仿真物理實(shí)驗(yàn)室軟件的光學(xué)模塊提供了角形玻璃磚、棱 境、理想凸透鏡、方型玻璃磚、三理想凹透鏡、凸面鏡、凹面鏡、光線、平行光線組、復(fù)色光線 等實(shí)驗(yàn)器件。仿真物理實(shí)驗(yàn)室光學(xué)模塊是學(xué)生學(xué)習(xí)與探究奇妙光學(xué)世界的優(yōu)秀 工具，也是教師進(jìn)行光學(xué)課程教學(xué)的優(yōu)秀工具。用戶可以在任意組合的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，搭建自己的實(shí)驗(yàn)。例如平面鏡的反射實(shí)驗(yàn)，介質(zhì)的折射實(shí)驗(yàn)，介質(zhì)的全反射實(shí)驗(yàn)，凸透鏡的會(huì)聚實(shí)驗(yàn)等等?！胺?真物理實(shí)驗(yàn)室——光學(xué)” 模塊不但能夠進(jìn)行仿真，還可以為用戶演示整個(gè)物理過(guò) 程的詳細(xì)情況。 

1. 光學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)例

我們來(lái)做一個(gè)簡(jiǎn)單的光學(xué)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們將學(xué)習(xí)“仿真 物理實(shí)驗(yàn)室——光學(xué)”模塊的基本使用方法。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們用一個(gè) 白色的復(fù)色光線射向一個(gè)三棱鏡，由于三棱鏡對(duì)光線的色散作用，白色的 光線被色散成了七色的彩色光線。 點(diǎn)擊工具欄上的“新建”快捷按鈕，新建一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。點(diǎn)擊器件箱中的“復(fù)合光源”對(duì)象，然后在實(shí)驗(yàn)區(qū)中需要放置復(fù)

合光源的地方按下鼠標(biāo)，并移動(dòng)鼠標(biāo)拖出一條復(fù)合光源。再點(diǎn)擊器件箱中的“三角介質(zhì)”對(duì)象（三棱鏡） 然后在實(shí)驗(yàn)區(qū)中 ，需要放置三棱鏡的地方按下鼠標(biāo)，并移動(dòng)鼠標(biāo)，創(chuàng)建一個(gè)三棱鏡。點(diǎn)擊工具欄上的“運(yùn)行”按鈕，我們看到，白色的復(fù)色光線，經(jīng)過(guò)三棱鏡的色散，折射成了七色的彩光。

在實(shí)驗(yàn)區(qū)中，軟件不僅繪制出了光路，而且還繪制出了一些輔助線：延長(zhǎng)線和法線。我們可以通過(guò)設(shè)置，讓軟件不繪制輔助線，點(diǎn)擊菜 單[編輯]——[系統(tǒng)設(shè)置選項(xiàng)，在彈出的對(duì)話框中，設(shè)置不繪制法線和反向延長(zhǎng)線，然后點(diǎn)擊確定按鈕。

通過(guò)上面的實(shí)驗(yàn)，我們學(xué)習(xí)了用“仿真物理實(shí)驗(yàn)室——光學(xué)”模塊 進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的基本方法，下面我們?cè)敿?xì)介紹軟件中的各種光學(xué)器件和它們的通途。

1 方形介質(zhì)、三角介質(zhì)

“仿真物理實(shí)驗(yàn)室--光學(xué)”模塊為用戶提供了方形介質(zhì)和三角形 介質(zhì)（三棱鏡）兩種常用的介質(zhì)。介質(zhì)可以是真實(shí)世界中的水、玻璃等透 明的物質(zhì)。用戶可以為介質(zhì)設(shè)置折射率，折射率通常是大于 1 的實(shí)數(shù)。下 圖為折射率分別為 1.3 和 2.0 的介質(zhì)對(duì)相同入射光線的折射效果。方形介質(zhì)和三角形介質(zhì)也可以用于全反射的光學(xué)實(shí)驗(yàn)。

2 復(fù)合光源

“復(fù)合光源”就是真實(shí)世界中的白色光線。白色光線實(shí)際上是有多 種頻率的光線疊加后形成的。白色光線在經(jīng)過(guò)折射時(shí)，由于其中不同頻率 的光線相對(duì)于介質(zhì)具有不同的折射率，因此折射光線的角度不同，白色的復(fù)合光就被色散為彩色光線了。在前面的例子中，我們就用三棱鏡對(duì)“復(fù) 合光源”射出的白光進(jìn)行了色散。

