Mô phỏng Lớp 10

Sơ đồ khối của một hệ thống kĩ thuật quen thuộc (bình nóng lạnh, điều hoà, nồi cơm điện, bể nước có phao) chạy theo thời gian thực: khối đặt giá trị, khối điều khiển, đối tượng và đầu ra, cùng đường phản hồi đưa giá trị đo được quay lại bộ điều khiển. Học sinh đặt giá trị mong muốn, bật hoặc tắt mạch phản hồi, bấm Gây nhiễu để mở nước lạnh hay mở cửa phòng, rồi so hai đồ thị: hệ kín bám sát giá trị đặt còn hệ hở vượt xa và mất kiểm soát.

Ba cụm lắp nhỏ (bánh xe có ổ bi trên trục, mối ghép bu lông hai tấm, puly lắp then trên trục) xoay được trong không gian 3D và tách rời dọc theo trục lắp bằng một thanh trượt. Mỗi chi tiết có số vị trí nối với bảng kê (vị trí, số lượng, tên gọi, vật liệu, kí hiệu chi tiết tiêu chuẩn như bu lông ISO 4017); bấm vào chi tiết thì dòng tương ứng sáng lên và ngược lại. Có bản vẽ lắp 2D dạng hình cắt dọc trục và chế độ trình tự lắp để học sinh lắp lại các chi tiết theo đúng thứ tự.

Luyện đọc thước kẹp du xích (10, 20 hoặc 50 vạch) và panme 0,01 mm trên vật ngẫu nhiên, với khung phóng to thang đo. Có thể bật sai số vạch 0: khép mỏ để đọc sai số rồi trừ đi khi đo. Nhập số đo, chương trình nhận xét lỗi thường gặp (quên trừ sai số vạch 0, đọc sai thang chính hay vạch nửa milimét) và giải từng bước.

Mô hình 3D một ngôi nhà có tấm pin mặt trời trên mái: chọn vĩ độ, ngày trong năm và giờ, Mặt Trời chạy theo đường đi thật trên bầu trời. Chỉnh góc nghiêng β và hướng của tấm pin để thấy góc tới θ, cường độ bức xạ G ∝ cos θ, công suất P = η·A·G, đồ thị công suất trong ngày, điện năng cả ngày (kWh), góc nghiêng tốt nhất so với vĩ độ và mức đáp ứng nhu cầu điện của một hộ gia đình.

Cảnh 3D xoay được: Trái Đất chuyển động trên quỹ đạo elip thật quanh Mặt Trời, trục nghiêng 23,44° luôn giữ nguyên hướng trong không gian; vòng vĩ tuyến đang chọn tô cam ở phần ban ngày, xám ở phần ban đêm. Kéo ngày trong năm hoặc bấm Chạy để thấy vĩ độ Mặt Trời lên thiên đỉnh, khoảng cách tới Mặt Trời, độ dài ngày, độ cao Mặt Trời giữa trưa và bức xạ trong ngày ở vĩ độ đã chọn. Đồ thị cả năm so sánh hai vĩ độ đối xứng ở hai bán cầu. Đưa trục về 0° để thấy các mùa biến mất, và thấy Trái Đất gần Mặt Trời nhất vào đầu tháng 1.

Biểu đồ nhiệt độ (đường) và lượng mưa (cột) 12 tháng của mười thành phố thuộc các kiểu khí hậu khác nhau: xích đạo, nhiệt đới gió mùa, xavan, hoang mạc nóng, Địa Trung Hải, cận nhiệt ẩm, ôn đới hải dương, ôn đới lục địa, đài nguyên, gồm cả các thành phố ở Nam bán cầu. Bảng số liệu tự tính nhiệt độ trung bình năm, biên độ nhiệt, tổng lượng mưa, các tháng khô và cho biết bán cầu. Chọn kiểu khí hậu rồi bấm Kiểm tra để nhận nhận xét theo cách phân loại Köppen giản lược; chế độ Tự dựng cho kéo cột mưa và điểm nhiệt độ để tạo trạm của riêng mình, chế độ So sánh đặt hai thành phố trên cùng một biểu đồ.

Cùng một hình vẽ được dựng hai cách: ảnh vector lưu công thức của từng hình nên vẽ lại ở mọi độ phóng đều nét, ảnh bitmap lưu lưới điểm ảnh nên phóng to là thấy răng cưa từng ô vuông. Học sinh kéo thanh phóng, kéo chuột để di chuyển khung nhìn, đổi độ phân giải lưới và số hình. Dung lượng được tính ngay: bitmap bằng rộng nhân cao nhân độ sâu màu chia 8, còn vector chỉ phụ thuộc số hình chứ không phụ thuộc độ phóng.

