Melian

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。

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。

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。