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物理学论文作文 物理学论文题目参考文案：
心脏起搏器与物理
曹俊杰、谷旸、梅庆男、顾利虎、叶少华、毕明光、程小龙
二临，临床3班
摘要：心脏起搏器(cardiacpacemaker)，就是一个人为的“司令部”，它能替代心脏的起搏点，使心脏有节律地跳动起来。心脏起搏器是由电池和电路组成的脉冲发生器，能定时发放一定频率的脉冲电流，通过起搏电极导线传输到心房或心室肌，使局部的心肌细胞受到刺激而兴奋，兴奋通过细胞间的传导扩散传布，导致整个心房和（或）心室的收缩。心脏的电信号使它跳动。当运行时，心脏跳动加速；当睡眠时，心脏跳动减慢。如果心电系统异常，心脏跳得很慢，甚至可能完全停止。人工心脏起膊器发出有规律的电脉冲，能使心脏保持跳动。（1）关键词：心脏，起搏器，脉冲，电流
心脏起搏原理及应用
1.原理
心肌对任何形式的电流刺激都可以产生收缩反应,这是人工心脏起搏的生理基础。通过起搏器发放一个短时限(0.5～1.5ms)、低强度(5V)的脉冲电流,经导线和电极传递到达心肌,刺激心肌而使其产生兴奋,传导和收缩,完成一次有效的心脏跳动,其有效的刺激使心脏按一定的起搏频率搏动,它犹如一个人工的异位兴奋灶。若心肌已无兴奋、传导和收缩功能,电刺激则不能激起电极周围的心肌兴奋,即使局部心肌能兴奋,但不能扩散传播,亦不能引起心脏整体的有效收缩。
当病人自身的心率慢于所设定的起搏器频率时,起搏器发放阈上脉冲刺激,引起心脏搏动而维持稳定的心率;当病人出现心动过速时,起搏器按设定形式,发放高于心动过速频率的阈上脉冲刺激,该脉冲刺激一旦夺获心肌,导致原心动过速兴奋灶的输出阻滞;或者发放适当的1个、2个或一串期前刺激打断心动过速的折返途径,从而终止心动过速的发作。
起搏基本参数主要有起搏阈值(0.5～1.5V)、起搏频率(60～100次\/min)、最高极限频率(120～150次\/min)、脉冲宽度(0.5～0.3ms)、感知灵敏度(临床要求愈小愈好)、反拗期(300～350ms)及去颤保护(400W·s)等。
2应用
埋藏于体内的起搏器为埋藏式起搏器,作为永久性心脏起搏,用于慢性或间歇发作的严重缓慢性心律失常如心脏传导阻滞、病态窦房结综合征等;放在体外的起搏器为体外起搏器,用于临时性起搏,如永久性起搏器植入的过渡或心脏骤停的抢救等等。（2）
3心脏起搏器电源与电极
1脉冲发生器的电源,在体外起搏器可随时更换,一般无严格要求。而对于埋藏式起搏器,要求其电源能量密度高、自放电小、高可靠性和使用寿命长等优点。目前有以下几种。
1)镉-镍电池。通过高频振荡器和功率放大器可在体外充电。体外的初级线圈放在皮下埋置的次级线圈的皮肤表面上,这时体内线圈可从体外线圈感应出电压。经过整流、滤波变为直流电。在体外可进行万次以上充电。
2)核素电池和“生物燃料”电池。一般采用具有高能、长半衰期的核燃料。其寿命为目前起搏器电池中最长的一种,预计可达20年,被誉为终身能源,对青年较适合。但其价格昂贵及射线防护等问题,在许多国家禁用;生物能源是利用人体血液中的葡萄糖氧化或电磁转换等生理活动将化学能或机械能转换为电能。但目前仍在试验阶段。
3)锂-碘电池及锂系列电池。锂电池具有高能量、寿命长、密封好不产生气体和漏液,尤为重要的是还有电池耗竭早期预报功能。锂-亚硫酰氯电池已成为埋藏式起搏器较理想的能源。
2电极和导线。这两者是人体心脏与起搏器联系的重要部件,是起搏器发放脉冲到心脏,心脏的R波或P波信号传送至起搏器感知放大器的通道。临床研究证明电极的形状、材料、面积等都可改变起搏阈值。因此,要求电极形状合理、材料物理性能和生物相容性好,而且电极面积应适当减小。
3电极类型。按安置位置及用途分为心内膜电极、心外膜电极和电肌电极;心内膜电极分为双极电极和单极电极两种。双极电极的两个电极分别为起搏器的正负极。单极电极仅有一个电极接触心脏,作为负极,而起搏器金属外壳作为另一极,一般称为无关电极。心内膜电极由于安装简便,临床使用约占90%以上。
4电极结构和形状。由于其重要的作用,对其物理化学性能要求极高。导线电极大多用硅橡胶做外套,用Elgiloy合金、镍合金或铂铱合金等材料作导体和电极头电极的形状有勾头、盘状、柱状、环状、螺旋状、伞状等。（3）
脉冲发生
定义
脉冲发生器是用来发生信号的系统，产生所需参数的电测试信号仪器。按其信号波形分为四大类。
分类：
按其信号波形分为四大类：
①正弦信号发生器。主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。按其不同性能和用途还可细分为低频（20赫至10兆赫）信号发生器、高频（100千赫至300兆赫）信号发生器、微波信号发生器、扫频和程控信号发生器、频率合成式信号发生器等。
