Mô phỏng Vật lý Lớp 11

Electron tự do trong dây kim loại chuyển động hỗn loạn với tốc độ cỡ 10⁵ m/s và va chạm với các ion dao động của mạng tinh thể; khi có dòng điện, chúng trôi thêm rất chậm ngược chiều điện trường. Đổi cường độ dòng điện, tiết diện, kim loại và nhiệt độ để đọc tốc độ trôi v = I/(neS), điện trường E = ρJ, thời gian trung bình giữa hai va chạm τ và độ linh động μ = v/E, và thấy vì sao kim loại nóng hơn có điện trở suất ρ = m/(ne²τ) lớn hơn.

Mô hình 3D xoay được: đặt điện tích điểm, dây thẳng tích điện, mặt phẳng tích điện hoặc vỏ cầu tích điện, rồi chọn mặt Gauss là mặt cầu, mặt trụ hay hộp, đổi cỡ, nghiêng và dời mặt. Mô phỏng tính số thông lượng Φ = ∮E·dA qua mặt và so với q_trong/ε₀. Màn Mặt phẳng cho thấy Φ = EA·cos θ khi xoay một mặt phẳng trong điện trường đều; màn Đối xứng → E suy ra E của điện tích điểm, dây thẳng (λ/(2πε₀r)), mặt phẳng (σ/(2ε₀)) và vỏ cầu (0 bên trong, kQ/r² bên ngoài).

Điện kế khung quay trong từ trường xuyên tâm: momen lực từ NBIA tác dụng lên khung cân bằng với momen cản kθ của lò xo xoắn, nên góc lệch θ = (NBA/k)·I tỉ lệ với cường độ dòng điện. Đo điện trở của điện kế bằng phương pháp nửa độ lệch và tìm giá trị một độ chia, rồi chuyển điện kế thành ampe kế bằng điện trở sơn, thành vôn kế bằng điện trở phụ mắc nối tiếp và thành ôm kế có thang chia không đều, so sánh với đồng hồ chuẩn trong bảng số liệu.

Thí nghiệm ảo với đèn, giá đặt mẫu và máy đo ánh sáng (lux kế). Màn Vật liệu: chiếu chùm sáng vào kính trong, kính mờ, giấy can, bìa trắng, bìa đen, giấy bóng, gương và kính lọc màu, xoay máy đo quanh mẫu để đo ánh sáng truyền qua và phản xạ, phân biệt phản xạ gương với phản xạ khuếch tán. Màn Khoảng cách: dịch máy đo xa dần một bóng đèn nhỏ để kiểm tra độ rọi tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách, có trừ phông nền, bảng số đo và đồ thị tuyến tính hoá.

Dây dài l với hai đầu cố định hoặc một đầu tự do. Đổi tần số máy rung và tốc độ truyền sóng để tìm tần số tạo sóng dừng; mô phỏng chỉ ra nút, bụng, bước sóng và kiểm tra điều kiện l = k·λ/2 (hoặc l = (2k+1)·λ/4).

Mạch kín gồm nguồn (suất điện động E, điện trở trong r) và biến trở R. Kéo con chạy biến trở ngay trên sơ đồ để thấy I = E/(R + r), hiệu điện thế mạch ngoài U = IR = E − Ir, công suất P = I²R và hiệu suất H = U/E thay đổi; đồ thị P(R) cho thấy công suất mạch ngoài lớn nhất khi R = r. Dòng electron chạy nhanh hay chậm theo I.

Tín hiệu âm tần không truyền xa được nên phải gửi kèm sóng mang cao tần. Chỉnh tần số âm tần, tần số sóng mang và độ sâu điều chế để so sánh điều biên AM (biên độ sóng mang biến thiên) với điều tần FM (tần số biến thiên), và thấy vì sao FM ít bị nhiễu biên độ hơn.

Đặt một vật dẫn (khối tròn, hình quả lê có mũi nhọn, thanh chữ nhật hoặc hộp rỗng) vào điện trường đều rồi cho electron tự do dịch chuyển: chúng dồn về một phía cho tới khi điện trường bên trong bằng 0, đường sức vuông góc với mặt vật dẫn và mật độ điện mặt σ lớn nhất ở mũi nhọn; hộp rỗng che chắn điện trường cho khoang bên trong. Màn Hai quả cầu nối hai quả cầu tích điện có bán kính khác nhau bằng dây dẫn: điện tích chuyển qua dây cho tới khi hai điện thế bằng nhau, q₁/r₁ = q₂/r₂. Màn Điện môi cho thấy tấm điện môi bị phân cực, điện tích liên kết trên hai mặt làm điện trường bên trong giảm ε lần.

