Mô phỏng Khoa học tự nhiên

Phiên bản rút gọn: thả người trượt từ các độ cao khác nhau trên máng cong và quan sát biểu đồ năng lượng. Học sinh bật ma sát để thấy cơ năng giảm dần và chuyển thành nhiệt. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Một ngày 24 giờ chạy hết trong khoảng 10 giây. Đồ thị miền chồng cho thấy công suất phát của pin mặt trời (chỉ có ban ngày), tua bin gió và nhiệt điện than, còn đường màu đỏ là nhu cầu điện của khu dân cư với đỉnh vào buổi tối. Nhiệt điện phải bù đúng phần thiếu để cung bằng cầu; kéo các thanh công suất mặt trời, gió, nhu cầu và bật pin tích trữ để xem điện năng mỗi nguồn, tỉ lệ năng lượng tái tạo và khối lượng CO₂ thải ra trong ngày thay đổi thế nào.

Mô hình quả cầu – que của methane CH₄, ethane C₂H₆, propane C₃H₈ và ethylene C₂H₄ tự xoay trong không gian; kéo để xoay theo ý muốn. Bảng bên cạnh đếm số liên kết C–H, C–C đơn, C=C đôi, góc liên kết, công thức cấu tạo, và phương trình đốt cháy đã cân bằng (kèm phản ứng cộng bromine của alkene) để phân biệt hydrocarbon no và không no.

Đổi số mol chất tan và thể tích dung dịch bằng hai thanh trượt, nồng độ mol hiện ngay trên màn hình. Học sinh đổi chất tan để thấy giới hạn bão hoà của mỗi chất là khác nhau. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Làm nóng, làm lạnh để thấy rắn, lỏng, khí ở cấp phân tử. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Cốc chứa dung dịch acid hoặc base có sẵn chất chỉ thị (quỳ tím, phenolphthalein hoặc giấy pH vạn năng). Học sinh nhỏ từng mL HCl hoặc NaOH từ hai burette (bấm nút hoặc chạm vào cốc), thấy màu chỉ thị đổi, kim trên thang pH dịch chuyển và đường cong pH theo thể tích. Số mol H⁺, OH⁻ và phương trình trung hoà hiện liên tục để đối chiếu điểm trung hoà.

Kéo thanh phóng đại (hoặc bấm từng cấp) để đi từ tế bào → mô → cơ quan → hệ cơ quan → cơ thể ở người (tế bào cơ tim → mô cơ tim → tim → hệ tuần hoàn → cơ thể) và ở cây (tế bào thịt lá → mô mềm → lá → hệ chồi → cây). Mỗi cấp có hình minh hoạ chuyển cảnh mượt, tên và vai trò; chế độ tự chạy trình chiếu cả chuỗi.

Đòn bẩy có điểm tựa ở giữa (bập bênh, cân) hoặc ở một đầu (xe cút kít). Kéo hai vật/lực dọc theo thanh để đổi cánh tay đòn d₁, d₂; thanh nghiêng về phía có moment lớn hơn, cân bằng khi F₁·d₁ = F₂·d₂. Moment mỗi bên, lực cần thiết để cân bằng và kết luận lợi về lực hiện liên tục.

Cho số phân tử chất tham gia tuỳ ý vào phản ứng và xem bao nhiêu sản phẩm tạo thành, bao nhiêu chất còn dư. Học sinh làm ví dụ bánh mì kẹp trước rồi áp dụng cho phản ứng tạo nước, tạo ammonia. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Cây đậu mọc trong chậu: thân và rễ dài ra từng đoạn theo thời gian. Kéo nguồn sáng (hoặc nguồn nước) sang trái, sang phải rồi xem ngọn cây cong về phía kích thích sau vài ngày, trong khi rễ mọc ngược lại. Đổi kiểu kích thích để so sánh hướng sáng, hướng nước, hướng trọng lực (đặt chậu nằm ngang) và hướng tiếp xúc của tua cuốn. Góc lệch của thân so với phương thẳng đứng được đo và hiện liên tục.

Bình lên men chứa dung dịch đường glucose: bật men rượu, bọt khí CO₂ sủi lên và cột ethanol dâng dần theo ngày. Chương trình tính khối lượng ethanol tạo ra theo phương trình C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ rồi quy ra độ rượu bằng thể tích ethanol chia thể tích dung dịch nhân 100. Chuyển sang giai đoạn lên men giấm để oxi hoá ethanol thành acetic acid và xem nồng độ giấm, hoặc giai đoạn ester hoá để đun acid với alcohol có H₂SO₄ đặc tạo ester thơm. Kéo nhiệt độ để thấy men hoạt động mạnh nhất quanh 30 °C và chết khi trên 40 °C.

Nửa trên: tia sáng đi từ môi trường n₁ sang n₂, kéo nguồn sáng để đổi góc tới, thấy góc khúc xạ theo định luật Snell n₁·sin i = n₂·sin r và hiện tượng phản xạ toàn phần khi vượt góc tới hạn. Nửa dưới: vật sáng đặt trước thấu kính hội tụ hoặc phân kì, kéo vật để đổi khoảng cách d, ba tia đặc biệt dựng ảnh và công thức 1/f = 1/d + 1/d′ cho vị trí, tính chất, độ phóng đại của ảnh.

Chọn số hiệu nguyên tử Z bằng nút ± hoặc bấm vào ô trong bảng tuần hoàn mini. Mô phỏng vẽ hạt nhân gồm proton, neutron và các electron chuyển động trên từng lớp theo mô hình Bohr (lớp 1 tối đa 2e, lớp 2 tối đa 8e, lớp 3 tối đa 8e). Học sinh thấy số p = số e = Z, khối lượng nguyên tử ≈ số p + số n (amu), số lớp = số thứ tự chu kì, số electron lớp ngoài cùng = số thứ tự nhóm A, và vị trí ô/chu kì/nhóm được tô sáng trên bảng.