②函数（波形）信号发生器。能产生某些特定的周期性时间函数波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等）信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫。除供通信、仪表和自动控制系统测试用外，还广泛用于其他非电测量领域。
③脉冲信号发生器。能产生宽度、幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器，可用以测试线性系统的瞬态响应，或用作模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能。
④随机信号发生器。通常又分为噪声信号发生器和伪随机信号发生器两类。噪声信号发生器主要用途为：在待测系统中引入一个随机信号，以模拟实际工作条件中的噪声而测定系统性能；外加一个已知噪声信号与系统内部噪声比较以测定噪声系数；用随机信号代替正弦或脉冲信号，以测定系统动态特性等。当用噪声信号进行相关函数测量时，若平均测量时间不够长，会出现统计性误差，可用伪随机信号来解决。（4）
4脉冲发生器电路
脉冲发生器的原理图示于图4，由充电回路和放电回路组成。充电电源v是逆变谐振高压电源，通过充电电阻R向开路的高压电缆进行脉冲充电高阻值的取样电阻尺．对高压电缆的电压进行取样，并送至稳压控制电路控制电路通过控制充电脉冲的个数来控制电缆的充电电压，直至到达设定的电压值。在，=0时，触发电路工作，闸流管K(EEvCX1174)作为理想开关导通。这时，传输线通过闸流管、冲击磁铁『k和匹配电阻R．．放电。冲击磁铁是一对电流板，可视为一电感，并可通过TDR(TimeDomainReflectometry)系统测出电感值l7J。此外，线路的自感也须予以考虑受高压充电电源的限制，为到达一定幅度的放电电流，用4根高压脉冲电缆并联，以降低回路阻抗，增大电流的幅度。由TDR系统测出传输线的长度约为45ns。冲击磁铁和整个系统的连接线较短，且采用同轴结构，分布电感较小。高压充电电源最大可使脉冲电缆被充电至24kV，放电回路总电感为0．1～0．5H，利用PSpice模拟冲击磁铁上的放电电流(图5)。电感的存在使放电回路的电流不能突变，电流按指数变化。从图3所示的等效原理图可解出放电电流为：
当回路中的电感值增大时，放电波形的上升下降沿变得非常缓慢，必须采取相应措施以
降低电感量。图5显示了回路中不同电感量对放电波形的影响
（5）（5）（5））（5）
5起搏器无线充电系统
5.1功能需求分析
目前为止，将无线充电技术应用于心脏起搏器还处于方案设计和样机试制阶段，根据相关的医疗仪器标准，本文介绍的应用于心脏起搏器的无线充电设备应具备以下功能需求：
（1）植入体内的接收端部分的体积力求尽可能小，以避免造成病人的不便。因此，最好采用贴片元器件和集成电路芯片，部分元器件的使用也需要考虑到相关医疗标准。
（2）工作电压采用12~15V直流电，减小病人由于设备漏电而可能受到高电压伤害的可能。
（3）设备工作温度尽量低以防造成病人的不适，因此在组建放大电路时，要考虑三极管等元器件的工作温度，或者采用集成电路来代替散热大的元器件。
（4）设备可以在5cm以内稳定供电，以发射端工作时可以不接触到皮肤为最佳。
（5）为了确保病人的安全，在可能的情况下设计了电压和电流保护电路，确保万无一失。
（6）电路中采用漏电保护和抗干扰设计措施。
5.2实现方案
实现无线充电主要通过三种方式，即电磁感应、无线电波以及共振作用。本文采用的是电磁感应方式，整个设备的工作原理是通过初级和次级线圈感应产生电流，将能量从传输端转移到接收端。这样选择技术方案的优点是制造成本较低，结构简单，技术可靠。电磁感应的能量传输原理并不复杂，本质上就是电能和磁能随着电场与磁场的周期性变化，以电磁波的形式向空间传播。如果需要产生电磁波，首先要有电磁振荡，电磁波的频率越高其向空间辐射能量就越大，在通常情况下电磁振荡的频率至少要高于100kHz，才会有足够的电磁辐射且使传输效率至少可以达到50%。因此，如下图所示
在设计中将无线发射端分为三个模块：振荡电路、放大电路和主线圈。接收端也分为三个模块：充电电路、整流电路和副线圈。线圈的匝数和直径等参数主要根据以下公式来计算和选择：
式中，Lm—电感（μH）电感量也称自感系数，是表示电感器产生自感应能力的一个物理量。；N—总匝数；r1—主线圈半径
（mm）；r2—副线圈半径（mm）；L—线圈长度（mm）。
参考资料：
（1）
（2）李广平.实用临床心脏病诊断治疗学[M].北京:中国医药科技出版社,2002.
