中学光学实验仿真系统的设计与实现开题报告

1. 研究目的与意义

光学作为物理学的一个重要分支,一直是中学物理的重难点内容之一。

传统的光学实验对实验环境有较高的要求,且很多实验现象不够直观。

因此,教师在讲课时难以形象而生动的把光学实验内容呈现在课堂上。

2. 研究内容和预期目标

一、研究内容

1.物理模型在计算机上的实现

物理是实验需要物理模型来实现，通过计算机作图，构出想要的模型

3. 国内外研究现状

光学仿真实验在国外的研究更加瞩目，大部分光学仿真实验是基于MATLAB实现的。MATLAB制作的光学仿真软件更为专业。MATLAB是由美国MATHWORKES公司于1982年推出的一套高性能的数值分析中较强的应用软件，具有强大的数值计算、数据可视化与编程、仿真和图形处理等功能。 MATLAB在光学实验中应用的研究内容十分广泛，在光学等普通物理实验教学中，MATLAB的应用可以有三种方式：一是以MATLAB为问题求解工具。引导学生运用其进行数据处理、系统仿真等工作。二是以MATLAB为实验演示平台。比如本文实例中基于MATLAB的两类衍射等光学现象模拟。三是以MATLAB为素材创作软件。其便捷的图形功能，不仅可以将计算结果或外部文件数据以二维、三维图形呈现，而且提供了方便的图形导出功能，其图形可以jpg、TIF等多种格式导出，作为CAI课件的素材。 MATLAB语言描述光学波前的优越性主要体现在两个方面：一是MATLAB语言可以方便地确定光学平面，特别是同轴平面，并能方便地描述光学平面所满足的函数关系；二是MATLAB语言具有强大的绘图功能，可以方便地显示各种光学场的计算结果。 在光学领域，基于MATLAB的仿真技术正发挥着愈来愈重要的作用。特别是在光学教学过程中，对光学现象的理解离不开光学实验。采用MATLAB编程对其进行仿真设计，可以得到满足各种条件的光学实验结果的图像，有助于学生更好的理解和掌握光学原理和现象。在国内，光学仿真实验发展比较迟缓，大多数的光学课间是通过MATLAB仿真而来，应用于教学。

4. 计划与进度安排

2022.11 了解中学物理的基本知识

2022.12-2022.1 在c#上熟练基本的编程技巧

2022.2-2022.3在平台上实现一些简单的物理模型

5. 参考文献

[1]刘伟.光学干涉光谱的计算机仿真[J].光谱实验室,2012(01)[2]张杰.光学实验的计算机仿真[J].光谱实验室,2012(04)[3]师青梅.常宇 Matlab仿真技术在大学物理光学实验教学中的应用[J].中国电力教育,2012(15)[4]龙志超,杨晓莉,陈长海.基于GUI的可视化光学实验的仿真[J] .湖北民族学院学报（自然科学版),2013(2)[5]胡昌奎,杨应平,赵盾.光学实验计算机仿真平台的构建[J] .大学物理实验,2011(01)[6]翁嘉文,杨初平,曾应新.光学仿真实验在C#上的开发[M].西安科技大学出版社，2012[7]付恋恋,蒋记望,陈芳芳,钱淑珍,吴平辉.Matlab GUI在光学实验仿真中的应用[J].电脑开发与应用,2011(10)[8]赵盾.光学实验计算机仿真平台的构建[D].武汉理工大学,2012