11 класс. Строение атома. Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома
 Скачать 84 Kb.
|
|
Урок физики в 11 класс «Атомная физика» Учитель физики и математики Желнина Александра Петровна Тема: «Строение атома. Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома» Цель урока: обобщить и расширить знания учащихся по теме: доказать ядерную модель атома с помощью опытов Резерфорда, показать несоответствие планетарной модели атома законам электродинамики. Задачи: Обучающие: синтез со знаниями, полученными на уроках физики и химии, необходимыми для формирования целостного представления об атоме; показать значение опытных фактов для доказательства научных гипотез. Развивающие: способствовать развитию знаний учащихся об атоме, пробудить интерес к научно-популярной литературе, к изучению предпосылок открытия конкретных явлений; формировать у учащихся научное мировоззрение на примере истории развития взглядов на строение атома; продолжить формирование умений самостоятельно работать с различными источниками информации, обобщать материал; развивать интеллектуальные и творческие способности учащихся. Воспитательные: развитие навыков коллективной работы, навыков культуры общения, умений излагать и доказывать свою точку зрения. Тип урока: комбинированный Формы работы учащихся: слушают рассказ учителя, сообщения учащихся, работа с учебником, заполняют опорный конспект, работа с текстом, выполняют проверочный тест, работа с модулем; Необходимое техническое оборудование: компьютер, проектор (презентация); План урока: Организационный момент (психологический настрой на работу на уроке) Актуализация знаний. Изложение нового материала. Закрепление и обобщение изученного материала. Подведение итогов. Рефлексия. Домашнее задание. 1.Организационный момент. Добрый день, уважаемые гости и ребята! Если день начинать с улыбки, то можно быть уверенным, что он пройдет удачно. Давайте сегодняшнее занятие проведем с улыбкой. Главная задача – быть внимательными, активными, находчивыми, и обязательно-трудолюбивыми… Есть такая притча. Притча. «Жил мудрец, который знал всё. Один человек захотел доказать, что мудрец знает не всё. Зажав в ладонях бабочку, он спросил: «Скажи, мудрец, какая бабочка у меня в руках: мертвая или живая?» А сам думает: «Скажет живая - я её умертвлю, скажет мертвая – выпущу». Мудрец, подумав, ответил: «Всё в твоих руках» В наших руках возможность создать на уроке такую атмосферу, чтобы всем было интересно на уроке. Пожелаем друг другу удачи. А теперь обратимся к теме урока… (слайд 1, стихи) Таинственность и многогранность этого явления была оценена не только учеными, но и поэтами. В 1922 году В.Я. Брюсов писал: Быть может, эти электроны- Миры, где пять материков, Искусства, знанья, войны, троны И память сорока веков! Еще, быть может, каждый атом – Вселенная, где сто планет; Там все, что здесь, в объеме сжатом, Но также то, чего здесь нет. В: Как вы думаете, о чём пойдёт речь на сегодняшнем уроке? О: об атоме.( Я думаю, что мы на уроке будем говорить об атоме) Учитель: (слайд 2 с темой урока) Запишем тему урока в тетради. (О цели урока) На уроках физики и химии вы ознакомились с внутренним строением вещества, узнали, как устроен атом, но при этом для вас остался неясен ход познания и методы, с помощью которых получено знание. Поэтому цель нашего урока: обобщить и расширить ваши знания по обозначенной теме: доказать ядерную модель атома с помощью опытов Резерфорда, показать несоответствие планетарной модели атома законам электродинамики. 2.Актуализация знаний: Учитель: В истории развития физики одна из самых интересных и увлекательных страниц – это история открытия сложного строения атома. В конце XIX- начале XX в. идеи о строении атома витали в воздухе, различные догадки ученых создавали духовную атмосферу, в которой, в конце концов, и рождалось открытие, ведь в то время ничего о внутреннем строении атома не было известно. Вам предлагается просмотреть информационный модуль по теме урока. Вы должны внимательно его прослушать, вспомнить и обобщить, делая записи в рабочей тетради, что вам уже известно об атоме. (включаю , информационный модуль (запись)) (5мин) Учитель: Итак, давайте послушаем друг друга, какие записи вы сделали в рабочей