Enzyme (có trung tâm hoạt động) và cơ chất chuyển động, va chạm; khi cơ chất khớp trung tâm hoạt động thì bị biến đổi thành sản phẩm. Học sinh kéo nhiệt độ, pH, nồng độ cơ chất, thêm chất ức chế cạnh tranh hoặc không cạnh tranh và quan sát tốc độ tạo sản phẩm; đồ thị hoạt tính theo nhiệt độ và pH có điểm đang làm việc, enzyme biến tính khi quá nóng.

Bảng tuần hoàn 36 nguyên tố đầu tô màu/kích thước theo bán kính nguyên tử, độ âm điện Pauling, năng lượng ion hoá thứ nhất hoặc tính kim loại – phi kim. Bấm một nguyên tố để xem số liệu thật và đồ thị biến đổi theo chu kì hoặc theo nhóm; kết luận xu hướng hiện ngay bên dưới.

Bề mặt cong của Trái Đất được trải phẳng theo ba phép chiếu: hình trụ đứng (giữ đúng góc và hình dạng nhưng phóng đại diện tích về phía hai cực), hình nón đứng (đúng ở vùng vĩ độ trung bình) và phương vị cực (đúng ở quanh cực). Bấm vào bản đồ hoặc kéo thanh vĩ độ để đặt vòng tròn chuẩn bán kính 800 km rồi bấm Chạy: vòng tròn di chuyển từ Xích đạo về cực và phình to dần theo hệ số phóng đại diện tích. Bảng số liệu so sánh diện tích Greenland (2,17 triệu km²) với châu Phi (30,3 triệu km²) theo diện tích thật và theo diện tích vẽ trên phép chiếu đang chọn.

Đề bài cho ba hình chiếu vuông góc của một vật thể ghép từ các khối lập phương (hình chiếu đứng, hình chiếu bằng, hình chiếu cạnh theo phương pháp chiếu góc thứ nhất, cạnh khuất vẽ nét đứt). Học sinh đặt khối theo từng tầng để dựng lại vật thể, xem hình chiếu trục đo của vật vừa dựng, hoặc chọn hình chiếu trục đo đúng trong bốn phương án; bấm Kiểm tra để thấy hình chiếu nào khớp và chỗ sai khác tô đỏ ngay trên đề. Có sáu vật thể mẫu khó dần và đề ngẫu nhiên; chế độ 3D cho dựng khối trực tiếp trong góc ba mặt phẳng hình chiếu.

Một chi tiết cơ khí 3D (bạc có vai, mặt bích có lỗ bu lông, giá đỡ có lỗ bậc) bị mặt phẳng cắt di động cắt ra; phần phía trước trượt đi để lộ mặt cắt được gạch 45°. Bên cạnh là bản vẽ theo phương pháp chiếu góc thứ nhất: hình cắt toàn bộ, một nửa hoặc cục bộ được dựng tự động từ khối 3D, hình chiếu bằng có vết mặt phẳng cắt (nét chấm gạch, đậm ở hai đầu, mũi tên và chữ A), hình cắt ghi A–A, diện tích phần gạch cập nhật khi dời mặt phẳng cắt.

Bấm đồng hồ đo thời gian 1, 10 hoặc 20 dao động của con lắc đơn, tự tay hoặc nhờ người đo mô phỏng có thời gian phản xạ ngẫu nhiên. Mỗi lần đo cho T và T², hiện độ bất định do phản xạ; đồ thị T² theo L có đường thẳng khớp, từ hệ số góc k tính g = 4π²/k kèm sai số. Có thể tăng biên độ góc để thấy sai số hệ thống.

Viên đạn khối lượng m bay với vận tốc v, cắm vào khối gỗ M treo trên thanh nhẹ dài L. Va chạm mềm bảo toàn động lượng nhưng mất phần lớn động năng; sau đó khối gỗ đu lên độ cao h nhờ bảo toàn cơ năng. Biểu đồ so sánh động lượng, năng lượng trước – sau va chạm; chế độ đo ẩn v để học sinh tự tính từ h.

Ba khung làm việc với ảnh bitmap. Vẽ trên lưới điểm ảnh rồi xem mã bit của từng điểm và độ dài ảnh sau khi nén bằng mã hoá loạt dài (RLE). Kéo ba thanh R, G, B để pha màu bằng ánh sáng, đọc mã hex và dạng nhị phân của từng kênh. Đổi độ sâu màu 1, 2, 4, 8, 24 bit và độ phân giải để thấy bảng màu thu hẹp, ảnh mẫu bị giảm màu và dung lượng tính theo bit, byte, kB, KiB.

Đồ thị nhiệt độ sôi thực của dãy H₂O–H₂S–H₂Se–H₂Te, HF–HCl–HBr–HI, NH₃–PH₃–AsH₃–SbH₃ và CH₄–SiH₄–GeH₄–SnH₄ theo chu kì. Học sinh bật/tắt từng dãy, chạm vào một điểm để xem mô hình phân tử: H₂O, HF, NH₃ có liên kết hydrogen (nét đứt) giữa các phân tử nên sôi cao bất thường so với đường ngoại suy, còn H₂S, HCl, CH₄ chỉ có tương tác van der Waals.

