翻轉課堂、MOOCs以其全新的教育思想觀念、 新型的教與學方式和教學模式,受到全球教育界的 熱烈追捧,基于Flash,LabVIEW,Unity3D等平臺, 開發虛擬仿真實驗項目成為研發的熱點 .常 規 的牛頓環實體實驗,受實驗相干參數多、干涉條紋變 化不明顯、不易觀察等影響,致使操作中難以直觀、 充分展示實驗的全部特征,特別是不能呈現光的粒 子性;另外,受時空制約,學生無法進行針對性的實 驗預習、重點重復操作和復習,直接影響了實驗的操 作學習效果 . 本文依據光的干涉理論,基于LabVIEW 語言, 設計虛擬儀器的前面板和后面板程序,開發了牛頓 環虛擬實驗平臺,學生如同使用真實儀器一樣,可動 態直觀地觀察分析各輸入參量的變化對干涉圖案的 影響,且可彌補真實實驗操作內容的一些不足.
在一塊光平的玻璃板上,放一曲率半徑 R 很大 的平凸透鏡,當平行光束垂直射向平凸透鏡時,在透 鏡表面可以觀察到以接觸點為中心的同心圓,稱為 牛頓環,它是一種由“環狀劈尖”形成的等厚干涉現象。由此可知,合光強與介質的折射率n,平凸透鏡 的曲率半徑R,入射光的波長λ,透鏡頂點與平面玻 璃間的距離e,某 一 級 干 涉 條 紋 的 半 徑r等 直 接 關 聯,基于此確定了基于 LabVIEW 牛頓環虛擬實驗 自教學平臺的設計流程框圖。
基于LabVIEW 牛頓環虛擬實驗平臺的設計目 的是對經典物理現象“牛頓環”的虛擬仿真再現,包括 用連續線和離散點對牛頓環的干涉條紋進行了直觀 展示,分為虛擬儀器的前面板和后面板程序設計。主界面右半部分為實驗理論介紹部分,前面板 首先采用對 Vi所在的當前路徑拆分兩次作為基路 徑以及通過對相對路徑的引用實現主界面圖片信息 路徑的引入,路徑信息引入后,采用順序結構,首先將圖片引 入圖片路徑,然后通過對屬性節點的引用將圖片變 換,最終將圖片進行繪制.實驗平臺的前面板右半部分下 方是“折射 率、半 徑、頂 點、波 長、圖 形 寬 度、光 點 個 數”和“連續線/離散點”7個不同形式的參數輸入 “旋鈕”和“滑桿”控件;右半部分上方是牛頓環形成 圖案的3個模擬“輸出窗口”,即光強輸出采用“波形 圖/強度圖/三維曲面圖”控件,來顯示牛頓環圖像,在某一y處x 方向的曲線圖、二維等高圖和三維曲 面圖分布. 后面板利用兩層“for循環”進行嵌套,當輸入參 量變化時,利用每層循環內嵌入的公式節點內編寫 的函數關系,組合產生一個一維數組,將產生的“數 組”及“數組2”兩個一維數組通過“替換數組子集” 控件鏈接成一個二維數組即得到的模擬光強數(I) 數據暫存。