基于Python的光学实验仿真和在医用物理学教学中的应用

张文妙韵，陈昭喜

（广州中医药大学医学信息工程学院，广州510006）

0 引言

《医用物理学》是高等医药学专业及其相近专业的一门重要基础课程，通过对该课程的学习可以获得专业所需的必要的物理知识，提高医药学相关专业人员的科学素养[1-2]。波动光学是医用物理学中的一个重要章节，主要围绕光的干涉、衍射和偏振等特征进行讲解，是进一步学习激光医学、全息学等专业领域知识的基础。但是由于光学中的概念通常较为抽象，单纯使用传统教学，学生不能很好地理解相关原理和体会实验现象，同时教学过程也较为枯燥。为了探索解决这个问题，本文利用PyCharm软件，基于Python语言及其相应的科学计算库和数据可视化模块Matplotlib进行光学实验的仿真[3]，并通过调用tkinter库实现了简单的界面交互，实现杨氏双缝干涉实验、单缝衍射实验和光栅衍射实验的仿真，能够直观地看出参数变化给结果带来的影响，将该仿真实验用于医用物理学的课堂教学中，有助于学生更深刻地理解相关理论知识，改善教学效果。

1 基于实验原理进行仿真

1.1 实验原理

仿真主要是基于屏幕上的光强分布进行，此处以杨氏双缝干涉实验为例进行简要说明。在杨氏双缝实验中（实验示意图如图1所示），处于同一波阵面上的两个狭缝发出两束相干光，这两束相干波在双缝后面放置的屏幕上叠相遇加，形成一系列明暗相间的干涉条纹。条纹的明暗取决于这两束光相遇时的光程差。……