爱物理 | 初高中物理抽象仿真工具
商务合作

光学仿真

      爱物理光学仿真环境的网页地址为:http://iwuli.cn/light。

      使用该仿真环境,能够仿真初高中光学中涉及到的诸多光学模型。 包括:1. 镜面反射;2. 透镜模型;3. 介质的反射、折射、全反射。仿真模拟。

镜面反射仿真

      镜面反射会涉及到激光笔、直线反射面、圆弧反射面三个元器件。

      我们通过点击左侧菜单栏的直线反射面按钮,然后鼠标在画布内点击起点和终点,绘制一段具备反射能力的直线镜面;

      然后,我们点击左侧菜单栏的激光笔按钮,然后鼠标在画布内选择激光笔放置的位置,单击放置激光笔,然后在右侧属性面板通过旋转按钮,改变激光笔的朝向。

      至此,我们可以在画布中看到激光笔发出的光线,经过镜面反射的实时光路图。

透镜仿真

      透镜仿真会涉及到光源(蜡烛、激光笔)、透镜(凸透镜、凹透镜)两类元器件。

      点击左侧菜单栏的凸透镜按钮,然后在画布中选择放置位置单击放置;

      在左侧菜单栏,选择蜡烛或者激光笔,然后在画布之中在透镜光轴线附近选择位置进行放置;

      此时,画布中能够实时看到透镜的光路图。

介质仿真 - 折射

      光线经过介质会出现反射、折射等现象,光线在从高折射率介质射向低折射率介质时,超过临界角,设置会出现全反射现象,光学仿真系统都能仿真。

      在左侧菜单栏,可以选择矩形区域按钮,通过在画布中点击两个点,快速绘制一个矩形的介质区域;

也可以通过自由绘制按钮,通过连续绘制折线段,绘制出封闭的多边形介质区域;

      有了介质区域,我们需要向区域中放置填充介质。在左侧菜单栏,找到填充介质区域,

我们可以通过选择蒸馏水、油快速添加指定折射率的介质,也可以点击普通介质按钮,添加自定义折射率的介质。

      在左侧菜单栏,找到激光笔按钮,添加激光笔,并在属性面板调整朝向对准介质区域即可。

      此时,可以实时看到光线经过介质的光路图。

介质仿真 - 反射

      要获取激光在介质表面的反射图,我们直接在右侧的常驻属性面板开启介质反射选项即可。实施效果如下:

介质仿真 - 全反射

      光线从高折射率的介质区域射向低折射率的介质区域时,如果入射角大于临界角度,则会出现全反射现象。其中临界角的计算公式为:sinC = 1 / n。其中C为临界角,n为折射率。

      我们可以通过以下步骤。模拟光纤的全反射原理。

      在左侧菜单栏,选择矩形区域,绘制内部高介质区域。

      在左侧菜单栏,选择矩形区域,在步骤一添加的介质区域两侧,绘制平行的介质区域。

      在步骤一绘制的介质区域添加油、在步骤二绘制的介质区域添加水。

      在左侧菜单栏,选择激光笔,并使激光笔朝向内部的油区域发射。

      此时,我们可以在画布中实时看到如下画面。

综合仿真

      除了上述特定模型的仿真外,我们也可以自由组合光学元器件,打造复杂的光路图。

教程