3 真實(shí)凸透鏡、真實(shí)凹透鏡

真實(shí)凸透鏡和真實(shí)凹透鏡，是一面平直、另一面為圓弧的玻璃磚。 角度為 180 度的真實(shí)凸透鏡就是半圓形的玻璃磚， 是研究光線的全反射實(shí) 驗(yàn)中常用的器件。

4 光導(dǎo)纖維

“光導(dǎo)纖維”對(duì)象，用于模擬光線在光導(dǎo)纖維中的全反射。

5 平面鏡

平面鏡是最簡(jiǎn)單的光學(xué)器件，它可以反射光線；物體可以在平面鏡 中成正立等大的虛像。下圖為物體在平面鏡中成像的光路圖。

阿波羅登月飛船，登陸月球后，宇航員在月球表面放置了由三片相 互垂直的平面鏡組成的反射系統(tǒng)。有了這個(gè)反射系統(tǒng)，我們可以在地球上 準(zhǔn)確的測(cè)量地球到月球的距離。測(cè)量時(shí)，從地球?qū)?zhǔn)反射系統(tǒng)射出激光， 反射系統(tǒng)能讓射來(lái)的光線平行的反射回去，地球接收到反射回的光線，并 測(cè)量射出光線和反射光線的時(shí)間差，就能計(jì)算得到地球與月球的距離。

6 理想凸透鏡、理想凹透鏡

“仿真物理實(shí)驗(yàn)室——光學(xué)”模塊，提供了理想化的凸透鏡和凹透 鏡，它們的折射能力是被理想化的，例如：理想的凸透鏡可以把平行于主 軸的光線準(zhǔn)確的匯聚到焦點(diǎn)上，而真實(shí)的單片凸透鏡只能把同樣的光線近 似的匯聚到焦點(diǎn)上。在光學(xué)的教學(xué)中，通常假設(shè)凸透鏡和凹透鏡是理想化 的。下圖為理想凸透鏡對(duì)平行光線的匯聚作用。

下面，我們?cè)賮?lái)做一個(gè)凸透鏡成像的實(shí)驗(yàn)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們需要用到一個(gè)“理想凸透鏡”和一個(gè)“物體”對(duì)象。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊器件箱中的“理想凸透鏡”按鈕 ，然后在實(shí)驗(yàn)區(qū)中按

下鼠標(biāo)左鍵，并移動(dòng)鼠標(biāo)，創(chuàng)建一個(gè)理想凸透鏡在實(shí)驗(yàn)區(qū)中。 ?用鼠標(biāo)點(diǎn)擊器件箱中的“物體”對(duì)象，用同樣的方法把“物體”對(duì) 象創(chuàng)建在實(shí)驗(yàn)區(qū)中。

點(diǎn)擊工具欄上的“運(yùn)行”按鈕，軟件即能繪制出光路。當(dāng)物體在理 想凸透鏡兩倍焦距外時(shí)，在凸透鏡的另一邊，形成一個(gè)倒立、縮小 的實(shí)像，如下圖所示。

當(dāng)物體在凸透鏡的一倍焦距內(nèi)時(shí)，在凸透鏡的同側(cè)，可以形成正立、放大的虛像。如下圖所示，軟件用灰色表示虛像。

7 凸面鏡、凹面鏡

凸面鏡和凹面鏡是生活中常用的光學(xué)器件，汽車的前大燈就采用的 是凹面鏡的設(shè)計(jì)，燈泡發(fā)射的光線經(jīng)過(guò)凹面鏡的反射，平行的射向遠(yuǎn)方。 汽車的倒車鏡就是凸面鏡，凸面鏡可以增加反射面積，增加視野。下圖為 用“仿真物理實(shí)驗(yàn)室——光學(xué)”模塊模擬的汽車大燈原理圖。

8 不規(guī)則物體

“不規(guī)則物體”對(duì)象，用于展示漫反射的發(fā)生。

9 成像系統(tǒng)

“仿真物理實(shí)驗(yàn)室——光學(xué)”模塊，為用戶提供了凸透鏡的成像系統(tǒng)。用戶可以使用成像系統(tǒng)，十分方便而直觀的研究蠟燭經(jīng)凸透鏡在屏幕 上成實(shí)像的情況。在成像系統(tǒng)中， 物體、 凸透鏡和屏幕的位置都可以調(diào)節(jié)。

