Каталог Рефератов - Преломление света на границе раздела двух сред

	Информационно-образоательный портал
	Рефераты, курсовые, дипломы, научные работы,



МЕНЮ\|

поиск

Преломление света на границе раздела двух сред

ВВЕДЕНИЕ
В наше время ни один человек не может обойтись без компьютера. Не зря говорят, что наш век - век компьютеризации. В каждом доме, в каждом офисе стоит компьютер, даже путешествуя, человек не забывает взять с собой ноутбук.

Компьютер стал для многих людей верным помощником в работе и досуге. Он позволил совершить скачок в организации промышленности, науки и рынка.

Каждый час компьютерные технологии совершенствуются, они становятся все более удобными и безопасными для здоровья человека. Теперь можно использовать в своей работе уже готовые программные продукты, позволяющие экономить время и соответственно деньги, работать на дальнем расстоянии.

Компьютеры используют и в целях физических испытаний, демонстраций. Именно поэтому я решил создать программу, которая демонстрирует преломление лучей на границе раздела двух сред.

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1. Цель разработки

Целью создания курсовой работы является разработка программного продукта, который выполняет демонстрацию явления преломления лучей на границе раздела двух сред.

1.2. Постановка задачи разработки программного продукта

Необходимо разработать программный продукт с удобным интерфейсом, позволяющий выполнить демонстрацию преломления луча в зависимости от угла падения и свойств сред.

1.3. Функциональные требования к программному продукту

Программный продукт должен правильно работать при любых корректно заданных исходных данных. В случае неправильного ввода исходных данных должно быть предложено повторить ввод. Исходные данные должны вводиться как с клавиатуры, так и из файла.

1.4. Входные данные

При выполнении операции расчета угла преломления входными данными являются показатели преломления сред и угол падения. Входные данные поступают либо с клавиатуры, либо из файла.

1.5. Выходные данные

Выходными данными является угол преломления луча. Выходные данные выводятся на экран монитора и в файл.

2. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ЯЗЫКА ПРОГРАММИРОВАНИЯ
Для реализации данной программы я выбрал Турбо Паскаль 7.0. Эта версия позволила объединить в рамках единой системы мощный алгоритмический потенциал языка, методы объектно-ориентированного программирования, графику, удобные средства тестирования и отладки программ, а также обеспечить дружественный интерфейс с пользователем. Паскаль способствует внедрению современной технологии программирования, основанной на принципах структурного программирования и пошаговом методе проектирования программ. Он очень удобен для решения задач вычислительного и логического характера, обработки строк и системного программирования. Развитая система типов позволяет разрабатывать адекватные представления структур данных практически для любой задачи. В то же время существующие в Турбо Паскале средства преобразования типов дают возможность гибко манипулировать различными данными. Основные операторы языка являются хорошей иллюстрацией базовых управляющих конструкций структурного программирования. Их использование позволяет записывать сложные алгоритмы обработки данных в компактной форме. Большую помощь программистам оказывает библиотека стандартных программ Турбо Паскаля. Эта библиотека модернизируется и пополняется уже более 5 лет. В нее входят средства для работы с оперативной и внешней памятью, клавиатурой, дисплеем и другими внешними устройствами ПЭВМ. Система программирования Турбо Паскаля поддерживает модульный принцип программирования, который лежит в основе всех современных технологий разработки программ. Также хорошо выполнена справочная система. В среду встроен многофункциональный отладчик, позволяющий проводить пошаговое выполнение программы, генерировать условные и безусловные точки остановок. Общепризнанно, что среда системы программирования ТП играет роль эталона для программных продуктов этого типа. Опираясь на все вышесказанное, можно утверждать, что система программирования ТП еще много лет будет незаменимым инструментом и полезным партнером для тех, кто программирует на универсальных алгоритмических языках.

3. ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ДВУХ СРЕД

3.1. Явление преломления света

Рассмотрим падение плоской волны на границу, разделяющую две прозрачные однородные диэлектрические среды с показателями преломления и . Будем считать, что граница представляет собой плоскость (так как в пределах бесконечно малой области любую поверхность можно считать плоской). Будем также считать, что сама граница раздела свет не поглощает.

После прохождения границы раздела двух сред падающая плоская волна (луч ) разделяется на две волны: проходящую во вторую среду (луч ) и отраженную (луч ) (рис.1)

Рис.3.1. Преломление и отражение света на границе двух сред.