тетради. Учащиеся: читают записи: первоначальные сведения о строении атома, проводимые исследования. (В 1897 году Дж. Томсон открыл электрон и измерил отношение е/m заряда электрона к массе. Опыты Томсона подтвердили вывод о том, что электроны входят в состав атомов.) (слайд 3, выводы учащихся: итак, в вашей тетради сделаны подобные записи, а у кого их нет – можете записать ) Учитель: Таким образом, на основании всех известных к началу ХХ века экспериментальных фактов можно было сделать вывод о том, что атомы вещества имеют сложное внутреннее строение. Они представляют собой электронейтральные системы, причем носителями отрицательного заряда атомов являются легкие электроны, масса которых составляет лишь малую долю массы атомов. Основная часть массы атомов связана с положительным зарядом. (слайд 2 Перед наукой встал вопрос о внутреннем строении атома.) 3. Изучение нового материала Первая попытка создания модели атома на основе накопленных экспериментальных данных принадлежит Дж. Томсону. Сейчас мы прослушаем сообщение Малюгиной Лизы на тему: «Модель атома Томсона», вы в рабочей тетради записываете тему сообщения и по возможности, помня, что вы завтрашние студенты, стараетесь кратко записать главное из услышанного. Сообщение учащегося, с элементами презентации. (На экране модель атома Томсона, ). Томсон считал, что атом представляет собой электронейтральную систему шарообразной формы радиусом примерно равным 10-10м. Положительный заряд атома равномерно распределен по всему объему шара, а отрицательно заряженные электроны находятся внутри него. Для объяснения линейчатых спектров испускания атомов Томсон пытался определить расположение электронов в атоме и рассчитать частоты их колебаний около положений равновесия. Однако эти попытки не увенчались успехом. Через несколько лет в опытах великого английского физика Э.Резерфорда было доказано, что модель Томсона не верна. Учитель: Выскажем своё мнение о сообщении Малюгиной Лизы, какие вы сделали записи в тетради…(Молодцы) Учитель: Первые прямые эксперименты по исследованию внутренней структуры атомов были выполнены Э.Резерфордом и его сотрудниками Марсденом и Гейгером в 1909-1911 годах. О великом английском физике Резерфорде расскажет Засорина Люда. Запишем в тетради тему сообщения: «Эрнест Резерфорд – великий английский физик» и внимательно слушаем…. Слайд 4 с портретом Резерфорда. Сообщение учащегося Спасибо. Учитель: рассказ об учёном и его фундаментальных открытиях продолжит Малюгина Лена. Тема её сообщения «Опыты Резерфорда», запишем её в тетради под цифрой 3. Не забудьте отразить в тетради главное из её выступления. Сообщение учащегося: рассказ с использованием слайда об опыте Резерфорда, выводы по результатам опыта. Резерфорд предложил применять зондирование атома с помощью α-частиц, которые возникают при радиоактивном распаде радия и некоторых других элементов. Масса α-частиц приблизительно в 7300 раз больше массы электрона, а положительный заряд равен удвоенному элементарному заряду. Этими частицами Резерфорд бомбардировал атомы тяжелых элементов (золото, серебро, медь и др.). От радиоактивного источника, заключенного в свинцовый контейнер, α-частицы направлялись на тонкую металлическую фольгу. Рассеянные частицы попадали на экран, покрытый слоем кристаллов сульфида цинка, способных светиться под ударами быстрых заряженных частиц. Сцинтилляции (вспышки) на экране наблюдались глазом с помощью микроскопа. Наблюдения рассеянных α-частиц в опыте Резерфорда можно было проводить под различными углами к первоначальному направлению пучка. Было обнаружено, что большинство α-частиц проходит через тонкий слой металла, практически не испытывая отклонения. Однако небольшая часть частиц отклоняется на значительные углы, превышающие 30 градусов. Очень редкие α-частицы (приблизительно одна на десять тысяч) испытывали отклонения на углы, близкие к 180 градусам. Согласно модели атома Томсона положительный заряд распределен по всему объему атома. При таком распределении положительный заряд не может создать сильное электрическое поле, способное отбросить α-частицы назад. Электрическое поле однородного заряженного шара максимально на его поверхности и убывает до нуля по мере приближения к центру шара. Если