虛擬實驗仿真軟件助推物理實驗教學(xué)
——以測玻璃的折射率為例

◎ 張曉芹 秦林山

NB 虛擬實驗仿真軟件能夠模擬具體實驗過程、實驗操作，逼真呈現(xiàn)物理實驗[1]，可以任意調(diào)節(jié)參數(shù)，反復(fù)實驗，并獲取與之對應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)。合理應(yīng)用NB 虛擬實驗仿真軟件能優(yōu)化物理實驗教學(xué)，有效提升實驗教學(xué)質(zhì)量[2]。另外，傳統(tǒng)實驗處理數(shù)據(jù)耗時費力，而GeoGebra 軟件融合了幾何與代數(shù)的兩大功能，實現(xiàn)圖形和代數(shù)方程的同步呈現(xiàn)和變化。應(yīng)用GeoGebra 軟件處理物理實驗數(shù)據(jù)，能更直觀、快捷、準確地得出結(jié)論。本文以測玻璃折射率為例，探究仿真實驗與實驗教學(xué)的融合。

一、仿真實驗探究

1.實驗原理

用插針法確定光路，找出與入射光線相對應(yīng)的折射光線，用量角器測入射角θ1和折射角θ2，根據(jù)折射定律計算出玻璃的折射率。

2.實驗器材

玻璃磚、激光筆、圖釘、量角器和刻度尺。

3.實驗步驟

打開NB 虛擬實驗仿真軟件經(jīng)典實驗中的測定玻璃磚折射率模塊。

(1)將激光筆拖動到玻璃磚的上方，點擊并旋轉(zhuǎn)激光筆右上方的旋轉(zhuǎn)按鈕，使光線射向玻璃磚。

(2)拖動圖釘，在磚的邊緣和光線上固定幾個點，可固定的點：入射光線上的兩個點，從玻璃磚射出的光線上的兩個點，同時描繪出玻璃磚的上下兩條邊緣線，然后移走玻璃磚，用直尺工具連接圖釘固定的點，并且畫出法線。

(3)用量角器測量出入射線和折射線與法線的夾角θ1和θ2。

(4)旋轉(zhuǎn)激光筆，改變?nèi)肷浣欠较颍啻沃貜?fù)實驗，并記錄數(shù)據(jù)。

4.數(shù)據(jù)處理

(1)GeoGebra軟件表格區(qū)A列、B列分別記錄折射角θ2、入射角θ1值，在C 列輸入函數(shù)sin(A1*pi/180)，D 列中輸入sin(B1*pi/180)，將角度轉(zhuǎn)換成弧度并計算出正弦值。

(2)創(chuàng)建點列，指令欄中輸入對應(yīng)指令：if(0≤x≤0.60，多項式擬合(l1，1))。

(3)執(zhí)行指令，創(chuàng)建函數(shù)圖像，同時得到對應(yīng)函數(shù)f(x)=1.5x。

(4)圖像分析：根據(jù)折射定律可得折射率n=sinθ1sinθ2，因此sinθ1=nsinθ2。以sinθ2值為橫坐標、以sinθ1值為縱坐標，得到過原點的直線，直線斜率k=n，故玻璃磚折射率n=k。

5.注意事項

(1)入射角θ1應(yīng)選擇適中，不宜太大，也不宜太小。

(2)在操作時，手不能觸摸玻璃磚的光潔面，更不能把玻璃磚界面當尺子畫界線。

(3)在實驗過程中，玻璃磚與白紙的相對位置不能改變。

(4)玻璃磚應(yīng)選用寬度較大的，宜在5cm 以上。若寬度太小，則測量誤差較大。

二、結(jié)語

應(yīng)用NB 虛擬實驗仿真軟件進行測定玻璃磚的折射率實驗，可以直觀充分地讓學(xué)生體會實驗思維的魅力，掌握實驗過程的細節(jié)。結(jié)合GeoGebra軟件處理數(shù)據(jù)，繪制圖像相對會更快速而精確。這些可視化軟件與物理實驗教學(xué)有效融合，不僅有利于學(xué)生掌握實驗原理，更有利于提高學(xué)生的多媒體操作能力和創(chuàng)新能力。