光干涉实验的计算机模拟.pdfVIP

第 24卷第 2期 I呵 方学院学球 (自然科学版) Vo1．24No．2 2008年 4月 JournalofHebeiNorthUniversity (NaturalScienceEdition) Apr．2008 光干涉实验的计算机模拟 冯翠菊，张晓燕 (华北科技学院基础部，北京 燕郊 101601) 摘要 ：计算机模拟在当前的科学研究中是一个很重要 的研究手段．普通物理的干涉实验主要是验证光的波 动性，我们利用干涉实验中光子运动的随机性特点，采用Monte-Carlo方法模拟了典型的光干涉实验——杨 氏 双缝和牛顿环干涉，模拟的干涉结果图样细致、形象逼真．同时，能够体现出光的粒子性，从而有助于加深学 生对光 的波粒二象性的理解． 关键词 ：干涉；Monte-Carlo；计算机模拟 中图分类号 ：0439，O411．3 文献标识码 ：A 文章编号：1673—1492 (2008)02—0013—03 ComputerSimulationofLightInterferenceExperiment FENGCui—ju，ZHANGXiao—yan (DepartmentofBasicCourses，NorthChinaInsistitueofScienceandTechnology，Ya~iao101601，Beijing,China) Abstract：Computersimulationisavery importantmeansin presentscientificresearch．Theexperi— mentoflightinterferenceismainlytoverifythewavecharacterinUniversityPhysics． Inthispaper，the typicallightinterferenceexperimentsofYongsdoubleslitandNewtonringhavebeensimulatedusingthe methodofM onte-Carlobasedontherandom natureofphoton．Theinterferencepatternsareexquisiteand lifelike．Itappearstheparticlepropertiesoflight．Soitcandeepenstudentsunderstandingofwave—parti— cleparallelism． Keywords：interference；M onte—Carlo；computersimulation 1 引 言 计算机在大学物理中的应用 已经深入到教学 中的许多环节[1]，计算机模拟相应的也就成为了实验和 理论的有力补充[5]，成为继实验研究和理论分析之外的第三种研究方法．计算机数值方法可 以使一些高 深的、抽象的物理概念变得深入浅出，使学生更加生动形象地理解 ，因此已经融入到现代普通物理的教材 中．计算机不仅可实现数值计算 ，而且利用计算机模拟可以设定实验难 以实现的极端条件，模拟一定条件 下的实验过程 ，以突出考察感兴趣的因素 ，从而获得与实验研究相同或相近的效果． Monte—Carlo方法以抽样理论和随机数产生为基础 ，是一种随机性方法口]，其理论基础就是根据待求 问题的变化规律，或物理现象本身的统计规律，人为构造 出一个合适的概率模型，依照该模型进行大量的 统计实验 ，使它的某些参量正好是待求问题的解．Monte-Carlo方法成为计算物理中最重要的模拟方法之 一 ， 在干涉实验中，粒子的运动本身就具有随机性，对于求解问题本身就具有概率和统计性的情况，可以 用直接模拟法 ，该方法是按照实际问题所遵循 的概率统计规律 ，用计算机做直接的抽样实验进行直接模 拟 ，充分体现出Monte-Carlo方法无可比拟的特殊性和优越性．本文采用了Monte—Carlo方法 ，模拟了杨 氏双缝干涉实验和牛顿环实验． 收稿 日期