Mô phỏng Vật lý Lớp 10

Ba chuyên đề học tập của Vật lí 10 trong một mẫu, chọn bằng tham số chuyên đề. Vật lí trong một số ngành nghề: máy nâng của nghề xây dựng, nông nghiệp hoặc vận hành thang máy nâng một tải trọng, tính công A = mgh, công suất P = F·v và hiệu suất của máy. Trái Đất và bầu trời: chọn vĩ độ và ngày trong năm rồi xem Mặt Trời mọc, lên cao nhất và lặn trên vòm trời, đo độ cao góc và độ dài ngày. Vật lí với môi trường: cân bằng năng lượng của Trái Đất, thay nồng độ CO₂ để thấy nhiệt độ trung bình bề mặt thay đổi.

Vật khối lượng m buộc vào dây dài R quay tròn đều với tốc độ góc ω (nhìn từ trên). Vectơ vận tốc luôn tiếp tuyến, gia tốc và lực căng dây hướng vào tâm với F = mω²R = mv²/R; đồ thị F(ω) là parabol. Kéo vật để đổi bán kính, trượt thanh ω, bấm Cắt dây để thấy vật bay thẳng theo tiếp tuyến.

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.

Hai xe khối lượng m₁, m₂ chuyển động với vận tốc v₁, v₂ trên đệm khí rồi va chạm đàn hồi hoặc mềm (dính vào nhau). Đồ thị động lượng p₁, p₂ và tổng p theo thời gian cho thấy tổng động lượng không đổi; bảng so sánh động lượng và động năng trước – sau va chạm. Kéo xe để đổi vị trí xuất phát.

Vật khối lượng m thả từ độ cao h trượt xuống máng cong rồi leo lên bờ bên kia. Thanh năng lượng động năng Wđ, thế năng Wt và nhiệt do ma sát cập nhật từng khung hình cùng đồ thị theo thời gian; không ma sát thì Wđ + Wt không đổi và vật lên đúng độ cao cũ. Kéo vật đến vị trí bất kì trên máng để thả lại.

Trái Đất nóng lên hay nguội đi là do cân bằng giữa năng lượng Mặt Trời nhận vào và bức xạ hồng ngoại phát ra. Chỉnh nồng độ khí nhà kính, độ phản xạ bề mặt (mây, băng) và hằng số Mặt Trời để xem nhiệt độ cân bằng thay đổi — cùng vòng phản hồi băng tan làm Trái Đất hấp thụ thêm nhiệt.

Bên trái: lò xo độ cứng k treo vật nặng m, độ dãn Δl = mg/k, kéo vật xuống rồi thả để thấy dao động quanh vị trí cân bằng; đồ thị F–Δl là đường thẳng cho đến giới hạn đàn hồi. Bên phải: bình thông nhau chứa chất lỏng khối lượng riêng ρ, kéo điểm đo theo độ sâu h để thấy p = p₀ + ρgh và mực chất lỏng hai nhánh luôn bằng nhau.

Kéo vật khối lượng m bằng lực F trên mặt phẳng ngang hoặc nghiêng có ma sát μ. Quan sát các vectơ lực (F, P, N, Fms), gia tốc a = (F − Fms − P·sinα)/m và đồ thị vận tốc v(t) vẽ theo thời gian thực. Kéo thanh trượt F ngay trong mô phỏng hoặc kéo vật để đặt lại vị trí.

Một máy nâng của công trường, trang trại hay thang máy nâng tải trọng lên độ cao h. Chỉnh khối lượng, độ cao, tốc độ nâng và mức ma sát để xem công có ích A = mgh, công toàn phần, công suất P = F·v và hiệu suất của máy — đúng những đại lượng người vận hành phải tính khi chọn máy.

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.

Cho hai vật va chạm trên đường thẳng hoặc trên mặt phẳng với khối lượng, vận tốc tuỳ chọn. Học sinh chỉnh độ đàn hồi từ 0 đến 1 và đọc bảng động lượng, động năng trước và sau va chạm. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Cho người trượt trên đường ray tự vẽ, xem cột động năng, thế năng, nhiệt năng đổi theo vị trí. Học sinh chỉnh ma sát, khối lượng, độ cao và cả trọng trường của hành tinh khác để kiểm chứng định luật bảo toàn cơ năng. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Kéo, nén lò xo và đọc độ biến dạng, lực đàn hồi cùng thế năng đàn hồi trên đồ thị. Học sinh đổi độ cứng của lò xo, ghép hai lò xo nối tiếp hoặc song song để so sánh. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Treo các quả nặng vào lò xo và đo độ giãn ứng với từng khối lượng. Học sinh so sánh lò xo cứng với lò xo mềm để rút ra quan hệ giữa lực và độ biến dạng. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Chọn vật, góc bắn, tốc độ ban đầu, độ cao rồi bắn và đo tầm xa, độ cao cực đại bằng thước ảo. Học sinh bật sức cản không khí để so sánh quỹ đạo thực tế với quỹ đạo parabol lí tưởng. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Thả đồng thời hai vật khác khối lượng và tiết diện từ cùng độ cao. Tắt sức cản: hai vật chạm đất cùng lúc, v = gt. Bật sức cản: vật nhẹ, cản lớn đạt vận tốc tới hạn và rơi chậm hơn. Đồ thị v(t) và quãng đường rơi cập nhật theo thời gian thực.

Thước có độ chia nhỏ nhất thay đổi được đo một thanh kim loại nhiều lần; mỗi lần đo xuất hiện sau nửa giây kèm hình phóng to chỗ đọc vạch chia. Các kết quả đo rơi rải rác quanh một giá trị do sai số ngẫu nhiên, còn sai số hệ thống làm cả chùm điểm lệch hẳn khỏi giá trị thật. Chương trình tính giá trị trung bình, sai số tuyệt đối từng lần, sai số tuyệt đối trung bình, cộng sai số dụng cụ để ra sai số tuyệt đối của phép đo, rồi viết kết quả dạng x̄ ± Δx và sai số tỉ đối theo phần trăm.