бы радиус шара, в котором сосредоточен весь положительный заряд атома, уменьшился в n раз, то максимальная сила отклонения, действующая на α-частицу по закону Кулона, возросла бы в n раз в квадрате. Следовательно, при достаточно большом значении n α-частицы могли бы испытать рассеяние на большие углы вплоть до 180 градусов. Эти соображения привели Резерфорда к выводу, что атом почти пустой, и весь его положительный заряд сосредоточен в малом объеме. Эту часть атома Резерфорд назвал атомным ядром. Так возникла ядерная модель атома. Учитель: Выскажем своё мнение о сообщении Малюгиной Лены, какие вы сделали записи в тетради…(Молодцы) Физминутка : встаньте, пожалуйста. К солнышку потянемся выше, ровненько подышим (3 раза) Руки в стороны поставим, левой правую достанем, а потом наоборот, будет вправо поворот.(3 раза) Спасибо, садитесь Учитель: Радикальные выводы о строении атома, следовавшие из опытов Резерфорда, заставили многих ученых сомневаться в их справедливости. Не исключением был и сам Резерфорд, опубликовавший результаты своих исследований только через два года (в 1911 году) после выполнения первых экспериментов. Опираясь на классические представления о движении микрочастиц, Резерфорд предложил планетарную модель атома. А сейчас, вы открываете учебник, стр. 259 «Планетарная модель атома», прочитав эту часть параграфа, вы должны ответить на вопрос: «В чём заключается суть планетарной модели атома?» На работу даётся 3-4 мин. Учащиеся: Работа с учебником, стр259: суть планетарной модели атома Учитель:Итак, в чём заключается суть планетарной модели атома? Ответ учеников: Опыты Резерфорда и его сотрудников привели к выводу, что в центре атома располагается положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома. Радиус ядра 10-15м. Радиус атома 10-10м. Атом в целом нейтрален. Вокруг ядра, подобно планетам, вращаются под действием кулоновских сил со стороны ядра электроны. Находиться в состоянии покоя электроны не могут, так как они упали бы на ядро. Атом должен прекратить существование. Этого ничего не происходит. Атомы устойчивы и в невозбуждённом состоянии могут существовать неограниченно долго. Не согласующийся с опытом вывод о неизбежности гибели атома вследствие потери энергии на излучение – это результат применения законов классической физики к явлению внутри атома. Явление атомных масштабов противоречит законам классической физики. Появляется слайд: планетарная модель атома Учитель: Планетарная модель атома, предложенная Резерфордом, несомненно, явилась крупным шагом в развитии знаний о строении атома. Она была совершенно необходимой для объяснения опытов по рассеянию α-частиц. Однако она оказалась неспособной объяснить сам факт длительного существования атома, то есть его устойчивость. По законам классической электродинамики, движущийся с ускорением заряд должен излучать электромагнитные волны, уносящие энергию. За короткое время (порядка 10-8с) все электроны в атоме Резерфорда должны растратить всю свою энергию и упасть на ядро. То, что этого не происходит в устойчивых состояниях атома, показывает, что внутренние процессы в атоме не подчиняются классическим законам. К явлениям атомных масштабов законы классической физики неприменимы. Попыткой спасения планетарной модели атома стали постулаты Нильса Бора, о которых мы с вами поговорим на следующем уроке. 4. Закрепление и обобщение: Учитель: Для того, чтобы вы смогли самостоятельно оценить степень усвоения материала урока, предлагаю вам по группам поработать с текстом и вставить пропущенные слова по теме сегодняшнего урока. На выполнение задания даётся 5 мин. Учащиеся:по группам выполняют задание; В конце ХХІ в. в составе атома были обнаружены заряженные частицы и перед учеными встала задача разработки электрической модели атома. Одной из первой моделей атома стала модель, предложенная английским ученым ______________. Атом, по предположению ___________ в целом электронейтрален. _______________ заряд, распределен по всему объему атома равномерно. Внутри _____________ заряда находятся ______________ заряженные частицы – электроны. Модель атома _____________ хорошо объясняла устойчивость атома и в этом было ее преимущество. В самом деле, при смещении заряда от положения равновесия, всегда возникает сила, стремящаяся вернуть этот заряд в положение равновесия. Любая теоретическая модель требует экспериментальной проверки. Для проверки электрической модели строения атома, предложенной _____________м, Э.