（3）张锦,张立毅.现代临床医疗仪器原理与应用[M].北京:军事医学科学出版社,2001.
（4）
（5）樊宽军，冯光耀，裴元吉。，王相綦，钟国俭。
(1．中国科学技术大学国家同步辐射宴验室，安徽台肥230029
2华东电子[程研究断，安徽音肥230031
（6）郑晓晨1,2，汪木兰2，1
（1．UniversityofTechnologySydney，新南威尔士悉尼2007；
2．南京工程学院先进数控技术江苏省高校重点建设实验室，江苏南京211167）
物理学论文作文 物理学论文题目参考文案：
电子科技大学
大
学
物
理
论
文
姓名：沈森
学号：20
指导教师：朱钦圣
论文题目：浅谈量子力学
摘要：量子理论是在普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难，引入能量子概念的基础上发展起来的。爱因斯坦提出光量子假说、运用能量子概念使量子理论得到进一步发展。玻尔、德布罗意、薛定谔、玻恩、狄拉克等人为解决量子理论遇到的困难，进行了开创性的工作，先后提出了不确定性原理和互补原理。终于在1925年到1928年形成了完整的量子力学理论，与爱因斯坦的相对论并肩形成现代物理学的两大支柱。
关键词：黑体辐射、普朗克量子假说、光量子理论、玻尔的原子理论
浅谈量子力学
一、量子力学的初步
19世纪末20世纪初，人们认为经典物理发展很完美的时候，一系列经典理论无法解释的现象一个接一个的发现了。经典力学时期物理学所探讨的主要是用比较直接的实验研究就可以接触到的物理现象的定理和理论。牛顿定理和麦克斯韦电磁理论在宏观和慢速的世界中是很好的自然规律。而对于微观世界的物理现象，经典物理学就显得无能为力，很多现象没发解释。这些困难被看做是“晴朗天空的几朵乌云”，正是这几朵乌云引发了物理界的变革。下面简述这几个困难：
⑴黑体辐射
完全黑体在与热辐射达到平衡时，辐射能量密度随频率变化会有一个曲线。韦恩从热力学普遍理论考虑以及分析实验数据的得出一个半经验公式。但是韦恩公式并不是与所有实验数据吻合的很好。在长波波段，韦恩公式与实验有严重偏离。瑞利和金斯根据经典电动力学和统计物理学也得出黑体辐射能量分布公式。他们得出的公式在长波部分与实验结果比较符合，而在短波部分则完全不符。这促使普朗克在韦恩公式和瑞利-金斯的公式之间寻求协调统一，结果得出一个两参数的普朗克公式，此公式不仅与实验符合的最好，而且形式最简单（韦恩公式除外）。
普朗克提出这个公式后，许多实验物理学家立即用它去分析了当时最精确的实验数据，发现符合的非常好。他们认为，这样简单的一个公式与实验如此符合，绝非偶然，在这公式中一定蕴藏着一个非常重要但尚为被人们揭示出的科学原理。
⑵光电效应
直到电子发现后，人们才认识到光电效应是由于紫外线照射，大量电子从金属表面逸出的现象。经过实验研究，发现光电效应呈现下列几个特点：
①对于任何一种金属都有一个确定的临界频率。照射光频率必须大于临界频率时，才能观测到光电子从电极上逸出。
②光电子的能量与照射光的频率有关，而与光强度无关。光强度只影响到光电流的强度即单位时间从金属电极单位面积上逸出的电子的数目。
③当入射光频率大于临界频率时，不管光多微弱，只要光一照上，几乎立刻观测到光电子。
这些都与经典电磁理论是不相符的，经典的电磁理论是无法解释这些特点的。
⑶原子的线状光谱及其规律
人们拥有很多关于光谱的资料，对这些资料进行整理与分析后，发现光谱线波长有一定的规律且原子光谱是呈分离的线状光谱而不是连续分布。这样人们自然会提出疑问：原子的线状光谱产生的机制是什么？这些谱线的波长为什么有这样简单的规律？
⑷原子的稳定性
卢瑟福的原子模型成功的解释粒子的大角度偏转，但它也是不完美的，还存在着一些问题：
关于原子的稳定性问题。由经典电动力学，电子绕核做的是加速运动，电子的能量会越来越少从而电子减速，轨道半径会不断缩小，最后就会掉到原子核上去，并相应发射出一个很宽的连续辐射谱，这与观测到的原子的线状光谱矛盾。此外，卢瑟福模型原子对于外界粒子的碰撞也是很不稳定的。但现实世界表明，众多原子稳定地存在于自然界。