На рис.1. N - вектор нормали к поверхности в точке падения единичной длины . Поместим начало координат в точку падения. Определим следующие величины:

Угол падения - это угол между лучом , падающим на преломляющую или отражающую поверхность, и нормалью к поверхности в точке падения.

Угол преломления - это угол между преломленным лучом и нормалью к поверхности в точке преломления.

Угол отражения - это угол между отраженным лучом и нормалью к поверхности в точке отражения.

3.2. Закон преломления

После прохождения светом границы раздела двух сред необходимо определить направление распространения преломленной волны и отраженной волны , и распределение энергии между отраженной и преломленной волной.

В соответствии с уравнением плоской волны запишем выражения для комплексных амплитуд падающей, отраженной и преломленной волн:

уравнение падающей плоской волны

уравнение преломленной плоской волны

уравнение отраженной плоской волны

где , , - оптические векторы падающей, отраженной и преломленной волн, - волновое число, - радиус-вектор произвольной точки.

Здесь мы используем соотношения скалярной теории, поскольку закон преломления одинаков для векторных и скалярных волн.

Из уравнений падающей и преломленной плоской волны следует, что на границе раздела двух сред у падающей и преломленной волн амплитуды могут быть различны, но должны совпадать значения эйконалов (этого требует условие физической реализуемости, так как иначе волна будет иметь разрыв на границе раздела):

Это равенство соблюдается на границе раздела, то есть для всех , перпендикулярных вектору нормали. Таким образом, выражение можно записать в виде:

при или: при

То есть , если . Выполнение этих условий возможно тогда и только тогда, когда . Таким образом, можно вывести формулировки закона преломления в векторной форме:

где - некоторый скаляр, или:

или:

Так как длина оптического вектора равна показателю преломления среды (, ), то из выражения и определения векторного произведения можно вывести классический закон преломления Снеллиуса.

Закон преломления:

Качественная часть закона:

Падающий луч, преломленный луч и нормаль к поверхности раздела двух сред в точке падения лежат в одной плоскости.

Количественная часть закона:

Произведение показателя преломления на синус угла между лучом и нормалью сохраняет свое значение при переходе в следующую среду:

Чтобы найти скаляр , домножим скалярно выражение на вектор нормали :

следовательно

где

Величина имеет большое значение в математическом аппарате расчета лучей на компьютере.

4. ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА

4.1. Описание структур данных

Исходные данные:

n - вещественное, хранит показатель преломления первой среды.

n1 - вещественное, хранит показатель преломления второй среды.

alpha - вещественное, хранит угол падения луча в градусах.

Результаты:

alpha1 - вещественное, хранит угол преломления луча.

Промежуточные данные:

radalpha - вещественное, хранит угол падения в радианах.

radalpha1 - вещественное, хранит угол преломления в радианах.

4.2. Описание процедур и функций

Рис.4.1. Схема взаимосвязей процедур и функций

Функции:

ReCalc (n: real; n1: real; alpha: real): real - возвращает угол преломления. n, n1 - показатели преломления, alpha - угол падения.

Menu(number: Integer): Integer - реализует работу с меню, возвращает выбранный пункт. number - предыдущий выбранный пункт меню.

ChangeN(flag: integer): real - возвращает новое значение показателя преломления. Если flag равен 1 - задается для первой среды, если 2 - для второй.

ChangeAl(n: real; n1: real; alpha: real): real - возвращает новое значение угла падения. n, n1 - показатели преломления, alpha - угол падения.

arcsin (x: real): real - возвращает арксинус аргумента x.

Процедуры:

MainCycle() - выполняет основной цикл программы.

GraphMode() - выполняет инициализацию графического режима.

Paint(n: real; n1: real; alpha: real) - отображает график, демонстрирующий преломление луча. n, n1 - показатели преломления, alpha - угол падения.

Recv() - выполняет вывод на экран реквизитов пользователя. Реквизиты хранятся в файле recv. txt.

SaveData(n: real; n1: real; alpha: real) - выполняет запись результатов в файл result. txt. n, n1 - показатели преломления, alpha - угол падения.

Info() - отображает на экран информацию о преломлении лучей.

LoadData(var n: real; var n1: real; var alpha: real) - выполняет загрузку данных из файла. n, n1 - показатели преломления, alpha - угол падения.

OutTextChangeAl() - выводит на экран вспомогательный текст при смене значения угла.

4.3. Описание функционирования
В основной программе выполняется единственная процедура MainCycle.

