虚拟实验仿真软件助推物理实验教学——以测玻璃的折射率为例

◎ 张晓芹 秦林山

NB 虚拟实验仿真软件能够模拟具体实验过程、实验操作，逼真呈现物理实验[1]，可以任意调节参数，反复实验，并获取与之对应的实验数据。合理应用NB 虚拟实验仿真软件能优化物理实验教学，有效提升实验教学质量[2]。另外，传统实验处理数据耗时费力，而GeoGebra 软件融合了几何与代数的两大功能，实现图形和代数方程的同步呈现和变化。应用GeoGebra 软件处理物理实验数据，能更直观、快捷、准确地得出结论。本文以测玻璃折射率为例，探究仿真实验与实验教学的融合。

一、仿真实验探究

1.实验原理

用插针法确定光路，找出与入射光线相对应的折射光线，用量角器测入射角θ1和折射角θ2，根据折射定律计算出玻璃的折射率。

2.实验器材

玻璃砖、激光笔、图钉、量角器和刻度尺。

3.实验步骤

打开NB 虚拟实验仿真软件经典实验中的测定玻璃砖折射率模块。

(1)将激光笔拖动到玻璃砖的上方，点击并旋转激光笔右上方的旋转按钮，使光线射向玻璃砖。

(2)拖动图钉，在砖的边缘和光线上固定几个点，可固定的点：入射光线上的两个点，从玻璃砖射出的光线上的两个点，同时描绘出玻璃砖的上下两条边缘线，然后移走玻璃砖，用直尺工具连接图钉固定的点，并且画出法线。

(3)用量角器测量出入射线和折射线与法线的夹角θ1和θ2。

(4)旋转激光笔，改变入射角方向，多次重复实验，并记录数据。

4.数据处理

(1)GeoGebra软件表格区A列、B列分别记录折射角θ2、入射角θ1值，在C 列输入函数sin(A1*pi/180)，D 列中输入sin(B1*pi/180)，将角度转换成弧度并计算出正弦值。

(2)创建点列，指令栏中输入对应指令：if(0≤x≤0.60，多项式拟合(l1，1))。

(3)执行指令，创建函数图像，同时得到对应函数f(x)=1.5x。

(4)图像分析：根据折射定律可得折射率n=sinθ1sinθ2，因此sinθ1=nsinθ2。以sinθ2值为横坐标、以sinθ1值为纵坐标，得到过原点的直线，直线斜率k=n，故玻璃砖折射率n=k。

5.注意事项

(1)入射角θ1应选择适中，不宜太大，也不宜太小。

(2)在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。

(3)在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。

(4)玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5cm 以上。若宽度太小，则测量误差较大。

二、结语

应用NB 虚拟实验仿真软件进行测定玻璃砖的折射率实验，可以直观充分地让学生体会实验思维的魅力，掌握实验过程的细节。结合GeoGebra软件处理数据，绘制图像相对会更快速而精确。这些可视化软件与物理实验教学有效融合，不仅有利于学生掌握实验原理，更有利于提高学生的多媒体操作能力和创新能力。