⑸固体与分子的比热问题
在温度很低的时候能量均分定理不使用。
量子理论就是在解决这些生产实践和科学实验同经典物理学的矛盾中逐步建立起来的。
2、早期量子论
量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的。旧量子论包括普朗克的量子假说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子理论。
普朗克的量子假说1900年，普朗克推导出一个关于黑体辐射的公式：。这个公式称为普朗克公式。此后他致力于找出这个公式的真正的物理意义，他根据玻尔兹曼的思想，作了如下假设：黑体是由带电谐振子组成，这些谐振子的能量不能连续变化，只能取一些分立值。谐振子的最小能量为，这个最小能量称为能量子，h称为普朗克常数。谐振子的能量是能量子的整数倍。能量子概念的提出，实在是很震撼人心，它打破了经典物理连续、平滑的概念。人们是很难接受的，连普朗克本人都感到困惑，它会带来革命性的变革。
爱因斯坦的光量子理论普朗克早期量子论文章的知音很少，其中之一就是在伯尔尼专利局工作的一个年轻的专利审查员阿尔伯特·爱因斯坦。爱因斯坦觉得，能量元素的假设是生动，实在的，也令人惊骇，“似乎脚下的地板被拖走了，悬在那里，望哪里都看不见任何能建立它的基础。”此后，爱因斯坦一生都致力于寻找“坚实的基础”。没等从概念上找到令人满意的基础，爱因斯坦便着手继普朗克工作之后，发现再次使量子理论跨出伟大一步的原理了。
爱因斯坦用同普朗克1900年文章类似的风格，简短，聪明，多方面地讨论，发展了光子的概念。熵概念和热力学基本方程再次打开了通向量子王国之门，辐射场熵方程使得场就像是一个包含大量但是有限数目个独立粒子的理想气体，每个辐射量子——按现在的说法就是光子携带着总量由普朗克能量元素给出的能量，其中现在表示辐射频率，如果有N个光子，那么总能量就是。从这一方程，爱因斯坦得出结论，辐射场就像理想气体一样，包含N个独立粒子——光子，每个单独光子的能量为。毫无疑问，爱因斯坦确信这一思辨，但不知道世界上是不是还有人赞成他。这是1905年，普朗克的量子假说仍然还没什么人注意，爱因斯坦却将它用到了光和其他辐射场，跨出了普朗克自己十年之久都不愿意迈出的一步。
爱因斯坦引用的最重要的实验证据就是“光电效应”，即明亮的紫外光照到真空中制备的纯净金属表面会产生电流。爱因斯坦认为，只要认为实验中的照明光就是粒子型光子的集合，光电效应的这种奇特性质就可以理解如下：他假设了光子向金属中电子转移能量的一个简单机制：“根据入射光由大小组成的观点，可以设想光用以下方式发射电子，由于光子穿透金属体的表面层，他们的能量也转换，至少部分地转换成电子的动能。最简单的方式是设想这是一个光子将全部能量释放给一个电子的过程，我们也就假设这就是真实发生的事件。爱因斯坦就是这样利用普朗克的量子假说提出光量子概念从而解决了光电效应问题。
玻尔的原子量子论1911年，英国物理学家卢瑟福提出了一个崭新的原子结构模型：原子内部的大部分空间都是空虚的，它的中心有一个体积小，质量很大，带正电荷的核，带负电的电子则以某种方式运动于核外的空间中。这个原子模型看起来更像一个微型的太阳系，原子核是太阳，电子是围绕太阳运行的行星。
一个新的原子模型建立了，但还不完善，还有许多问题，尤其在电磁理论方面面临着严重的困难。经典的麦克斯韦电磁理论预言，电子绕原子核运动时，由于电荷异性相吸，将会不可避免地相互靠近并释放出辐射能量，最后原子的能量越来越小，电子最终落到原子核上消失。换句话说，卢瑟福描述的原子是不可能稳定存在超过1秒的，以此构成的物质世界根本就不可能存在。
现在，卢瑟福模型需要更好的解释，它在需要一种叫做量子化的理论解释。在卢瑟福原子模型与麦克斯韦电磁理论遭遇到无法调和的矛盾时，年轻的玻尔面临着一次学术信仰的抉择，凭借对科学的远见卓识，玻尔选择了卢瑟福原子模型。
