虛擬實驗仿真軟件助推物理實驗教學
——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，逼真呈現物理實驗[1]，可以任意調節參數，反復實驗，并獲取與之對應的實驗數據。合理應用NB 虛擬實驗仿真軟件能優化物理實驗教學，有效提升實驗教學質量[2]。另外，傳統實驗處理數據耗時費力，而GeoGebra 軟件融合了幾何與代數的兩大功能，實現圖形和代數方程的同步呈現和變化。應用GeoGebra 軟件處理物理實驗數據，能更直觀、快捷、準確地得出結論。本文以測玻璃折射率為例，探究仿真實驗與實驗教學的融合。

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的折射光線，用量角器測入射角θ1和折射角θ2，根據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，點擊并旋轉激光筆右上方的旋轉按鈕，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)旋轉激光筆，改變入射角方向，多次重復實驗，并記錄數據。

4.數據處理

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

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

(3)執行指令，創建函數圖像，同時得到對應函數f(x)=1.5x。

(4)圖像分析：根據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、結語

應用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生體會實驗思維的魅力，掌握實驗過程的細節。結合GeoGebra軟件處理數據，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有效融合，不僅有利于學生掌握實驗原理，更有利于提高學生的多媒體操作能力和創新能力。