Mô phỏng Trung học phổ thông

Đường giá thuê đất sẵn sàng trả (bid-rent) của thương mại, công nghiệp và nhà ở giảm dần theo khoảng cách tới CBD; người trả giá cao nhất có được đất, tạo nên các vành đai đồng tâm Burgess. Thêm đường giao thông hướng tâm để có các hình quạt Hoyt, thêm hạt nhân phụ để có mô hình đa nhân, đọc giá đất và mật độ dân số ở mỗi điểm. Xem các mô hình thành phố thiên hà, Mỹ La-tinh, châu Phi, Đông Nam Á và so sánh chúng với hai thành phố giả định.

Trắc diện dọc của một con sông dài 100 km, chia thượng lưu, trung lưu và hạ lưu. Kéo điểm khảo sát dọc sông để đọc lưu lượng, chiều rộng, độ sâu, vận tốc, cỡ và độ tròn của hạt tải đáy theo mô hình Bradshaw, xem mặt cắt ngang thung lũng và lòng sông, và dùng đồ thị Hjulström để biết mỗi cỡ hạt bị xói, được vận chuyển hay lắng đọng. Cho thời gian chạy để thấy từng dạng địa hình hình thành: thung lũng chữ V và mỏm núi đan xen, thác nước lùi dần tạo hẻm vực, khúc uốn dịch chuyển rồi bị cắt thành hồ móng ngựa, lũ bồi đê tự nhiên và bãi bồi, châu thổ hoặc cửa sông hình phễu.

Bản đồ và mặt cắt dọc một thung lũng núi dài 30 km. Đổi nhiệt độ và lượng tuyết rơi để thay đổi cân bằng khối lượng của sông băng (tích tụ và tiêu hao, đường cân bằng ELA) rồi xem sông băng tiến xuống đồng bằng hay lùi về đài băng. Phong hoá băng giá, bứt đá và mài mòn khoét đài băng, sống núi sắc, đỉnh hình chóp, máng băng chữ U, thung lũng treo và hồ dải; khi băng tan để lại băng tích cuối, băng tích lùi, băng tích bên, đồi drumlin, đá tảng lạc và đồng bằng băng thuỷ. Có thêm địa hình vùng ven băng (băng giá vĩnh cửu) và bảng sử dụng đất, du lịch ở vùng núi băng hà.

Lập cơ cấu nguồn điện cho một quốc gia từ than, dầu, khí, hạt nhân, thuỷ điện, địa nhiệt, thuỷ triều, mặt trời, gió và sinh khối để đáp ứng nhu cầu điện. Mô hình chạy cả năm theo từng giờ và so sánh phát thải CO₂, chi phí, số giờ đủ điện, mức phụ thuộc nhiên liệu nhập khẩu, diện tích đất và tỉ lệ tái tạo với cơ cấu thực tế năm 2023 của 12 nước và cả thế giới; bản đồ thế giới cho thấy cung năng lượng và mức tự chủ năng lượng (thừa hay thiếu) của 21 nước các năm 2000, 2010 và 2023.

Bản đồ một đoạn bờ biển dài 3 km và mặt cắt ngang tại chỗ bạn chọn. Đặt kiểu sóng (sóng bồi tụ hay sóng phá huỷ), đà gió, hướng gió thịnh hành, độ bền của đá cứng và kiểu bờ (đá cứng, đá mềm xếp vuông góc hay song song với bờ), rồi cho thời gian chạy hàng trăm năm: sóng khúc xạ dồn năng lượng vào mũi đất, tạo hang, vòm, cột đá, gốc đá và nền mài mòn; vịnh lõm vào ở đá mềm; dòng vận chuyển ven bờ đưa cát dọc bờ, bồi bãi biển và doi cát ở cửa sông. Chọn tường chắn sóng, kè đá, mỏ hàn, nuôi bãi, phục hồi cồn cát hoặc rút lui có kiểm soát để so với bờ không can thiệp: nhà bị mất, nhà có nguy cơ ngập, chi phí và tác động tới đoạn bờ phía cuối dòng.

Một quốc gia giả định với dân số tăng, diện tích canh tác, nguồn nước, phân bón, tưới tiêu, hạn hán, xung đột, chế độ ăn, lãng phí và nhập khẩu. Học sinh theo dõi năng lượng khẩu phần bình quân, tỉ lệ thiếu dinh dưỡng và chỉ số giá lương thực trong 40 năm, so sánh quan điểm Malthus với Boserup, thử các giải pháp quy mô lớn và bền vững, xem cái giá về nước, phát thải, đất và rừng, cùng bản đồ thiếu dinh dưỡng thế giới theo khu vực.