玻尔把普朗克-爱因斯坦的概念创造性的运用来解决原子结构和原子光谱的问题，提出了他的原子的量子论。主要包括两个方面：
⑴原子能够而且只能够稳定地存在于与离散的能量相对应的一系列状态中。这些状态称为定态。因此原子能量的任何改变，只能在两个定态之间以跃迁的方式进行。
⑵原子在两个定态之间跃迁时，吸收或发射的辐射的频率是唯一的。
普朗克的能量量子论，爱因斯坦的光量子论和玻尔的原子量子论，构成我们常说的早期量子论。从历史顺序看这似乎是一脉相承，甚至是顺理成章的，可是事实上他们三人各有独到之处。虽然早期量子论未能完全从经典物理学的观念脱颖而出成为一个完整的理论体系，但是它为量子力学的建立打下了坚实的基础。
三、量子力学的不断发展
量子力学和相对论是构成近代物理学的两大理论支柱。量子力学自20世纪初建立起来随着实践的发展而不断发展，物理学建立了研究物质微观结构的三个分支学科，即原子物理、原子核物理和粒子物理。粒子物理的基本理论，则是量子场论。量子电动力学和量子色动力学都属于量子场论的内容。
量子电动力学是关于电子和光子的理论，而量子色动力学是关于夸克和胶子的理论。在量子电动力学中，电子和正电子通过光子的虚交换而相互作用。在量子色动力学中，夸克和反夸克通过胶子的虚交换而相互作用。
粒子物理的标准模型认为物质的基本组成单元是三代轻子和夸克，其中轻子有电子、子、子、电子中微子、中微子、中微子，夸克有上夸克、下夸克、粲夸克、奇夸克、顶夸克、底夸克。轻子和夸克之间存在四种基本相互作用，即引力（由引力子g传递，目前尚未发现）、电磁相互作用（光子传递）、弱相互作用（由中间玻色子传递）和强相互作用（由胶子G传递）。标准模型理论至今成功地经受了所有实验的检验，取得了很高的成就，但是，该理论涉及参数太多（约19个），至今不能理解这些主观参数的起源。
我们需要注意的是，电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用已经得到统一，称为GrandUnifiedTheories。但是，引力相互作用和这三种相互作用尚未统一起来，目前这种努力还在进行之中。
量子力学的建立大事年表
量子力学的建立大事年表--年份1884189319001902事件巴末尔发现氢光谱的经验公式维恩发现黑体辐射的位移定律瑞利提出古典辐射定律普朗克引进量子假设勒纳德发现光电效应的经验定律年份1905191119131921事件爱因斯坦提出光量子论，解释光电效应，揭示了微观客体的波粒二象性卢瑟福提出有核原子模型波尔提出原子结构理论，用量子跃迁假说解释原子光谱斯特恩和盖拉赫证实原子磁矩的量子化年份1923192519261927事件德布罗意创立物质波理论海森堡创立量子理论（矩阵力学）泡利提出不相容原理薛定谔建立波动力学，并证明与矩阵力学是等价的海森堡提出测不准原理年份192819291931事件狄拉克提出相对论行量子力学，并预言阳电子的存在海森堡和泡利提出相对论性量子场论泡利提出中微子假说
总结心得
在学习量子力学章节时，对其发展史产生了浓厚的兴趣。课本以黑体辐射问题开篇，进而引出普朗克的量子假说→爱因斯坦的光量子论。同时在分析卢瑟福原子结构模型时，结合氢原子光谱，引出玻尔理论（定态假设、轨道量子化假设、跃迁假设），并对氢原子光谱进行补充和解释。在有了16章早期量子论的铺垫后，开始了量子力学的学习。德布罗意波知识的学习引发了我一系列的思考，戴维逊-革末实验让我对德布罗意波有了较为透彻的理解。在量子力学的学习过程中，薛定谔方程的学习尤为地重要。学科基础课-数学物理方程对薛定谔方程进行了详细的讲解，从固有值问题分析薛定谔方程。因有数理方程的铺垫，较快地理解了大学物理中关于薛定谔方程的详述。通过大学物理的学习，让我对量子力学有了一定的了解，为下学期的专业课-量子力学与统计物理做了铺垫。
致谢