Thí nghiệm ảo: cho CaCO₃ (dạng viên hoặc bột) hoặc Zn vào 50 mL dung dịch HCl, khí CO₂ hoặc H₂ đẩy pít-tông của xi lanh đo khí, đồng hồ bấm giây chạy cùng đồ thị V(t). Học sinh kéo hai mốc thời gian để tính tốc độ trung bình (cát tuyến) và tốc độ tức thời (tiếp tuyến), rồi đổi nồng độ, nhiệt độ, diện tích bề mặt và so sánh các lần đo trên cùng một đồ thị.

Hai vectơ u, v vẽ từ gốc O trên lưới toạ độ; học sinh kéo ngọn của u, v (bắt vào lưới) và chọn phép toán. Tổng theo quy tắc hình bình hành, hiệu u − v nối ngọn v tới ngọn u, tích k·u cùng phương, tích vô hướng u·v = |u||v|cos(u, v) = x₁x₂ + y₁y₂ với góc và hình chiếu hiện rõ; toạ độ và số liệu cập nhật tức thì.

Mỗi giấy phép được mô tả bằng bốn quyền: xem và tải về, chia sẻ nguyên bản, sửa đổi tạo bản mới, dùng vào việc có thu tiền. Học sinh chọn loại nội dung, giấy phép và mục đích sử dụng, chương trình đối chiếu quyền mà mục đích đó đòi hỏi với quyền mà giấy phép cho, rồi kết luận được phép, được phép kèm điều kiện hay không được phép. Hai công tắc ghi nguồn và phát hành lại cùng giấy phép cho thấy điều kiện chưa thoả thì kết luận đổi ngay.

Phage bám lên vi khuẩn, bơm DNA vào, tế bào chủ tổng hợp DNA và protein vỏ, lắp ráp thành hàng chục virus mới rồi phá vỡ tế bào phóng thích (chu trình sinh tan). Ở chu trình tiềm tan, DNA virus gắn vào nhiễm sắc thể vi khuẩn thành prophage, nhân lên cùng tế bào chủ qua các lần phân chia cho tới khi bị cảm ứng (tia UV) chuyển sang sinh tan. Học sinh bấm từng giai đoạn, đổi tốc độ và số virus phóng thích.

Bật, tắt từng yếu tố tác động tới khí hậu: ba chu kì Milankovitch (độ lệch tâm khoảng 100 000 năm, độ nghiêng trục khoảng 41 000 năm, tuế sai khoảng 23 000 năm), thay đổi bức xạ Mặt Trời, sol khí núi lửa và CO₂ từ nhiên liệu hoá thạch. So sánh nhiệt độ và CO₂ của mô hình với bản ghi kiểu lõi băng trong 800 000 năm (các thời kì băng hà – gian băng) và trong 2000 năm gần đây. Thêm CO₂ hoá thạch cho thấy mức hiện nay vượt ra ngoài dải tự nhiên. Ghi các thí nghiệm vào bảng để so sánh.

Thí nghiệm ảo hai cách đo tốc độ phản ứng không cần thu khí. Dấu thập biến mất: Na₂S₂O₃ + HCl tạo lưu huỳnh làm dung dịch đục dần, học sinh bấm giờ tới khi không còn thấy dấu thập, tính 1/t rồi vẽ 1/t theo nồng độ và theo nhiệt độ. Máy so màu: tím tinh thể mất màu trong NaOH dư, độ hấp thụ A giảm theo thời gian; so sánh đồ thị A, ln A, 1/A để thấy phản ứng bậc 1 theo chất màu và tính hằng số tốc độ k.

Mô hình 3D xoay được cho thấy orbital 2s và 2p của nguyên tử trung tâm trộn thành các orbital lai hoá sp³ (CH₄, NH₃, H₂O), sp² (C₂H₄, BF₃) và sp (C₂H₂, CO₂), hướng và góc giữa chúng, rồi liên kết σ do xen phủ trục và liên kết π do các orbital p không lai hoá xen phủ bên. Học sinh đi qua ba bước, đếm số liên kết σ và π, theo dõi sơ đồ ô electron và chuyển sang mô hình bóng – que.

Tấm kim loại gấp thành lăng trụ, hình trụ, trụ bị cắt vát, hình nón hoặc nón cụt được trải phẳng từng dải trong không gian 3D, kéo thanh trượt để gấp lại hay trải ra. Bên dưới là bản vẽ khai triển theo phương pháp chiếu góc thứ nhất: hình chiếu đứng, hình chiếu bằng chia 12 phần, đường gióng chuyển độ dài thật của đường sinh sang hình khai triển, đường gấp, chu vi πD, bán kính và góc ở tâm của hình quạt khai triển hình nón.