Перед основным циклом на экран выводятся реквизиты пользователя из файла "recv. txt". Затем выполняется установка входных данных по умолчанию, запись этих данных в файл, прорисовка графика и меню. Вызов меню выполняется в бесконечном цикле до тех пор, пока пользователь не выберет пункт "Выход". При выборе пункта "Информация" на экран будет выведена основная информация о преломлении света (процедура Info). При выборе пункта "Считать данные из файла" программа загрузит данные из файла "data. txt". При выборе пунктов "Изменить показатель преломления в 1-й среде", "Изменить показатель преломления во 2-й среде", "Изменить угол падения" можно менять соответствующие входные данные. При любом изменении данных результаты автоматически отображаются на графике и сохраняются в файл.

Рисунок 4.2. - Схема функционирования программы

4.4. Описание программных модулей

Я использовал в своей работе модули Graph и Crt (для работы с графическим и текстовым режимом соответственно).

Модуль Crt реализует работу в текстовом режиме. С помощью его процедур и функций можно проверять содержимое буфера клавиатуры и проверять код введенного символа.

Graph позволяет работать с графическим режимом. С его помощью возможно отображение графических объектов. При помощи модуля Graph я выполнил прорисовку меню и графика.

5. КОМПЛЕКТ ПОСТАВКИ И ИНСТАЛЛЯЦИЯ

5.1 Комплект поставки

В комплект поставки программного продукта входят следующие файлы:

kursach. exe - файл, запускающий программу.

info. txt - файл, содержащий справочную информацию.

recv. txt - файл, содержащий реквизиты пользователя.

ПЗ. doc - пояснительная записка в формате doc.

bold. chr, euro. chr, goth. chr, lcom. chr, litt. chr, sans. chr, scri. chr, simp. chr, smal. chr, trip. chr, tscr. chr- кириллические шрифты.

egavga. bgi - графический драйвер.

5.2. Порядок инсталляции

Для установки программы необходимо скопировать жесткий диск файлы kursach. exe, info. txt, recv. txt, *. chr и egavga. bgi. При необходимости можно создать файл data. txt, содержащий входные данные.

6. ПРОВЕДЕНИЕ ТЕСТОВЫХ ИСПЫТАНИЙ
Во время тестовых испытаний я обнаружил несколько некорректных операций с плавающей точкой, ошибку переполнения стека, извлечение квадратного корня отрицательного аргумента, деление на ноль, некорректный вывод графика и некорректное сохранение результатов в файл. На данный момент все известные мне ошибки исправлены.

ВЫВОДЫ
В результате выполнения работы я создал программный продукт, имитирующий модель преломления лучей на границе двух сред. Требования, изложенные в техническом задании, выполнены.

Я разработал удобный интерфейс, функцию вывода графика, отображающего преломление лучей на границе двух сред. Также имеется возможность работы с разными преломляющими средами, и смены угла падения.

Приложение А

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

А.1 Общие сведения

Полное название программного продукта: "Преломление света на границе раздела двух сред".

Плановый срок начала работы: 17.02.06

Плановый срок завершения работы: 5.06.06

А.2 Основание для разработки

Основанием для разработки является задание на курсовую работу по дисциплине "Программирование и алгоритмические языки", выданное кафедрой программного обеспечения интеллектуальных систем студенту группы СУА-О5 Паранчуку Станиславу.

А. З Цель работы

Цель разработки - создать программный продукт, который позволит демонстрировать преломление лучей на границе двух сред.

А.4 Требования к программному продукту

А.4.1. Общие требования:

К данному программному продукту предъявляются следующие требования:

а) наличие графического пользовательского интерфейса;

б) возможность работы с файлом;

в) наличие справочного материала;

г) наличие справки о разработчике;

л) наличие контроля вводимых данных.

А.4.2. Функциональные требования:

Программный продукт должен обладать следующими функциями:

- расчет угла отражения на основании угла падения и коэффициентов преломления;

- вывод результатов графически.

Страницы: 1, 2

© 2003-2013
Рефераты бесплатно, курсовые, рефераты биология, большая бибилиотека рефератов, дипломы, научные работы, рефераты право, рефераты, рефераты скачать, рефераты литература, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты медицина, рефераты на тему, сочинения, реферат бесплатно, рефераты авиация, рефераты психология, рефераты математика, рефераты кулинария, рефераты логистика, рефераты анатомия, рефераты маркетинг, рефераты релиния, рефераты социология, рефераты менеджемент.