朱老师诲人不倦的高尚师德、一丝不苟的作风、严谨求实的态度和渊博的专业知识不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的物理学习方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。在此，谨向朱老师表示崇高的敬意和衷心的感谢。感谢朱老师在繁忙之余给我的无私帮助和细心关怀，最后感谢所有关心我帮助我的同学、家人和朋友！
参考文献
1.《量子力学与原子物理学》，张哲华、刘莲君著，武汉大学出版社，1997年第1版
2.《原子物理学》，杨福家著，高等教育出版社，1999年第3版
物理学论文作文 物理学论文题目参考文案：
白光和单色光干涉、衍射光学实验的Matlab模拟
摘要
光学的几个重要实验都可分为单色光和白光用Matlab模拟，为了使模拟的图样更符合实际，颜色的处理和颜色与光强的结合就成为关键。对于单色光的实验模拟，利用函数imread读取光谱图片，得到各个颜色对应的RGB值，将其与不同颜色光的波长对应起来。用光强公式得出的光强值之后，与RGB三个分量值相乘，实现光强和颜色的结合；对于白光的实验模拟，采用RGB图像红、绿、蓝三原色的思想，光强公式分为三部分，公式中的波长分别使用红绿蓝光的波长，两部分都用image或imshow函数来显示RGB图像。最后，使用Gui综合各个实验，使界面人性化。
关键词
单色光白光杨氏双缝干涉牛顿环干涉迈克尔逊干涉仪(等倾干涉)
圆孔夫琅禾费衍射夫琅禾费单缝衍射
引言
Matlab有着强大的图像处理与数值计算功能,用它模拟光学课程教学中的几个典型实验，不仅可以方便的呈现于实验观察到的图样相符的结果，而且可以摆脱仪器的限制，成本低，方便教学演示。模拟时关键是颜色和光强如何同时呈现的问题，利用真彩色图像的ＲＧＢ理论可以很好的解决单色光和白光的干涉衍射问题。
正文
一、光学原理
1、杨氏双缝干涉
设单缝光阑S到狭缝S1和S2距离相等，光屏离狭缝间距为z，假设S是单色光源，考察屏幕上一点P，从S1和S2发出的光在该点叠加产生合振动的强度为：，若实验装置中S1和S2狭缝宽度相等，有，则。
图一杨氏双缝干涉图二牛顿环干涉
2、牛顿环干涉
牛顿环干涉属于分振幅干涉,是一种通过分振幅获取相干光的的等厚干涉现象。两相干反射光在某点P处叠加，合成光强I=4I0cos2(Δθ\/2),I0表示两反射光的强度，Δθ=2πΔr\/λ，Δr表示自空气间隙上下表面反射光的光程差，Δr=2t+2d+λ\/2。t是透镜底部与平板之间空气层的厚度，d=R-√R2-r2,R是透镜的半径，r是干涉条纹的半径。
３、迈克尔逊干涉仪(等倾干涉)
迈克尔逊干涉仪利用分振幅法产生双光束以实现干涉。通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条纹，也可以产生等倾干涉条纹。对于等倾干涉条纹.根据光波的迭加原理可得出迈克尔逊干涉仪的等倾干涉的光强分布为:
I=I0cos2{2πdcos[arctan(r\/f)]\/λ}，d为由分光板分束,经相互垂直的两平面反射镜反射的二相干光束的光程差的一半,相当于空气平行薄膜的厚度,f为屏幕前透镜的焦距,r2=x2+y2。随着d的增加，干涉环从中心冒出，随着d的减小，干涉环向中心收缩。
图三迈克尔逊干涉仪图四圆孔夫琅禾费衍射
４、圆孔夫琅禾费衍射
夫琅和费衍射，是指衍射屏与接受屏之间的距离均为无限远的场合。
一束平行光自左边入射到圆孔衍射屏上，经中间的透镜后在右边的接受屏上形成衍射条纹。利用菲涅尔-基尔霍夫积分公式得到接受屏上P点的光强I=I0（2J1（x）\/x）2，I0是衍射场中心的强度，J1（x）为一阶贝塞尔函数，x=2πasinθ\/λ，a是圆孔的半径，θ是衍射角。
５、夫琅禾费单缝衍射
光强,其中，，a为单缝的宽度，θ为衍射角，I0=a2,沿不同衍射方向会有不同的光强。
二、RGB图像相关原理
