Mô phỏng Trung học phổ thông

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.

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.

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.

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.

Chọn công thức phân tử C₄H₁₀, C₅H₁₂, C₆H₁₄ hoặc C₇H₁₆ để xem đủ các đồng phân cấu tạo (2, 3, 5, 9 chất) viết dạng công thức cấu tạo thu gọn hoặc công thức khung, có tô mạch chính và đánh số. Mỗi đồng phân kèm tên thay thế theo IUPAC, bậc carbon và nhiệt độ sôi thực; biểu đồ cho thấy mạch càng phân nhánh thì nhiệt độ sôi càng thấp.

Nhúng thanh Mg, Zn, Fe, Cu hoặc Ag vào dung dịch CuSO₄, AgNO₃, FeSO₄ hoặc ZnSO₄. Học sinh dự đoán có phản ứng hay không dựa vào dãy thế điện cực chuẩn E°, rồi quan sát lớp kim loại bám trên thanh, màu dung dịch nhạt dần (Cu²⁺) và khối lượng thanh trên cân. Phương trình ion thu gọn, E°pin, Δm và bảng kết quả hiện kèm từng lần thử.

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 với máy đo pH: bắt đầu từ dung dịch HCl, CH₃COOH, NaOH hoặc NH₃ nồng độ C, mỗi lần pha loãng giữ lại 1 phần rồi thêm nước cất đến vạch (10 hoặc 100 lần). Bảng ghi pH sau từng lần và đồ thị pH theo lg(độ pha loãng) cho thấy acid mạnh tăng 1 đơn vị pH mỗi lần pha loãng 10 lần, acid yếu chỉ tăng khoảng 0,5, và pH không bao giờ vượt qua 7 vì có sự phân li của nước.

Thẻ thứ nhất: pha loãng H₂SO₄ 98% theo hai cách – rót acid vào nước (đúng: nhiệt độ tăng dần, đo bằng nhiệt kế và vẽ đồ thị theo lượng acid đã rót) hoặc rót nước vào acid (sai: nước nổi trên acid, sôi tức thì và làm acid bắn ra, kèm cảnh báo). Thẻ thứ hai: H₂SO₄ đặc làm đường hoá than thành cột carbon xốp đen và giải phóng SO₂, H₂SO₄ đặc nóng oxi hoá đồng tạo CuSO₄ và SO₂, còn H₂SO₄ loãng không tác dụng với đồng.

Năm ống nghiệm chứa dung dịch lòng trắng trứng được đun nóng, thêm HCl, ethanol, CuSO₄ và làm phản ứng biuret (NaOH + CuSO₄). Học sinh thấy protein đông tụ thành khối/kết tủa trắng và dung dịch biuret chuyển màu tím; đổi mẫu sang tripeptide, dipeptide, glycine hoặc glucose để thấy chỉ phân tử có từ 2 liên kết peptide mới cho màu tím. Bảng kết quả ghi hiện tượng và giải thích từng ống.

Bình cầu chứa đầy khí NH₃ úp ngược, ống dẫn nhúng vào chậu nước có phenolphthalein. Bóp ống nhỏ giọt cho vài giọt nước vào bình: NH₃ tan rất nhiều (≈ 700 thể tích/1 thể tích nước) làm áp suất trong bình tụt mạnh, nước bị đẩy lên phun thành tia màu hồng. Đổi sang khí HCl (với quỳ tím, methyl orange) hoặc khí N₂ ít tan để so sánh; đồng hồ áp suất và đồ thị p(t) hiện liên tục.

Chọn một chất hoặc ion (KMnO₄, H₂SO₄, NH₄⁺, Fe₃O₄, K₂Cr₂O₇, H₂O₂, NaH, SO₄²⁻…), nhập số oxi hoá của từng nguyên tố rồi kiểm tra: mô phỏng đối chiếu từng giá trị và kiểm tra tổng số oxi hoá bằng điện tích. Nút giải từng bước áp dụng lần lượt các quy tắc; thẻ thứ hai cho phản ứng mẫu để xác định chất oxi hoá, chất khử và vẽ sơ đồ nhường – nhận electron.

Các phân tử khí chuyển động hỗn loạn trong xi-lanh có pit-tông. Kéo pit-tông để đổi thể tích, trượt thanh nhiệt độ để đun nóng hoặc làm lạnh; áp suất p = nRT/V hiện ngay cùng đồ thị trạng thái (đẳng nhiệt p–V, đẳng tích p–T hoặc đẳng áp V–T) với đường lí thuyết và vết các trạng thái đã đi qua.

Bơm phân tử khí vào bình, giữ cố định nhiệt độ, áp suất hoặc thể tích rồi đổi hai đại lượng còn lại. Học sinh đọc áp kế, nhiệt kế để kiểm chứng phương trình trạng thái và xem phân bố tốc độ của 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.

Chùm tia X đi qua các lớp mô khác nhau: mô mềm hấp thụ ít, xương hấp thụ nhiều nên ảnh in lên phim có độ tương phản. Chỉnh điện áp ống phát, bề dày mô và loại mô để thấy định luật hấp thụ I = I₀·e^(−µx) quyết định chất lượng ảnh, cùng lí do phải cân nhắc liều chiếu cho bệnh nhân.

Mô hình cầu giàn thép bốn khoang với gối cố định một đầu và gối di động một đầu. Học sinh chọn kiểu giàn (Warren, Pratt, Howe), vật liệu, tiết diện thanh và đặt tải lên một nút bất kì của dàn dưới bằng cách bấm vào nút đó. Mô phỏng giải bài toán cân bằng nút để tính lực trong từng thanh, tô màu đỏ cho thanh chịu kéo và màu xanh cho thanh chịu nén, vẽ độ dày thanh theo độ lớn lực, tính ứng suất σ = F/A và so với ứng suất cho phép. Bấm Tăng tải dần để tìm tải trọng làm thanh đầu tiên bị phá hỏng.

