基于LabView牛頓環(huán)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺設(shè)計(jì)

翻轉(zhuǎn)課堂、ＭＯＯＣｓ以其全新的教育思想觀念、 新型的教與學(xué)方式和教學(xué)模式，受到全球教育界的 熱烈追捧，基于Ｆｌａｓｈ，ＬａｂＶＩＥＷ，Ｕｎｉｔｙ３Ｄ等平臺， 開發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目成為研發(fā)的熱點(diǎn) ．常 規(guī) 的牛頓環(huán)實(shí)體實(shí)驗(yàn)，受實(shí)驗(yàn)相干參數(shù)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(shí)驗(yàn)的全部特征，特別是不能呈現(xiàn)光的粒 子性；另外，受時(shí)空制約，學(xué)生無法進(jìn)行針對性的實(shí) 驗(yàn)預(yù)習(xí)、重點(diǎn)重復(fù)操作和復(fù)習(xí)，直接影響了實(shí)驗(yàn)的操 作學(xué)習(xí)效果 ． 本文依據(jù)光的干涉理論，基于ＬａｂＶＩＥＷ 語言， 設(shè)計(jì)虛擬儀器的前面板和后面板程序，開發(fā)了牛頓 環(huán)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺，學(xué)生如同使用真實(shí)儀器一樣，可動(dòng) 態(tài)直觀地觀察分析各輸入?yún)⒘康淖兓瘜Ω缮鎴D案的 影響，且可彌補(bǔ)真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)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(dāng)平行光束垂直射向平凸透鏡時(shí)，在透 鏡表面可以觀察到以接觸點(diǎn)為中心的同心圓，稱為 牛頓環(huán)，它是一種由“環(huán)狀劈尖”形成的等厚干涉現(xiàn)象。由此可知，合光強(qiáng)與介質(zhì)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(diǎn)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(guān) 聯(lián)，基于此確定了基于 ＬａｂＶＩＥＷ 牛頓環(huán)虛擬實(shí)驗(yàn) 自教學(xué)平臺的設(shè)計(jì)流程框圖。

基于ＬａｂＶＩＥＷ 牛頓環(huán)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的設(shè)計(jì)目 的是對經(jīng)典物理現(xiàn)象“牛頓環(huán)”的虛擬仿真再現(xiàn)，包括 用連續(xù)線和離散點(diǎn)對牛頓環(huán)的干涉條紋進(jìn)行了直觀 展示，分為虛擬儀器的前面板和后面板程序設(shè)計(jì)。主界面右半部分為實(shí)驗(yàn)理論介紹部分，前面板 首先采用對 Ｖｉ所在的當(dāng)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(shí)現(xiàn)主界面圖片信息 路徑的引入，路徑信息引入后，采用順序結(jié)構(gòu)，首先將圖片引 入圖片路徑，然后通過對屬性節(jié)點(diǎn)的引用將圖片變 換，最終將圖片進(jìn)行繪制．實(shí)驗(yàn)平臺的前面板右半部分下 方是“折射 率、半 徑、頂 點(diǎn)、波 長、圖 形 寬 度、光 點(diǎn) 個(gè) 數(shù)”和“連續(xù)線／離散點(diǎn)”７個(gè)不同形式的參數(shù)輸入 “旋鈕”和“滑桿”控件；右半部分上方是牛頓環(huán)形成 圖案的３個(gè)模擬“輸出窗口”，即光強(qiáng)輸出采用“波形 圖／強(qiáng)度圖／三維曲面圖”控件，來顯示牛頓環(huán)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(huán)”進(jìn)行嵌套，當(dāng)輸入?yún)?量變化時(shí)，利用每層循環(huán)內(nèi)嵌入的公式節(jié)點(diǎn)內(nèi)編寫 的函數(shù)關(guān)系，組合產(chǎn)生一個(gè)一維數(shù)組，將產(chǎn)生的“數(shù) 組”及“數(shù)組２”兩個(gè)一維數(shù)組通過“替換數(shù)組子集” 控件鏈接成一個(gè)二維數(shù)組即得到的模擬光強(qiáng)數(shù)（Ｉ） 數(shù)據(jù)暫存。