NOBOOK虛擬軟件在高中物理習題課中的應用

“帶電粒子在勻強磁場中的放縮圓和旋轉圓”問題對于初次接觸該問題的學生來說學習難度較大。這類問題涉及對帶電粒子在磁場中受力和運動的分析，需要學生運用數學知識解決物理問題，且對學生的邏輯思維能力和空間想象能力提出了較高的要求。虛擬場景的實時互動性能促使學生積極參與課堂學習，激發他們學習物理的熱情，而虛擬軟件在高中物理習題課教學中的應用能給學生帶來更豐富、更具實踐性的學習體驗。基于此，筆者以“帶電粒子在勻強磁場中的放縮圓和旋轉圓”問題為例，利用NOBOOK虛擬軟件將傳統的物理習題呈現在虛擬的場景中，以期讓學生通過虛擬軟件更直觀地理解問題，并加深對物理原理的理解。

一、虛擬軟件在國內外的研究現狀

目前，虛擬軟件在教育領域得到了廣泛應用，尤其是在物理教學方面。而針對高中物理習題的虛擬軟件，國內外都有相應的研究和開發。

在國內，許多高校和研究機構都在研究高中物理習題虛擬軟件。研究人員通過三維建模、物理引擎等技術，已經實現了虛擬實驗、交互式模擬和習題練習等功能。一些虛擬軟件還可以根據學生的答題情況提供實時反饋和個性化輔導。這些軟件能夠幫助學生更好地理解物理概念，培養實驗設計與數據分析的能力，增強學習效果。

國外的相關研究非常活躍，很多發達國家的大學和研究機構都在進行相關研究。例如，有的國家開發了相關的虛擬實驗室軟件，學生不僅可以在虛擬實驗室中進行各種實驗，還可以進行數據分析和建模等操作。此外，一些教育科技公司推出了適用于高中物理學習的虛擬軟件，以游戲化的方式呈現科學知識。

二、NOBOOK虛擬軟件概述

（一）軟件介紹

NOBOOK虛擬軟件是一種在高中物理習題課教學中應用的創新工具。該軟件以提供虛擬實驗和模擬教學為主要功能，通過模擬物理實驗的真實情境，讓學生在虛擬環境中進行實驗操作和觀察，從而加深對物理知識的理解和記憶。該軟件具有直觀、生動的界面設計，可以模擬各種物理實驗現象，如力學、光學和電磁學等。

該軟件包含“軟件介紹”板塊，其詳細介紹了軟件的功能和使用方法，包括如何打開軟件、選擇實驗模塊、操作實驗器材和記錄實驗數據等。通過使用“軟件介紹”板塊的功能，學生可以快速了解并掌握軟件的基本操作，為后續的學習打下良好的基礎。NOBOOK虛擬軟件的引入將為高中物理習題課的教學帶來新的突破，為學生提供更多實踐機會，激發學生的學習興趣，增強學習效果。

（二）特點和功能

首先，NOBOOK虛擬軟件通過模擬真實的物理實驗場景，讓學生能夠通過虛擬操作進行實驗，增強了實驗的安全性和靈活性。其次，NOBOOK虛擬軟件提供了大量的物理實驗題目，學生可以根據實際需求選擇合適的習題進行練習，增強了學習的針對性和趣味性。最后，NOBOOK虛擬軟件具備自動批改和評估功能，能夠實時反饋學生的答題情況，幫助他們及時發現并糾正錯誤，增強學習效果。總之，NOBOOK虛擬軟件的鮮明特點和豐富功能使它成為高中物理習題課教學中不可或缺的工具。

三、NOBOOK虛擬軟件在高中物理習題課中的應用意義

（一）提高學生的學習效率

虛擬軟件在高中物理習題課教學中的應用是當前教育領域的熱點話題，其能夠激發學生的學習興趣，提高學生的學習效率。首先，虛擬軟件為學生提供了創造性的學習環境。在模擬實驗和解答物理習題的過程中，學生可以充分發揮想象力和創造力，提高解決問題的能力和發展科學思維。其次，虛擬軟件能夠加深學生對物理概念的理解和記憶。通過視覺化的展示和交互式的操作，學生可以更加直觀地理解抽象的物理概念，使學習過程更加生動有趣。最后，虛擬軟件能夠提供個性化的學習體驗，并能根據學生的實際水平和學習需求進行個性化的調整，幫助學生更好地掌握物理知識。

（二）激發學生的學習動力

NOBOOK虛擬軟件在高中物理習題課中的應用能夠激發學生的學習動力。首先，通過使用虛擬軟件解答物理習題，學生能夠以更直觀、形象的方式理解物理概念和原理。虛擬軟件提供了多種場景和模擬實驗，學生可以通過自主探索的方式進行學習，產生更強的學習動力。其次，虛擬軟件具備實時反饋和評估功能，學生能夠即時了解自己的答題情況和錯誤之處，并及時糾正錯誤，加深對物理知識的理解。最后，虛擬軟件具有智能化特點，它可以根據學生的表現和需要提供個性化指導，從而幫助學生更好地掌握物理習題的解答方法，形成邏輯思維。總之，這種創新的教學方式能夠激發學生的學習動力，增強學生的學習效果。