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.

Chọn dẫn xuất halogen bậc I, II hoặc III, tác nhân (nucleophile mạnh, base mạnh, base cồng kềnh hay nucleophile yếu), dung môi và nhiệt độ để xem con đường nào thắng: SN2, SN1, E2 hay E1. Mô phỏng hiện tỉ lệ sản phẩm, carbocation trung gian, alkene theo quy tắc Zaitsev hoặc Hofmann và hoạt cảnh từng cơ chế.

Hai cân bằng có màu trong ống nghiệm: Fe³⁺ + SCN⁻ ⇌ FeSCN²⁺ (đỏ máu) và [Co(H₂O)₆]²⁺ (hồng) + 4Cl⁻ ⇌ [CoCl₄]²⁻ (xanh) + 6H₂O. Thêm thuốc thử, thêm nước, kết tủa bớt một ion hoặc đổi nhiệt độ bể nước rồi theo dõi màu, đồ thị nồng độ theo thời gian và vị trí của Qc so với Kc: thêm hay bớt chất chỉ làm Qc thay đổi, còn Kc chỉ đổi theo nhiệt độ (chiều thuận của cân bằng cobalt thu nhiệt).

Đặt hai mẫu chất lên cân (nguyên tố, nước, muối ăn, đá vôi, đường mía), chọn so sánh cùng khối lượng hoặc cùng số mol rồi kéo thanh trượt. Mô phỏng tính khối lượng mol từ công thức, số mol n = m/M và số hạt N = n × Nₐ; kính lúp cho thấy tỉ lệ số hạt, cân lệch khi khối lượng khác nhau, thang logarit và các hình dung (hạt cát, đếm từng hạt, chồng giấy) giúp cảm nhận độ lớn của số Avogadro.

So sánh nhiệt độ sôi thật (gần đúng, ở 1 atm) của sáu dãy chất: alkane C₁–C₈, ba đồng phân C₅H₁₂, HCl – HBr – HI, các chất có M ≈ 44–46 g/mol, cặp alcohol – alkane cùng khối lượng và H₂O – H₂S. Đun nóng hay làm lạnh để thấy các phân tử trong khung hạt tách xa nhau khi qua nhiệt độ sôi, biểu đồ cột cập nhật chất nào đã sôi, kèm nét lực London, lưỡng cực – lưỡng cực và liên kết hydrogen giữa các phân tử cùng lời giải thích vì sao lực nào chiếm ưu thế.

Treo lần lượt các quả nặng vào lò xo để đo độ giãn ở vị trí cân bằng qua ba màn hình: Kéo giãn, Nảy, Phòng thí nghiệm. Học sinh lập bảng khối lượng - độ giãn để rút ra lò xo cùng độ cứng thì mg/độ giãn không đổi, quan sát dao động tắt dần ở màn Nảy, rồi dùng lò xo Mềm/Cứng đã biết độ cứng để xác định khối lượng vật bí ẩn ở màn Phòng thí nghiệm. Phỏng theo mô phỏng "Masses and Springs: Basics" của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder (CC BY 4.0); đã viết lại.

Ba màn hình khám phá định luật Hooke: Giới thiệu kéo hoặc nén một hay hai lò xo nằm ngang độc lập, đọc lực tác dụng, độ cứng, độ biến dạng cùng vectơ lực đàn hồi; Hệ lò xo ghép nối tiếp hoặc song song để so sánh độ cứng tương đương; Năng lượng vẽ đồ thị lực theo độ biến dạng và diện tích tam giác biểu diễn thế năng đàn hồi ½·k·Δl². Học sinh kéo trực tiếp đầu lò xo trên hình hoặc dùng thanh trượt lực, độ cứng và xem số liệu cập nhật theo thời gian thực. Phỏng theo mô phỏng "Hooke's Law" của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder (CC BY 4.0); đã viết lại.

Bốn màn hình khám phá chuyển động ném: Giới thiệu chỉnh độ cao bệ phóng, góc bắn, tốc độ đầu và vật bắn để ngắm trúng đích; Vectơ hiện các vectơ vận tốc thành phần, vận tốc tổng hợp và gia tốc tại một điểm bất kỳ trên quỹ đạo; Cản không khí so sánh quỹ đạo có và không có sức cản theo vật và độ cao so với mực nước biển; Phòng thí nghiệm cho tuỳ chỉnh khối lượng, đường kính, hệ số cản và gia tốc trọng trường. Có thước dây đo khoảng cách, đầu dò đọc thời gian/tầm bay/độ cao tại bất kỳ điểm nào trên quỹ đạo, và giữ lại nhiều vệt bắn để so sánh. Phỏng theo mô phỏng "Projectile Motion" của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder (CC BY 4.0); đã viết lại.

