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Matlab软件在民办本科院校大学物理教学中的应用――光学部分

【基金项目】吉林省教育厅2014年“十二五”科学技术研究项目《项目名称》（批准文号623）。 1.序言

大学物理光学部分共有光的干涉、光的衍射和光的偏振三部分，对应的光学实验和实验现象较多，以往传统的授课方式，学生很难理解这些物理现象，对于半波损失的感念也是无法理解，都是生硬的记忆，加之我校为民办本科类院校，学生普遍基础较差，高中的物理更是掌握甚少，对大学物理的学习思维方式存在一定的难度，提高学生的学习兴趣，是提高学生的学习有效性的关键。

将Matlab软件引入大学物理教学中，Matlab软件具有强大的数学计算功能和图形图像模拟技术，此软件可以对复杂的数学公式进行计算，绘制二维、三维图像，将抽象的物理公式转化为形象的实验现象，激发学生对物理的学习兴趣，引导学生的创新思想，提高课堂教学质量，提高教学的有效性。

本文以光的干涉为例，即牛顿环干涉实验，将Matlab仿真模拟引入大学物理的光学教学中。 2.实例分析

牛顿环是大学物理光学部分的典型实验，是相干光干涉叠加

的结果，属于等厚干涉，其光强分布也同样符合光的相干叠加，光场中任一点的光强公式为 I=I■+I■+■

其中，I■为1光的光强，I■为2光的光强，△？渍=？渍■-？渍■为两束光的位相差，设入射光波长为？姿，e为空气薄膜的厚度，r是牛顿环的半径，R为透镜的半径。同时考虑半波损失则位相差公式为△？渍=■（2e+■）=■（■+■） 这里我们取入射光波长为600nm，凸透镜的半径为100mm，通过编程运算我们得到牛顿环干涉图样和干涉强度分布图（如图1所示）。

>> l=600*1e-6; >> r=100; >> NCLevels=256; >> x=-1：1/1000：1; >> y=x;

>> [X，Y]=meshgrid（x，y）;

>> i=4*cos（（pi*（X.^2+Y.^2）/r+l/2）/l）.^2; >> colormap（gray（NCLevels））; >> ir=256-i*NCLevels; >> subplot（1，2，1）; >> image（x，y，ir）; >> title（'牛顿环图'）;

>> subplot（1，2，2）;

>> plot（x，ir（：，500）/256）; >> title（'中央行光强分布图'）; 图1 干涉图样和干涉强度分布

由Matlab软件得到了牛顿环的干涉图样和光强分布，说明等厚干涉是一组明暗相间的同心圆环，由于存在半波损失，所以中央为暗纹，厚度相同的为同一级干涉条纹，并且由里向外条纹逐渐变密，越靠近中央条纹越稀疏。这样学生很容易理解等厚干涉的理论知识，形象直观，轻松的就掌握了等厚干涉的基本理论，并进一步理解了半波损失的感念。 3.总结

实际教学效果表明，学生对这一新思维方式很感兴趣，学习积极性很高，很好的理解了光的相干叠加性，很好的掌握了理论基础知识，可见将Matlab仿真模拟引入大学物理的光学教学中，对提高教学的有效性是有利而无害的。