（三）提高學生解決問題的能力

NOBOOK虛擬軟件在高中物理習題課中的應用能提高學生解決問題的能力。通過使用NOBOOK虛擬軟件，學生可以親身參與實驗操作和問題求解過程，從而提高分析和解決問題的能力。首先，NOBOOK虛擬軟件提供了豐富的實驗場景和模擬實驗設備，學生可以通過模擬實驗觀察、測量和分析實驗數據，更好地理解物理原理和科學實驗方法。其次，NOBOOK虛擬軟件支持學生進行自主學習，學生可以根據學習需求和興趣在虛擬實驗環境中設定問題，并利用軟件提供的工具和方法探索和解決問題。最后，NOBOOK虛擬軟件具備分析錯誤和評估反饋功能，能幫助學生發現和分析問題解決過程中的錯誤和不足，從而提高他們解決問題的能力。

四、NOBOOK虛擬軟件在高中物理習題課中的具體應用案例

磁場問題是高中物理習題課中的一個重要內容，尤其是帶電粒子在勻強磁場中的運動，更是高考的命題熱點。而帶電粒子在勻強磁場中的放縮圓和旋轉圓問題，由于難度較大，學生很難一次性掌握。究其原因在于這部分習題呈現出的是一個動態變化，對學生物理思維的要求極高。因此，在講授相關習題時，筆者通過使用NOBOOK虛擬軟件幫助學生更加直觀地理解磁場問題，以此提高學生的解題能力，培養學生的物理思維。

（一）問題描述

在同一平面內，沿各個方向發射相同速率的帶電粒子為同種帶電粒子。這些帶電粒子垂直射入勻強磁場，做同方向旋轉的勻速圓周運動（圖1），具有下列特點：一是各帶電粒子的圓軌跡半徑相等，運動周期相等；二是各帶電粒子圓軌跡的圓心分布在以粒子源為圓心，R為半徑的一個圓周上；三是帶電粒子在磁場中可能經過的區域是以粒子源為圓心，2R為半徑的大圓。

（二）模擬步驟

下面，筆者通過NOBOOK虛擬軟件模擬上述問題，具體包括以下五個步驟。

步驟一：啟動NOBOOK軟件，新建實驗。具體操作如下：啟動NOBOOK虛擬軟件，選擇“物理實驗（高中）”，點擊右上角“新建實驗”按鈕，單擊菜單欄中的“力與運動”選項，進入軟件界面。

步驟二：創建模型。該步驟分為三個環節。一是創建磁場。先在右側“元件庫”中單擊“矩形磁場”，將其添加到主窗口內，然后修改磁場方向和尺寸：用鼠標左鍵雙擊該矩形磁場，在彈出的對話框中將其位置下、上、左、右分別設為-9.87、53.78、-50、40.79（圖2）。二是添加第一個粒子源。先在右側元件庫中單擊“變角度粒子源”將其添加至主窗口內，再修改“變速度粒子源”的方向和坐標：點擊左鍵選擇“變速度粒子源”，在彈出的菜單中單擊“設置”按鈕，單擊菜單欄中的“顯示”選項，將x坐標改為0，將y坐標改為0。三是復制生成另外3個粒子源。單擊第1個粒子源進行復制，生成第二個粒子源，將其x坐標和y坐標都改為0，將其角度改為90°；按相同的操作復制生成第三個粒子源，將其x坐標和y坐標都改為0，將其角度改為180°；按相同的操作復制生成第四個粒子源，將其x坐標和y坐標都改為0，將其角度改為270°。此時模型如圖3所示。

步驟三：顯示軌跡曲線。具體操作如下：單擊每一個粒子源模型，然后在彈出的菜單中單擊“設置圖標”，在后續彈出的菜單中打開“顯示”，將“顯示軌跡”按鈕打開，并將軌跡顯示時間設置為300。

步驟四：設置初始狀態及物理條件。該步驟分為以下四個環節。一是設置不考慮重力的作用：在右上角單擊“設置”圖標，然后打開“場景作用力設置”選項頁，將“考慮重力”按鈕關閉。二是設置磁場強度：雙擊矩形磁場，將其“磁感應強度”設置為1（默認值）。三是設置粒子源帶電量：用鼠標左鍵單擊每個粒子源，單擊編輯圖標，在彈出的菜單中選擇打開“材質/外觀”選項頁，設置“帶電量”為1。四是設置粒子源速度：在每個粒子源的“速度”選項頁里，將速度設置為20m/s，將角度范圍設置為0～90°，將粒子個數設置為3（圖4）。

步驟五：運行仿真及仿真結果分析。具體操作如下：在左側工具條里單擊“運行仿真”按鈕，4個粒子源所射出的12個粒子在磁場的作用下開始進行勻速圓周運動，運動軌跡如圖5所示。

由圖5可以看出，各帶電粒子的質量、速度和電荷量均相等，在磁場力的作用下，所有粒子的圓軌跡半徑相等，運動周期也相等。

五、NOBOOK虛擬軟件在高中物理習題課教學中的應用總結

通過仿真模擬，學生可以動態地觀察整個運動過程，對于放縮圓問題會在腦海中形成宏觀的認識。在此基礎上，學生可以通過調整磁場方向、磁感應強度大小、電荷量、粒子運動的速度、粒子的個數等方式，做進一步探究。

實踐證明，NOBOOK虛擬軟件在高中物理習題課教學中的應用能給學生帶來更豐富、更具實踐性的學習體驗。隨著信息技術的不斷發展，虛擬軟件將在教育領域發揮更重要的作用。

（作者單位：陜西省靖邊縣第三中學）