Mẫu thử kim loại được kẹp trên máy kéo: kéo thanh trượt (hoặc bấm Kéo tự động) để tăng độ dãn, mẫu dài ra, thắt cổ chai rồi đứt. Đồ thị ứng suất σ = F/S₀ theo biến dạng ε = Δl/l₀ vẽ theo thời gian thực, đánh dấu giới hạn đàn hồi, giới hạn chảy σ_ch và giới hạn bền σ_b. Đổi vật liệu để so sánh thép CT38, thép C45, gang xám (giòn), hợp kim nhôm và đồng.

Bản đồ khí áp với một trung tâm áp cao (C) và một trung tâm áp thấp (T) kéo được, các đường đẳng áp vẽ tự động. Các phần tử không khí chuyển động từ nơi áp cao về nơi áp thấp và bị lực Cô-ri-ô-lit làm lệch hướng (lệch phải ở Bắc bán cầu, lệch trái ở Nam bán cầu) tạo xoáy nghịch quanh áp cao và xoáy thuận quanh áp thấp; đổi độ chênh khí áp, vĩ độ, bán cầu và ma sát để thấy tốc độ, hướng gió thay đổi. Ô dưới: lát cắt frông lạnh (không khí lạnh chui xuống đẩy không khí nóng lên cao, mưa dông) hoặc frông nóng (không khí nóng trườn lên, mưa dầm).

Tháp dân số theo nhóm tuổi 5 năm (nam bên trái, nữ bên phải) với ba kiểu: mở rộng (đáy rộng, dân số trẻ, tăng nhanh), ổn định (thân đều, tăng chậm) và thu hẹp (đáy hẹp, dân số già, giảm). Kéo thanh tỉ suất sinh, tỉ suất tử rồi bấm Chạy: dân số được dự báo từng năm theo phương pháp thành phần (sinh vào nhóm 0–4, tử theo từng tuổi, lên nhóm tuổi trên), tháp đổi dạng dần; hiện tổng dân số, tỉ suất gia tăng tự nhiên, tỉ lệ ba nhóm tuổi và kiểu tháp hiện tại.

Nhìn từ trên cực Bắc: sức hút của Mặt Trăng và Mặt Trời làm nước đại dương dồn thành hai bướu triều; Trái Đất tự quay nên một điểm ven bờ (chấm đỏ) gặp nước lớn, nước ròng khoảng 2 lần mỗi ngày (chu kì 12 giờ 25 phút). Kéo Mặt Trăng trên quỹ đạo: khi Mặt Trăng, Mặt Trời, Trái Đất thẳng hàng (không trăng, trăng tròn) là triều cường, khi vuông góc (trăng bán nguyệt) là triều kém; đồ thị mực nước 3 ngày cập nhật liên tục. Ô dưới: sóng biển do gió, đổi tốc độ gió và độ sâu để thấy chiều cao, bước sóng, chu kì và hiện tượng sóng bạc đầu khi vào bờ.

Bản đồ Trung Quốc tự vẽ từ toạ độ kinh vĩ độ, chia theo bốn vùng kinh tế miền Đông, miền Trung, miền Tây và Đông Bắc, có kinh tuyến 105°Đ làm ranh giới phân hoá tự nhiên đông – tây. Bấm vào một vùng để xem diện tích, số dân theo Tổng điều tra dân số năm 2020 và tỉ trọng trong GDP; kéo thanh năm 1980 đến 2020 để thấy dân số cả nước tăng chậm dần dưới tác động của chính sách dân số. Học sinh thấy rõ miền Tây rộng gần ba phần tư diện tích nhưng chỉ có hơn một phần tư số dân và một phần năm GDP.

Chế độ dạng ion: kéo thanh pH từ 0 đến 14, công thức của amino acid đổi ngay theo — dạng cation ở môi trường acid, ion lưỡng cực ở gần điểm đẳng điện, anion ở môi trường base; thanh tỉ lệ các dạng và điện tích trung bình tính từ pKa thật, đồng thời phân tử dịch chuyển về cực âm hay cực dương trong điện trường và đứng yên đúng tại pI. Chế độ peptide: chọn số gốc rồi bấm Chạy để các amino acid nối lại bằng liên kết –CO–NH–, mỗi liên kết giải phóng một phân tử nước.

Thanh sắt tiếp xúc với kim loại khác trong dung dịch NaCl, nước cất, acid loãng hoặc không khí khô: kim loại có thế điện cực nhỏ hơn là cực âm bị ăn mòn, electron chuyển sang cực dương nơi O₂ (hoặc H⁺) bị khử, gỉ sắt tích tụ. Đồ thị khối lượng kim loại mất đi theo thời gian giữ lại lần chạy trước để so sánh: gắn Zn thì Fe được bảo vệ (Zn tan thay), gắn Cu thì Fe bị ăn mòn nhanh hơn, môi trường điện li mạnh và có O₂ làm ăn mòn nhanh.

Từng bước: xác định số oxi hoá của các nguyên tố, tìm nguyên tố tăng/giảm số oxi hoá, viết quá trình oxi hoá và quá trình khử, nhân hệ số để số electron nhường bằng số electron nhận (hoạt hình electron chuyển từ chất khử sang chất oxi hoá), rồi đặt hệ số vào phương trình. Học sinh chọn phản ứng mẫu trong SGK và bấm Bước tiếp hoặc để chạy tự động.