Đồng hồ vạn năng số 3½ chữ số với núm xoay chọn chức năng và thang đo, bốn lỗ cắm que đo (10A, mA, COM, VΩ). Trên năm bảng thử, học sinh đo điện trở có vạch màu, đo hiệu điện thế (mắc song song) và cường độ dòng điện (tháo cầu nối, mắc nối tiếp) trong mạch một chiều, đo điện áp xoay chiều của biến áp và ổ cắm điện lưới, thử thông mạch dây cáp, cầu chì, công tắc, và dùng chức năng Diode để tìm diode, LED còn tốt hay đã hỏng. Đồng hồ hiện OL khi vượt thang, cảnh báo khi cắm sai lỗ, khi đo điện trở lúc mạch có điện hay mắc ampe kế song song, và cầu chì đứt khi quá dòng.

Hai nguồn âm thuần có tần số f₁, f₂ gần nhau chồng lên nhau tạo ra phách: độ to của âm tổng hợp lên xuống đều đặn với tần số phách bằng |f₁ − f₂|. Đồ thị vẽ từng sóng, sóng tổng và đường bao chính xác, kèm vạch độ to nhấp nháy theo đường bao; bấm nút loa để nghe chính hai âm đó. Nhiệm vụ lên dây đàn: chỉnh f₂ cho tới khi hết phách.

Diode chỉ cho dòng đi theo một chiều, nhờ đó biến điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều nhấp nhô. So chỉnh lưu nửa chu kì với chỉnh lưu cả chu kì, rồi mắc thêm tụ lọc và đổi điện dung để thấy độ nhấp nhô giảm đi — đúng cách một bộ nguồn sạc điện thoại hoạt động.

Cầu dây gồm sợi dây đồng chất dài 100 cm, hộp điện trở R ở một khe và vật cần đo Rₓ ở khe kia. Kéo con chạy dọc dây tới khi điện kế chỉ 0: tại điểm cân bằng R/Rₓ = l/(100 − l). Đổi chỗ R và Rₓ rồi lấy trung bình để khử sai số ở hai đầu dây, tính điện trở suất của dây từ chiều dài và đường kính đo bằng panme, kiểm tra định luật ghép điện trở nối tiếp và song song. Màn hình Cầu Wheatstone cho thấy điều kiện cân bằng R₁/R₂ = R₃/R₄.

Gửi một dạng sóng hoặc một tin nhắn ngắn qua kênh truyền có nhiễu và nhiều trạm lặp. Bản tương tự bị khuếch đại cả nhiễu nên kém dần sau mỗi chặng, còn bộ tái tạo khôi phục chính xác các bit số cho tới khi nhiễu vượt ngưỡng. Thẻ lấy mẫu cho chỉnh tần số lấy mẫu và độ sâu bit để thấy sai số lượng tử và dung lượng tệp; thẻ xung mã hoá chữ thành xung ánh sáng trong sợi quang hoặc xung âm trong không khí.

Thí nghiệm ảo đo tốc độ âm trong không khí bằng ba cách: đo thời gian tiếng vang từ bức tường bằng đồng hồ bấm giây (một tiếng vang hoặc vỗ đều nhiều khoảng), đo độ trễ giữa hai micro trên máy hiện sóng hai chùm tia (v = d/Δt), và dịch máy thu siêu âm tới khi hai tín hiệu lại cùng pha để đo bước sóng (v = λf). Có bảng số đo, trung bình và độ lệch chuẩn, đồ thị khớp đường thẳng và ảnh hưởng của nhiệt độ không khí.

Thực hành đo đặc tuyến vôn–ampe: nguồn một chiều điều chỉnh được, ampe kế mắc nối tiếp và vôn kế mắc song song với linh kiện. Đặt hiệu điện thế từng bước, đọc hai đồng hồ số (có sai số nhỏ), ghi bảng, vẽ đồ thị I theo V ở cả hai chiều bằng cách đảo cực nguồn và tính R = V/I tại từng điểm. So sánh điện trở (đường thẳng qua gốc), bóng đèn sợi đốt (đường cong thoải dần vì dây tóc nóng lên), diode silicon và LED đỏ (chỉ dẫn điện theo chiều thuận khi vượt ngưỡng khoảng 0,6 V và 1,8 V, có điện trở bảo vệ).