Mô phỏng Vật lý

Kéo các điện tích dương, âm lên màn hình và dùng cảm biến để đo vectơ cường độ điện trường tại từng điểm. Học sinh vẽ đường đẳng thế, đo hiệu điện thế và nhận ra dạng điện trường của điện tích điểm và của lưỡng cực. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Đổi độ lớn hai điện tích và khoảng cách giữa chúng, đọc trực tiếp lực tương tác trên mũi tên và thước. Học sinh kiểm chứng lực tỉ lệ với tích hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách. 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 Mặt Trời, Trái Đất, Mặt Trăng và vệ tinh hút nhau rồi tắt lực hấp dẫn để xem quỹ đạo biến mất. Học sinh đổi khối lượng, vị trí ban đầu và quan sát vectơ lực, vectơ vận tốc dọc theo quỹ đạo. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Đổi khối lượng hai quả cầu và khoảng cách giữa chúng, đọc độ lớn lực hấp dẫn trên mũi tên và thước. Học sinh kiểm chứng lực tỉ lệ thuận với tích hai khối lượng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

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.

Treo vật vào lò xo, cho dao động và xem biểu đồ động năng, thế năng đàn hồi, thế năng trọng trường. Học sinh đổi khối lượng, độ cứng, lực cản và đo chu kì bằng đồng hồ bấm giây ảo. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Đổi chiều dài dây, khối lượng, biên độ và đo chu kì con lắc bằng đồng hồ bấm giây ảo. Học sinh phát hiện chu kì chỉ phụ thuộc chiều dài dây và gia tốc trọng trường, không phụ thuộc khối lượng. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Tạo sóng trên dây, đổi tần số, biên độ, sức căng; quan sát sóng dừng. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Tạo sóng nước, sóng âm hoặc ánh sáng từ một hay hai nguồn và quan sát các vân giao thoa. Học sinh đổi tần số, khoảng cách hai nguồn, bề rộng khe để thấy vị trí vân sáng, vân tối thay đổi. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Tạo sóng nước, sóng âm và sóng ánh sáng từ một nguồn rồi đo biên độ, tần số, bước sóng. Học sinh dùng thước và đồng hồ ảo để xác định chu kì và tốc độ truyền sóng trong từng môi trường. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

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).

Kéo để đổi độ dẹt của quỹ đạo elip và xem hành tinh quét những diện tích bằng nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau. Học sinh đo bán trục lớn, chu kì và kiểm chứng ba định luật Kepler. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

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.

Ba chuyên đề học tập của Vật lí 12 trong một mẫu, chọn bằng tham số chuyên đề. Dòng điện xoay chiều: mạch R, L, C nối tiếp với đồ thị u và i lệch pha, giản đồ vectơ và đường cộng hưởng I theo tần số. Ứng dụng vật lí trong chẩn đoán y học: chùm tia X đi qua mô mềm và xương cho ảnh X quang theo định luật hấp thụ I = I₀e^(−μx), hoặc xung siêu âm phản xạ ở mặt phân cách để đo độ sâu. Vật lí lượng tử: chiếu ánh sáng có bước sóng chọn được vào kim loại, xem hiện tượng quang điện xảy ra hay không và động năng ban đầu cực đại của electron.

Kéo hoặc nén pít-tông trong xi lanh kín ở nhiệt độ không đổi. Áp suất đo được luôn thỏa p·V = hằng số; đồ thị p–V là đường hypebol còn p–(1/V) là đường thẳng qua gốc, đúng như cách nhận ra định luật Boyle từ số liệu thí nghiệm.

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.

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.

Chế độ Dây dẫn: đoạn dây dài l mang dòng điện I đặt trong từ trường đều B hợp góc α, lực từ F = BIl·sinα xác định bằng quy tắc bàn tay trái; kéo để xoay dây và thấy F thay đổi. Chế độ Hạt: hạt tích điện (proton hoặc electron) bay vào từ trường vuông góc, lực Lorentz f = |q|vB làm hạt chuyển động tròn bán kính r = mv/(|q|B), chu kì T = 2πm/(|q|B).

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.

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.

N₀ hạt nhân mẹ (đỏ) phân rã ngẫu nhiên thành hạt nhân con (xám), mỗi hạt có cùng xác suất phân rã trong một đơn vị thời gian. Đồ thị số hạt nhân còn lại N(t) từ mô phỏng so với đường lí thuyết N = N₀·2^(−t/T); hằng số phóng xạ λ = ln2/T và độ phóng xạ H = λN hiện liên tục. Kéo con trỏ trên đồ thị để đọc N tại thời điểm bất kì.

Kéo thanh nhiệt độ để xem đường cong bức xạ của vật đen thay đổi về độ cao và vị trí đỉnh. Học sinh so sánh quang phổ của bóng đèn dây tóc, Mặt Trời và các ngôi sao, thấy nhiệt độ càng cao thì đỉnh càng dịch về bước sóng ngắn. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Thêm bớt proton và neutron để tạo hạt nhân rồi đọc kí hiệu nguyên tố, số khối và độ bền của hạt nhân đó. Học sinh quan sát hạt nhân không bền tự phân rã alpha hoặc beta và tra bảng đồng vị. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Lắp mạch với nguồn xoay chiều, điện trở, tụ điện và cuộn cảm rồi quan sát dòng điện đổi chiều theo thời gian. Học sinh dùng ampe kế, vôn kế và dao động kí ảo để xem dạng sóng và độ lệch pha. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.