本论文采用RGB图像。RGB图像，即真彩图像，在MATLAB中存储为数据矩阵。数组中的元素定义了图像中的每一个像素的红、绿、蓝颜色值，像素的颜色由保存在像素位置上的红、绿、蓝灰度值的组合确定。任意像素点（r,c）颜色的显示由三数组(r,c,1:3)决定。每一像素的三个颜色值保存在数组的第三维中。
Matlab的RGB数组可以是双精度的浮点类型、8位或16位无符号的整数类型。在RGB的双精度型的数组中，每一种颜色是用0到1之间的数值表示。例如，颜色值为（0,0,0）时为黑色，（1,1,1）对应白色。8位RGB图像的颜色数据是[0255]之间的整数，而不是[01]之间的浮点值，颜色值为（255,255,255）的像素显示为白色。将unit8类型转换为double类型时，首先要除以255。即：RGB64=double（RGB8）\/255。
在Matlab中可以调用image或imshow函数来显示RGB图像。RGB是mn3的矩阵。格式为image（RGB），imshow（RGB）。
在Matlab中用函数imread来读取图像文件，函数调用格式为：A=imread（filename，fmt）。大多数图像用8位或更少位颜色来存储像素点值，当把这些图像数据加载到内存中时，Matlab会根据不同的文件类型保存为不同数据类型。
三、核心代码（单色光）
单色光的各个实验的编程原理相似，不同的只是光强公式，以单色光的杨氏双缝干涉为例。
首先要解决颜色和光波波长一一对应的问题，使用真彩色的RGB理论,使用imread函数读入存在MATLAB默认路径中的光谱图“”，该产生一个三维数组,对应颜色的RGB值。运行后可知该三维数组为264443的，可以理解为三个页面依次保存各像素点的红、绿、蓝颜色值，每页上有26行444列，每个像素点的颜色为这三个值组合而成的。同时，每页上的各行数值相同，因此只需要将每页的第一行提取出来使用。
光谱图(“”)
guangpu1=double(imread(''));
guangpu=[guangpu1(1,:,1);guangpu1(1,:,2);guangpu1(1,:,3)];
接下来就是将提取出的RGB值与波长对应起来，不妨设定光谱图波长范围[380780]，结合round取整实现输入一个波长找出它在数组中的位置的效果，由于8位RGB图像的颜色数据是[0255]之间的整数，而不是[01]之间的浮点值，将其除以255，即可将其转换为[01]之间的浮点值，以利于接下来的画图。
yanse=guangpu(:,round(((lambda1e6-380)\/400444)))\/255;
然后设置屏幕宽度、屏幕到缝的距离的大小，编写有关相位差、光强的计算公式。
ym=1.25;%国际单位，米
y=linspace(-ym,ym,101);
z=1000;
L1=sqrt((y-1).^2+z^2);
L2=sqrt((y+1).^2+z^2);
phi=2pi(L2-L1)\/lambda;
I=4.(cos(phi\/2)).^2;
最后，从yanse中提取出RGB的红、绿、蓝三个分量值，并通过光强I值与RGB分量值的乘积实现光强和颜色的结合。用image或imshow函数画出干涉条纹。
zong(:,:,1)=Iyanse(1);
zong(:,:,2)=Iyanse(2);
zong(:,:,3)=Iyanse(3);
image(zong\/4)
实验模拟的结果在GUI中显示，程序中将所有实验用到的参数统一起来，都呈现在面板上，但同时又设置模拟某个实验时只出现它对应的参数，用不到的参数不显示滑动条，方便用户知道每个实验对应的参数。
GUI使用时，先用滑动条把edittext调出数值，这样才运行处正确的结果。接下来选择实验项目，设置参数，之后再点击一次实验项目，就可出现图样，参数选择得当才可得到漂亮的图样。
结果如下：（1）、杨氏双缝干涉
（2）、牛顿环干涉
（3）、圆孔夫琅禾费衍射