Thả các chất vào hai phía màng sinh chất rồi gắn thêm kênh protein, chất mang và bơm để xem chúng đi qua màng. Bốn màn: Khuếch tán đơn giản (O₂, CO₂ qua lớp phospholipid kép), Khuếch tán tăng cường (kênh rò, kênh có cổng, chất mang glucose), Vận chuyển chủ động (bơm Na⁺–K⁺ dùng ATP, đồng vận chuyển Na⁺–glucose) và Sân chơi kết hợp tất cả. Phỏng theo mô phỏng "Membrane Transport" của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder (CC BY 4.0); đã viết lại.

Bắn chùm hạt alpha vào hạt nhân nguyên tử và theo dõi quỹ đạo cong do lực đẩy Coulomb: đa số hạt đi thẳng, một số lệch góc lớn, cực hiếm hạt bật ngược trở lại. Chuyển sang mô hình Thomson (điện tích dương phân bố đều) để thấy gần như không hạt nào lệch nhiều — trái với thực nghiệm. Có hạt "ngắm" theo khoảng nhắm b tự chọn để đối chiếu góc lệch mô phỏng với công thức tan(θ/2) = k·q1·q2/(2·E·b), và chế độ nhiều hạt nhân mô phỏng lá vàng. Phỏng theo mô phỏng "Rutherford Scattering" của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder (CC BY 4.0); đã viết lại.

Thí nghiệm ảo với thanh có trục quay ở giữa và các lỗ cách đều: học sinh kéo quả cân treo vào lỗ hai bên, thanh nghiêng về phía có momen lớn hơn và chỉ nằm ngang khi M₁ = F₁·d₁ bằng M₂ = F₂·d₂. Bảng ghi từng lần treo để đối chiếu quy tắc momen; chế độ ngẫu lực cho thấy hai lực bằng nhau ngược chiều chỉ làm thanh quay với M = F·d.

Thí nghiệm ảo: vật trượt không vận tốc đầu trên ván nghiêng góc α, đồng hồ hiện số với hai cổng quang đo thời gian t vật đi hết quãng L. Học sinh nâng góc, thả vật nhiều lần, bảng số liệu tự tính a = 2L/t² và μ = tanα − a/(g·cosα), rồi so sánh giá trị trung bình với μ của cặp vật liệu đã chọn.

Trục Trái Đất nghiêng 23,5° nên độ cao Mặt Trời lúc giữa trưa và độ dài ngày đổi theo vĩ độ và theo ngày trong năm. Chọn nơi quan sát và ngày để xem đường đi của Mặt Trời trên bầu trời, giải thích vì sao Việt Nam có hai lần Mặt Trời qua thiên đỉnh còn vùng cực có ngày trắng đêm đen.

Cùng một nguồn nhiệt công suất P đun hai chất khác nhau. Nhiệt lượng Q = m·c·Δt nên chất có nhiệt dung riêng lớn (nước) nóng lên chậm hơn hẳn nhôm hay dầu cùng khối lượng. Đồ thị nhiệt độ theo thời gian cho thấy độ dốc tỉ lệ nghịch với m·c.

Ném vật với vận tốc đầu v0, góc α so với phương ngang, gia tốc trọng trường g. Hiện quỹ đạo, tầm xa L = v0²·sin(2α)/g, độ cao cực đại và thời gian bay. Bấm Bắn để chạy lại.

Mạch R, L, C nối tiếp dưới điện áp xoay chiều: đồ thị u và i lệch pha, giản đồ vectơ và đường cong cường độ dòng điện theo tần số. Chỉnh L, C hoặc tần số tới khi Z_L = Z_C, dòng điện đạt cực đại và u cùng pha với i — đó là cộng hưởng điện, nguyên lí dò kênh của radio.

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.

Chiếu ánh sáng có bước sóng đổi được vào các kim loại khác nhau. Electron chỉ bật ra khi năng lượng photon hf vượt công thoát A, bất kể cường độ sáng mạnh đến đâu — điều mà thuyết sóng không giải thích nổi. Đồ thị động năng cực đại theo tần số cho ra đúng hằng số Planck.