Резерфорд провел опыты. Э.Резерфорд предложил применить зондирование атома с помощью ?-частиц, которые возникают при радиоактивном распаде радия и некоторых других элементов. Масса ?-частиц приблизительно в 7300 раз больше массы электрона, а положительный заряд равен удвоенному элементарному заряду. В своих опытах Резерфорд использовал ?-частицы с кинетической энергией около 5 МэВ (скорость таких частиц очень велика – порядка 107 м/с, но она все же значительно меньше скорости света). ?-частицы – это полностью ионизированные атомы гелия. Они были открыты Резерфордом в 1899 году при изучении явления радиоактивности. Этими частицами Резерфорд бомбардировал атомы тяжелых элементов (золото, серебро, медь и др.). Как должны себя вести альфа-частицы в атоме Томпсона? Заряды в атоме Томпсона перемешаны. Поэтому электрическое поле внутри атома будет ____________. И оно ___________ вызвать заметного отклонения альфа – частицы от первоначальной траектории ее движения. Электроны также не могут вызвать заметного отклонения альфа-частицы от ее прежней траектории из-за ничтожной массы по сравнению с массой альфа-частицы. Поэтому, если модель атома Томпсона верна, рассеяние альфа-частиц должно происходить лишь на _________ углы. Для исследования внутреннего строения атома была собрана установка, в которой от радиоактивного источника, заключенного в свинцовый контейнер, ?-частицы направлялись на тонкую металлическую фольгу. Рассеянные частицы попадали на экран, покрытый слоем кристаллов сульфида цинка, способных светиться под ударами быстрых заряженных частиц. Сцинтилляции (вспышки) на экране наблюдались глазом с помощью микроскопа. Наблюдения рассеянных ?-частиц в опыте Резерфорда можно было проводить под различными углами к первоначальному направлению пучка. Было обнаружено, что _______________ ?-частиц проходит через тонкий слой металла, практически не испытывая отклонения. Однако ____________ часть частиц отклоняется на значительные углы, превышающие 30°. Очень редкие ?-частицы (приблизительно одна на десять тысяч) испытывали отклонение на углы, близкие к 180°. Этот результат был совершенно неожиданным даже для Резерфорда. Он находился в резком противоречии с моделью атома Томсона, согласно которой ____________ заряд распределен по всему объему атома. При таком распределении положительный заряд не может создать сильное электрическое поле, способное отбросить ?-частицы назад. Электрическое поле однородного заряженного шара ____________ на его поверхности и убывает до нуля по мере приближения к центру шара. Если бы радиус шара, в котором сосредоточен весь положительный заряд атома, уменьшился в n раз, то максимальная сила отталкивания, действующая на ?-частицу по закону Кулона, возросла бы в ______ раз. Следовательно, при достаточно большом значении n ?-частицы могли бы испытать рассеяние на большие углы вплоть до 180°. Эти соображения привели Резерфорда к выводу, что атом почти ________, и весь его __________ заряд сосредоточен в малом объеме. Эту часть атома Резерфорд назвал ____________. Так возникла ____________атома. Учитель: Самопроверка по образцу и самооценка: Записано на доске: в порядке очерёдности пропущенные слова (обращаюсь к ребятам, подводя итоги выполнения работы) В конце ХХІ в. в составе атома были обнаружены заряженные частицы и перед учеными встала задача разработки электрической модели атома. Одной из первой моделей атома стала модель, предложенная английским ученым Томпсоном. Атом, по предположению Томпсона в целом электронейтрален. Положительный заряд, распределен по всему объему атома равномерно. Внутри положительного заряда находятся отрицательно заряженные частицы – электроны. Модель атома Томпсона хорошо объясняла устойчивость атома и в этом было ее преимущество. В самом деле, при смещении заряда от положения равновесия, всегда возникает сила, стремящаяся вернуть этот заряд в положение равновесия. Любая теоретическая модель требует экспериментальной проверки. Для проверки электрической модели строения атома, предложенной Томпсоном, Э.