Mạch gồm pin, công tắc, bóng đèn, ampe kế mắc nối tiếp và vôn kế mắc song song với đèn. Bấm công tắc để đóng/ngắt: electron chạy trong dây, đèn sáng theo công suất, ampe kế và vôn kế hiện số đo; đổi số pin, số đèn và cách mắc (nối tiếp/song song) để so sánh I, U. Cảnh phụ: cọ xát thước nhựa vào vải rồi đưa lại gần vụn giấy để thấy hiện tượng nhiễm điện.

Di chuyển la bàn quanh thanh nam châm để vẽ ra hình ảnh các đường sức từ. Học sinh bật chế độ Trái Đất để hiểu vì sao kim la bàn luôn chỉ hướng bắc - nam. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Quần thể bướm đêm gồm cá thể màu sáng (dd) và màu tối (DD, Dd) đậu trên thân cây. Mỗi thế hệ chim ăn nhiều hơn những con nổi bật trên nền, các con sống sót sinh sản tạo thế hệ mới; tần số allele và tỉ lệ kiểu hình đổi dần theo đồ thị. Đổi màu nền (chạm vào thân cây, hoặc để nền tối dần do ô nhiễm công nghiệp) và áp lực chọn lọc để thấy hướng tiến hoá thay đổi.

Kéo thanh nam châm ra vào cuộn dây (bằng tay hoặc tự động), kim điện kế lệch theo tốc độ và số vòng dây; dừng nam châm thì kim về 0. Chuyển sang chế độ nam châm quay để thấy suất điện động đổi chiều tuần hoàn – dòng điện xoay chiều. Đồ thị suất điện động theo thời gian, số đường sức từ qua cuộn dây và chiều dòng cảm ứng hiện liên tục.

Chạy hoạt hình bốn bước của một hình thức sinh sản: giâm cành, chiết cành, nảy chồi ở thuỷ tức (vô tính) hoặc thụ phấn – thụ tinh – tạo hạt và quả ở cây có hoa (hữu tính). Mỗi lần sinh ra một đời con, chương trình vẽ các cá thể con với ba cặp gene quy định màu hoa, dạng lá, chiều cao. Bảng so sánh đếm số cá thể giống hệt cây mẹ và số kiểu tổ hợp khác nhau, cho thấy sinh sản vô tính cho đời con giống hệt mẹ còn sinh sản hữu tính tạo ra biến dị đa dạng.

Viên bi trượt trên máng lòng chảo hoặc dốc nối mặt phẳng ngang. Kéo bi đến độ cao muốn rồi thả: thanh động năng Wđ = ½mv² và thế năng Wt = mgh đổi qua lại, tổng cơ năng không đổi khi không ma sát; bật ma sát thì phần cơ năng chuyển thành nhiệt hiện rõ. Đồ thị năng lượng theo thời gian, công của trọng lực và công suất hiện liên tục.

Chọn thiết bị (đèn sợi đốt, đèn LED, quạt điện, ấm đun nước, xe máy, pin mặt trời): các hạt năng lượng chảy từ nguồn vào thiết bị rồi tách thành phần có ích (xanh) và phần hao phí (đỏ, thường là nhiệt) theo hiệu suất. Thanh năng lượng và bộ đếm cho thấy tổng năng lượng ra luôn bằng năng lượng vào; kéo thanh hiệu suất để so sánh thiết bị tiết kiệm và lãng phí năng lượng.

Chọn sinh vật rồi bấm Chạy: các giai đoạn của vòng đời (trứng → sâu → nhộng → bướm; trứng → nòng nọc → ếch; hạt → cây mầm → cây trưởng thành ra hoa, kết quả) lần lượt sáng lên theo ngày, kèm đường cong sinh trưởng (kích thước tăng dần rồi ổn định). Kéo thanh trượt nhiệt độ và dinh dưỡng ngay trên hình: nhiệt độ thuận lợi (khoảng 25–30 °C) làm vòng đời ngắn lại, quá lạnh hoặc quá nóng thì sinh vật ngừng phát triển; thiếu dinh dưỡng thì lớn chậm và nhỏ hơn. Bấm vào một giai đoạn hoặc kéo trên dòng thời gian để tua.

Học sinh kéo vật đặt lên thước sao cho một đầu trùng vạch 0, đọc số đo theo độ chia nhỏ nhất (ĐCNN) và thấy sai số đọc. Sau đó thả vật vào bình chia độ: mực nước dâng lên, đọc V₁, V₂ và tính thể tích vật V = V₂ − V₁. Đổi ĐCNN của thước và bình để thấy kết quả ghi thay đổi theo dụng cụ.

Cho chất tan vào nước, thêm nước hoặc cho bay hơi rồi theo dõi nồng độ mol thay đổi. Học sinh quan sát màu dung dịch đậm nhạt và nhận ra khi nào dung dịch bão hoà, còn chất rắn không tan hết. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Luyện đọc sáu dụng cụ đo có thang chia: nhiệt kế, lực kế lò xo, ống đong, thước kẻ, đồng hồ bấm giây kim và ampe kế kim. Mỗi lần một số đo ngẫu nhiên trên thang đo ngẫu nhiên: học sinh tìm độ chia nhỏ nhất trước, rồi nhập số đọc kèm đơn vị và nhận phản hồi về giá trị, đơn vị, số chữ số, mặt khum và sai số thị sai khi mắt nhìn lệch.