10、平行光源

平行光源是一組平行的光線，光線的數(shù)量和間距可以通過(guò)設(shè)置平行 光線的屬性進(jìn)行修改。用鼠標(biāo)先點(diǎn)擊器件箱中的平行光源按鈕，然后在實(shí)驗(yàn)區(qū)中，按下鼠標(biāo)左鍵并移動(dòng)鼠標(biāo)，最后松開(kāi)鼠標(biāo)左鍵，平行光線對(duì)象就 被創(chuàng)建在實(shí)驗(yàn)區(qū)中了。創(chuàng)建出的平行光線，默認(rèn)為一條。雙擊實(shí)驗(yàn)區(qū)中的此對(duì)象；或用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)區(qū)中的此對(duì)象，在彈出的菜單中，“屬 點(diǎn)擊 性”菜單項(xiàng)，即可彈出“光源屬性”對(duì)話框。

在“光源屬性”對(duì)話框中，可以對(duì)平行光線的各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 X1,Y1 是光源光線的起點(diǎn)坐標(biāo)，X2,Y2 是光源光線箭頭的坐標(biāo)。用戶還可 以修改光源的顏色、平行光線的條數(shù)、光線間距等參數(shù)。 需要特別說(shuō)明的是“折射率倍”參數(shù)。該參數(shù)在光線被折射時(shí)用于 計(jì)算光線對(duì)于介質(zhì)的折射率，實(shí)際折射率＝介質(zhì)的折射率*折射率倍。 “折 射率倍”參數(shù)的默認(rèn)值為 1。我們可以通過(guò)“折射率倍”參數(shù)為不同顏色 的光線設(shè)置不同的折射率倍數(shù)。平行光源對(duì)象，可以展現(xiàn)為一條光線，也可以展現(xiàn)為多條平行光線。

11 圖片對(duì)象

在“仿真物理實(shí)驗(yàn)室--光學(xué)”模塊中，可以插入圖片對(duì)象。先點(diǎn) 擊器件箱中的圖片對(duì)象按鈕，然后在實(shí)驗(yàn)區(qū)中用鼠標(biāo)框選出放置圖片的位 置。軟件會(huì)在實(shí)驗(yàn)區(qū)中顯示一個(gè)圖片框。

雙擊圖片框，彈出“圖片設(shè)置”對(duì)話框。在此對(duì)話框中，選擇圖片 的路徑，然后點(diǎn)擊確定按鈕，就能把圖片創(chuàng)建在實(shí)驗(yàn)區(qū)中了。

12 點(diǎn)光源

“點(diǎn)光源”對(duì)象，包括一個(gè)點(diǎn)和從這個(gè)點(diǎn)射出的三條光線。下圖為 點(diǎn)光源在平面鏡中的成像光路圖。

13 物體

“物體”對(duì)象，是由兩個(gè)點(diǎn)光源組成的，在前面介紹理想凸透鏡和 平面鏡對(duì)象時(shí)，我們已經(jīng)使用到了物體對(duì)象。從物體對(duì)象 A、B 端點(diǎn)射出 的光線角度均可以調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時(shí)用鼠標(biāo)點(diǎn)中表示光線的箭頭處，然后移動(dòng) 鼠標(biāo)。

14 量角器

“仿真物理實(shí)驗(yàn)室——光學(xué)”模塊，為用戶提供各種光學(xué)器件，還 為用戶提供了一些常用的輔助器件。點(diǎn)擊器件箱中的“量角器”按鈕，該 對(duì)象就能被創(chuàng)建在實(shí)驗(yàn)區(qū)中。量角器對(duì)象的三個(gè)頂點(diǎn)，可以用鼠標(biāo)拖動(dòng)；“量角器”對(duì)象同是還顯示出度量的角度值。

15 注釋

“注釋”對(duì)象，用于在實(shí)驗(yàn)區(qū)中添加文字注解和文字標(biāo)簽。注釋對(duì)象的創(chuàng)建方式和圖片對(duì)象的創(chuàng)建方式類似。雙擊創(chuàng)建在實(shí)驗(yàn)區(qū)中的注釋框，可以彈出“注釋屬性”對(duì)話框。在對(duì)話框中，可以輸入注釋文字，并設(shè)置字體。注釋對(duì)象可以選擇是否有邊框，是否顯示背景顏色。

16 普通線

用“普通線”對(duì)象，可以在實(shí)驗(yàn)區(qū)中繪制直線。用戶可以通過(guò)修改 “普通線”對(duì)象的屬性，設(shè)置線的顏色、虛實(shí)。 

17 直尺

“直尺”對(duì)象可以測(cè)量實(shí)驗(yàn)區(qū)中的各種長(zhǎng)度。