Резерфорд провел опыты. Э.Резерфорд предложил применить зондирование атома с помощью ?-частиц, которые возникают при радиоактивном распаде радия и некоторых других элементов. Масса ?-частиц приблизительно в 7300 раз больше массы электрона, а положительный заряд равен удвоенному элементарному заряду. В своих опытах Резерфорд использовал ?-частицы с кинетической энергией около 5 МэВ (скорость таких частиц очень велика – порядка 107 м/с, но она все же значительно меньше скорости света). ?-частицы – это полностью ионизированные атомы гелия. Они были открыты Резерфордом в 1899 году при изучении явления радиоактивности. Этими частицами Резерфорд бомбардировал атомы тяжелых элементов (золото, серебро, медь и др.). Как должны себя вести альфа-частицы в атоме Томпсона? Заряды в атоме Томпсона перемешаны. Поэтому электрическое поле внутри атома будет слабым. И оно не должно вызвать заметного отклонения альфа – частицы от первоначальной траектории ее движения. Электроны также не могут вызвать заметного отклонения альфа-частицы от ее прежней траектории из-за ничтожной массы по сравнению с массой альфа-частицы. Поэтому, если модель атома Томпсона верна, рассеяние альфа-частиц должно происходить лишь на малые углы. Для исследовании внутреннего строения атома была собрана установка, в которой от радиоактивного источника, заключенного в свинцовый контейнер, ?-частицы направлялись на тонкую металлическую фольгу. Рассеянные частицы попадали на экран, покрытый слоем кристаллов сульфида цинка, способных светиться под ударами быстрых заряженных частиц. Сцинтилляции (вспышки) на экране наблюдались глазом с помощью микроскопа. Наблюдения рассеянных ?-частиц в опыте Резерфорда можно было проводить под различными углами к первоначальному направлению пучка. Было обнаружено, что большинство ?-частиц проходит через тонкий слой металла, практически не испытывая отклонения. Однако небольшая часть частиц отклоняется на значительные углы, превышающие 30°. Очень редкие ?-частицы (приблизительно одна на десять тысяч) испытывали отклонение на углы, близкие к 180°. Этот результат был совершенно неожиданным даже для Резерфорда. Он находился в резком противоречии с моделью атома Томсона, согласно которой положительный заряд распределен по всему объему атома. При таком распределении положительный заряд не может создать сильное электрическое поле, способное отбросить ?-частицы назад. Электрическое поле однородного заряженного шара максимально на его поверхности и убывает до нуля по мере приближения к центру шара. Если бы радиус шара, в котором сосредоточен весь положительный заряд атома, уменьшился в n раз, то максимальная сила отталкивания, действующая на ?-частицу по закону Кулона, возросла бы в n2 раз. Следовательно, при достаточно большом значении n ?-частицы могли бы испытать рассеяние на большие углы вплоть до 180°. Эти соображения привели Резерфорда к выводу, что атом почти пустой, и весь его положительный заряд сосредоточен в малом объеме. Эту часть атома Резерфорд назвал атомным ядром. Так возникла ядерная модель атома. Учитель: Итак, каковы итоги выполнения задания (опрос) 5.Рефлексия: 0-1 слова – отлично, молодцы 2-3 слова – хорошо, но надо быть внимательнее при чтении 4-5 слов – удовлетворительно, но умение и навыки работы с текстом вам надо развивать Более 5 слов – к сожалению, вам надо серьёзно совершенствовать умение внимательно читать текст А теперь, подводя итоги урока, давайте самокритично ответим на вопрос: За что бы вы себя могли похвалить? Учащиеся: анализируют свою деятельность на уроке. Учитель: в ходе ответов учащихся оценивает их. 6.Домашнее задание: п. 94, записи в тетради слайд Сегодня Вы заглянули в самую глубину микромира – Вы познакомились с моделью атома Резерфорда. Вы научились мыслить и представлять реальные объекты в виде моделей. Вы научились сравнивать и анализировать. Для Вас расширилась система мироздания. слайд Вспомним цитату Д.И.Менделеева: «Границ научному познанию и предсказанию предвидеть невозможно». Спасибо за урок. Томсоном Томсона Положительный положительного Томсона Томсоном слабым не должно малые большинство небольшая положительный максимально n 2 пустой положительный атомным ядром ядерная модель |