Melian

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工具介绍:Melian是一款开源免费的波动光学仿真实验软件,由南京师范大学王宇轩团队研发并获2023年全国大学生物理实验竞赛(创新)一等奖,聚焦物理教学核心需求,通过动态可视化与交互式操作,将抽象的波动光学原理转化为直观实验现象,为教师教学、学生学习、物理竞赛备赛提供无门槛、高科学性的仿真解决方案。

收录时间:
2025-12-12

Melian简介

Melian是什么?

Melian是一款开源免费的波动光学仿真实验软件,由南京师范大学王宇轩团队研发并获2023年全国大学生物理实验竞赛(创新)一等奖,聚焦物理教学核心需求,通过动态可视化与交互式操作,将抽象的波动光学原理转化为直观实验现象,为教师教学、学生学习、物理竞赛备赛提供无门槛、高科学性的仿真解决方案。

Melian

Melian有什么功能?

  1. 全场景光学实验仿真:能实现各种种类的主体波动光学实验的仿真,如杨氏双缝干涉实验、夫琅和费单缝衍射、菲涅尔圆孔衍射、平面光栅衍射(V1/V2版)、光波的线偏振与圆偏振互补色彩模拟、晶体实验衍射等,自主开发复杂色光模型算法,尽力还原大部分真实实验现象。
  2. 高度自定义参数调节:可自由定义实验的各种关键参数,如双缝间距、单缝宽度、光栅晶孔间隔、圆孔孔径大小、光源波长(红、绿、蓝、任意自定义)、单缝或光栅光束偏强等,即可见到各种参数对实验的反应,加深对原理的认识。
  3. 教学适配功能集合:包含有备课场景、导入、导出的实验实验可调设置,课前布置、上堂一推即出,简化教学过程;适合课堂白板、触屏操作,课堂上所有控制界面的各种控制按键大多都位于界面底端,方便老师课堂演示;提供关灯模式,高对比度显示实验图样,适配昏暗教学环境。
  4. 开放拓展接口:提供自定义的实验接口,用户可以自设、模拟运行各种合乎自己心意的光学实验模型,还可以将设计好的文件向外共享,助力教学创新与学术交流。
  5. 跨设备自适应适配:不用安装,随点随用,保存为EXE可拷入U盘中,拔卡到办公室电脑上,随点随用;支持不同显示屏大小的自适应适配效果,适配实验课、公开演示、报告等场景。

适用场景

  • 课堂教学演示:物理教师进行课堂讲解干涉、衍射等内容,用动态仿真代替静态板书画图的展示来互动式地帮助理解抽象概念;增加课堂教学兴趣。
  • 学生自主学习:学生自习自主实验,自主调节参数,学习实验规律,加强课堂巩固内容,弥补学校实验仪器、实验室局限性等。
  • 物理竞赛备赛:是进行物理实验竞赛的参考样例及使用范例,能够帮助物理竞赛队了解做物理设计的思路,自己设计新颖的物理实验作品等。
  • 教学资源共建:教育科研人员、一线教师等教师均可自主开放接口设计个性化的实验,提供设计思路,丰富波动光学教学资源的内容。

Melian怎么使用?

Melian官网网址入口:https://elwina.github.io/melian/

一、前期准备:快速启动系统

  1. 两种启动方式:
    • 网页端:直接打开Melian官网,不需要注册或登录、也不需要安装插件,加载完成后即可使用;
    • 本地端:下载 EXE 程序拷贝到 U 盘,U 盘插入电脑(支持操作系统主流软件),双击打开即可使用,不需要安装,适合教室没有网络的场景。
  2. 环境适配:支持电脑端、教室白板,触控操作集中在屏幕下方,适配触控或鼠标操作;屏幕自动适配不同尺寸,无需手动调整布局。

二、核心操作:三步完成光学仿真

1. 选择目标实验模块
  • 启动后,在页面顶部/左面有一个实验列表,包含杨氏双缝干涉、夫琅禾费单缝衍射、菲涅尔圆孔衍射、平面光栅衍射、偏振光互补色、晶体衍射等主要实验,单击其中的一个实验名称即可进入该实验(不需要重新启动,是实时加载)。
  • 新手一般是选杨氏双缝干涉,实验过程简单,容易调整实验参数,简单易懂。
2. 自定义参数设置(以 “杨氏双缝干涉” 为例)
  • 基础参数调节:
    • 光源:预设红、绿、蓝,或者输入需要的波长(数字),可以点击“强度加倍”增加光强显示;
    • 双缝参数:调用预设参数或者需要输入的双缝参数,调节双缝双缝的距离(d)双缝的宽度(b),范围符合实际实验值(如:d可取到0.02~0.2mm等范围内);
    • 滤光片:可以选择红、绿、蓝滤光片来进行光谱的单色光实验或者选择“无”,产生复色光。
  • 辅助功能设置:
    • 教学适配:点击 “关灯模式” 切换高对比度显示,更适合昏暗的教室,单击“测量模式”,可以通过使用目镜的快速调节细度能直接测得实验数据(如条纹间距);
    • 备课快捷操作:预先设定好所有实验参数,保存到“导出配置”,在以后要重新使用该参数文件时,单击“导入配置”,恢复参数非常容易,节省课堂时间。
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3. 观察互动与数据记录
  • 调节参数后,屏幕的中心会即时动态呈现实验现象(例如双缝干涉的明暗条纹、衍射条纹的衍射光斑情况),秒级反应,调节参数马上有变化;
  • 互动操作:可以拖移光屏位置(个别现象是可以的)、菜单选择“样式调节”看变化得到不同效果;
  • 记录与分享:用截图工具保存实验现象(适配教学课件制作),或用“开放接口”导出实验元件参数文件,发送给其他人就可以重现这个实验。

三、场景化使用示例

1. 课堂教学演示(以 “夫琅禾费单缝衍射” 为例)
  • 步骤 1:选择 “夫琅禾费单缝衍射” 实验,点击 “关灯模式”,让学生清晰看到暗纹分布;
  • 步骤 2:逐一增大缝宽(b:0.01mm→0.08mm),引导他们去发现“缝宽越大,衍射条纹越密集’”的现象;
  • 步骤 3:改变光源颜色(红→绿→蓝),比较在不同光下条纹间距有何不同(红光的波长长,在条纹的间距也最大),很容易用来说明波长与衍射有何关联性等;
  • 步骤 4:开启 “测量模式”,以目镜量(测)暗纹的条纹间距,结合公式推导,强化理论与实验结合。
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2. 学生自主探索(以 “平面光栅衍射” 为例)
  • 步骤 1:选择“平面光栅衍射(V1/V2)”,改变光栅常量(d)、光栅的缝数(N),观察 “缝数越多,亮纹越细锐” 的特点;
  • 步骤 2:设定波长(比如只设置特殊的波长550nm的绿光),改变光栅常量得到衍射角的情况,验证光栅方程;
  • 步骤 3:导出不同参数组合的实验配置,记录对应的衍射图样,整理成实验报告。

数据评估

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关于Melian特别声明

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