（4）、夫琅禾费单缝衍射
（5）、迈克尔逊干涉仪（等倾干涉）。可以看出随着空气薄膜厚度的增加，条纹从中心冒出。
四、核心代码(白光)
仍以白光杨氏双缝干涉为例。由RGB真彩图理论：白光可以分解为红、绿、蓝三基色，白光的干涉衍射条纹就可简化为红、绿、蓝条纹的叠加，Iw为代入imshow函数总的三维数组，红光的光强Ir作为其第三维的第一个，绿、蓝分别作为第二、三个，得到RGB图像的参数，再用image或imshow函数作图。同时，不同波长代入光强公式，分别作为三维数组的第三维的元素，也就实现了颜色与光强的结合。
首先给定红、绿、蓝光的波长。由等能白光对应三基色波长的情况可以把红、蓝、绿波长分别设为700nm、546.1nm、435.8nm。
lr=700e-6;%国际单位，米
lg=546.1e-6;
lb=435.8e-6;
接着给出参数及公式，光强公式分为三部分，公式中的波长分别使用红、绿、蓝光的波长，用一个零矩阵Iw储存三种光的颜色光强信息。之后对Iw用RGB图像的显示方式：image或imshow函数作图。
ym=0.5;
y=linspace(-ym,ym,2500);%屏幕宽度
z=1000;%屏幕到缝的距离
L1=sqrt((y-1).^2+z^2);
L2=sqrt((y+1).^2+z^2);
phir=2pi(L2-L1)\/lr;%相位差
phig=2pi(L2-L1)\/lg;
phib=2pi(L2-L1)\/lb;
Ir=4.(cos(phir\/2)).^2;
Ig=4.(cos(phig\/2)).^2;
Ib=4.(cos(phib\/2)).^2;
Iw=zeros(400,2500,3);
Iw(:,:,1)=Ir;
Iw(:,:,2)=Ig;
Iw(：,:,3)=Ib;
imshow(Iw)
结果如下：
（1）、杨氏双缝干涉
（2）、牛顿环干涉
（3）、圆孔夫琅禾费衍射
（4）、夫琅禾费单缝衍射
（5）、迈克尔逊干涉仪（等倾干涉），随着空气薄膜厚度的增加，条纹向外冒出。
总结
一、优点
1、颜色的实现及与光强的结合
借助RGB理论，解决了颜色的问题，使图样是彩色的而非灰度的，更接近实际实验结果，在遵从科学性的同时也更利于教学演示。
对于单色光，通过对光谱图的读取并转化为RGB值，实现了波长与颜色的一一对应，让Matlab知道输入的波长值该对应什么颜色。从而可以借助波长模拟各种单色光的光学实验，而不是仅限于Matlab自带的几种不好确定的颜色。
对于白光，借助RGB真彩图理论把白光分解为红、绿、蓝三基色，从而将白光的干涉衍射化为三种光的干涉衍射的叠加，将三个波长代入光强公式，分别作为包含RGB和光强信息的三维数组的第三维的元素，也就实现了颜色与光强的结合。而不是仅以灰度表示出光强。
2、GUI的人性化
实验模拟的结果在GUI中显示，程序中将所有实验用到的参数统一起来，都呈现在面板上，但同时又设置模拟某个实验时只出现它对应的参数，用不到的参数不显示滑动条，方便用户知道每个实验对应的参数，同时给出参数的示例以便用户可以更快地调出漂亮的图样。
二、有待改进之处
1、GUI使用时的一个不方便之处，得先用滑动条把所有的edittext调出数值，给一个初始的数值，这样才接下来选择实验项目，运行出正确的结果。不过，用户如果直接选择白光的实验项目，就不存在这个缺陷，可以直接选项目改参数。可以考虑改进。
2、模拟出的图样虽然和实验结果大致符合，如果到边缘处就比较粗糙，与实验结果符合得不太好，可以考虑改进原理。
感悟（见另一个文档）
参考文献
物理学论文作文 物理学论文题目参考文案：
物理是一门历史悠久的自然学科，物理科学作为自然科学的重要分支，不仅对物质文明的进步和人类对自然科学认识的深化起了重要的推动作用，而且对人类的思维发展也产生了不可或缺的影响。
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