATLAB对杨氏干涉实验的原理与实验现象进行准确直观的模拟，并实现通过控制面板进行对实验参数的时时控制与实验动态变化的显示。研究方法1．时间安排阶段时间地点内容第一阶段2006年7月北工大学习SCILAB第二阶段2006年9－10

7、月学校学习有关光的干涉的知识第三阶段2006年11月学校立题第四阶段2007年1－5月学校、家收集有关资料，找出实现模拟的办法第五阶段2007年6—7月北工大学习MATLAB第六阶段2007年8—9月科技馆、家实现第一步（绘制干涉图样和光强分布曲线）第七阶段2007年10月科技馆、家实现第二步（制作控制面板并画出可随实验参数变化的实验原理示意图）第八阶段2007年10月家撰写论文2．光的波动学说产生背景时间人物理论根据11655年格里马第(FrancescoMariaGrimaldi)光是一种类似水波的波。光穿过两小孔后投影有类似水波衍射的明暗条纹。21

8、665年胡克（RobertHooke）光是以太的一种纵向波。重复上述实验并出版《