Mô phỏng Trung học phổ thông

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.

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.

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.

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).

Bản đồ thế giới tự vẽ chia 24 múi giờ (mỗi múi 15° kinh tuyến), có kinh tuyến gốc 0° và đường chuyển ngày quốc tế 180°. Kéo Mặt Trời trên bản đồ hoặc bấm Chạy để thời gian trôi: vùng ban đêm dịch chuyển, giờ và ngày của các thành phố (Luân Đôn, Hà Nội, Tô-ky-ô, Niu Y-oóc, Xit-ni, Mát-xcơ-va) cập nhật. Kéo điểm quan sát đến vị trí bất kì để đọc múi giờ, giờ địa phương, giờ Mặt Trời mọc, lặn và độ dài ngày theo vĩ độ và ngày trong năm.

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.

Chọn nguyên tố trên bảng tuần hoàn mini, xem electron lần lượt điền vào các lớp (mô hình Bohr) và ô orbital theo nguyên lí vững bền, nguyên lí Pauli, quy tắc Hund. Hiện cấu hình electron đầy đủ / thu gọn, số electron lớp ngoài cùng, chu kì, nhóm, khối nguyên tố và dự đoán kim loại/phi kim.

Ba chuyên đề học tập của Hoá học 11 trong một mẫu, chọn bằng tham số chuyên đề. Phân bón: chọn loại phân và lượng bón cho một hecta, xem hàm lượng nguyên tố dinh dưỡng thực tế, cây lớn lên và năng suất tăng theo đường cong rồi chững lại, bón thừa gây phú dưỡng nguồn nước. Trải nghiệm hoá học hữu cơ: phản ứng ester hoá CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O đạt cân bằng với K = 4, đổi tỉ lệ mol ancol/acid để thấy hiệu suất thay đổi. Dầu mỏ: tháp chưng cất phân đoạn với nhiệt độ theo chiều cao, thành phần và ứng dụng từng phân đoạn.

Chế độ ester hoá: carboxylic acid và alcohol gặp nhau trong ống nghiệm có H₂SO₄ đặc xúc tác, phân tử ester và nước hình thành rồi phản ứng dừng lại ở cân bằng; đổi tỉ lệ mol alcohol : acid thì hiệu suất tính lại theo hằng số cân bằng K = 4 và thanh hiệu suất chạy theo. Chế độ tráng bạc: đun nhẹ hợp chất carbonyl với thuốc thử Tollens, aldehyde tạo lớp bạc sáng bám thành ống nghiệm còn ketone thì không, kèm phương trình và khối lượng Ag thu được.

Chế độ màu ngọn lửa: đưa mẫu muối của Li, Na, K, Ca, Sr hay Ba vào ngọn lửa đèn khí, ngọn lửa nhuộm đúng màu đặc trưng và vạch phát xạ hiện đúng vị trí bước sóng trên dải quang phổ. Chế độ nước cứng: cốc nước chứa ion Ca²⁺, Mg²⁺ cùng HCO₃⁻ hoặc SO₄²⁻; chọn cách làm mềm (đun sôi, Na₂CO₃, Ca(OH)₂ vừa đủ, trao đổi ion) rồi bấm Chạy để thấy kết tủa tạo thành, số ion giảm và độ cứng tính lại bằng mmol/L.

Hai nguyên tử tiến lại gần nhau: kim loại nhường hẳn electron cho phi kim tạo ion trái dấu hút nhau (liên kết ion), hoặc hai phi kim góp chung cặp electron (liên kết cộng hoá trị, lệch về nguyên tử có độ âm điện lớn hơn nếu phân cực). Học sinh chọn phân tử, xem hiệu độ âm điện Δχ trên thang 0,4 – 1,7, công thức Lewis và loại liên kết.

Thêm bớt neutron để tạo các đồng vị của một nguyên tố rồi xem tỉ lệ của chúng trong tự nhiên. Học sinh tự trộn hỗn hợp đồng vị và tính nguyên tử khối trung bình, so với giá trị trong bảng tuần hoàn. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Bắn chùm hạt alpha vào lá vàng và theo dõi đường đi của từng hạt bị lệch hoặc bật ngược trở lại. Học sinh so sánh kết quả với dự đoán của mô hình nguyên tử Thomson để hiểu vì sao Rutherford kết luận nguyên tử có hạt nhân rất nhỏ mang điện dương. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Đo pH của các dung dịch quen thuộc, pha loãng bằng nước. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Bình phản ứng chứa các phân tử N₂ và H₂; khi chạy, chúng va chạm và chuyển dần thành NH₃ cho tới khi đạt cân bằng. Kéo áp suất, nhiệt độ, tỉ lệ mol H₂ : N₂ và bật/tắt xúc tác sắt để thấy hiệu suất cân bằng và tốc độ đạt cân bằng thay đổi đúng theo nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier: tăng áp suất hoặc hạ nhiệt độ thì hiệu suất tăng, nhưng hạ nhiệt độ lại làm phản ứng chậm đi. Đồ thị hiệu suất theo áp suất vẽ tại nhiệt độ đang chọn.

Các phân tử monomer có liên kết đôi C=C (ethylene, propylene, vinyl chloride, tetrafluoroethylene, styrene) chuyển động tự do; khi trùng hợp, liên kết π mở ra và từng monomer nối vào đầu mạch đang lớn. Học sinh đếm số mắt xích n, thấy phương trình n CH₂=CHX → (–CH₂–CHX–)n, khối lượng phân tử polymer M = n·M(monomer) và tên polymer tương ứng; có thể chạm vào monomer để nối thủ công.

Chế độ xà phòng hoá: phân tử chất béo gồm khung glycerol và ba gốc acid béo bị ion OH⁻ cắt ở ba liên kết ester, tách thành ba phân tử muối xà phòng và một phân tử glycerol; tốc độ tăng rõ khi nâng nhiệt độ, kèm phương trình và khối lượng xà phòng thu được từ 1 mol chất béo. Chế độ giặt: giọt dầu bám trên vải, các phân tử xà phòng quay đuôi kị nước vào dầu và đầu ưa nước ra ngoài, tạo mixen rồi kéo giọt dầu rời khỏi vải.

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.

Đồng hồ chu kì 28 ngày chạy hết trong khoảng mười giây: bốn đường FSH, LH, estrogen và progesterone thay đổi theo ngày, buồng trứng vẽ nang trứng lớn dần rồi rụng trứng đúng lúc LH đạt đỉnh ở ngày 14, sau đó thể vàng hình thành và niêm mạc tử cung dày lên. Bật trường hợp có thụ tinh để thấy progesterone tiếp tục cao, niêm mạc được giữ lại và không có kinh nguyệt. Chuyển sang thực vật để xem hạt phấn nảy ống phấn xuống túi phôi và quá trình thụ tinh kép: một tinh tử kết hợp với trứng tạo hợp tử 2n, tinh tử còn lại kết hợp với nhân lưỡng bội tạo nội nhũ 3n.