Володимирівна Номінація «Фізика» icon

Володимирівна Номінація «Фізика»


Загрузка...
скачать

XIV Всеукраїнський конкурс “Учитель року Антикуз Олена Володимирівна

Номінація «Фізика» Донецька область

Урок 102 / 6.2-1 Опыты и явления, подтверждающие сложное строение атома. Модель атома Резерфорда.

Обучающая цель: обобщить знания учащихся о строении атома; проинформировать учащихся об экспериментальных и теоретических методах открытия фундаментальных законов атомной физики; привести в систему знания учащихся о внутреннем строении вещества; привести опытные факты и физические явления, как доказательство сложного строения атома; рассмотреть вопросы: цель, условия проведения, полученные результаты и выводы, сделанные Резерфордом после проведения опытов по определению строения атома, указав на принципиальные затруднения в объяснении законов движения электронов (устойчивости атома)

Развивающая цель: продолжить развитие представлений учащихся о строении вещества, о свойствах веществ и объяснении этих свойств с точки зрения атомной физики, добиться осознания учащимися факта, что в микромире действуют иные, чем в макромире законы.

Воспитательная цель: продолжить развитие политехнического мировоззрения учащихся, познакомив их с экспериментальными и теоретическими методами квантовой физики, с помощью которых были открыты фундаментальные законы строения атома.

Основные знания и умения

Наглядные пособия, ТСО

Учащиеся должны знать:

  1. Опытные факты, подтверждающие сложное строение атома.

  2. Цель, условия проведения, полученные результаты и выводы, сделанные Резерфордом после проведения опытов по определению сложной структуры атомов.

  3. Затруднения классической физики в объяснении устойчивости атома по Резерфорду

Учащиеся должны уметь:

  1. Объяснять результаты опытов Резерфорда по рассеянию α-частиц.

  2. Решать задачи на применение знаний о строении атома и движении электронов по орбитам.




  1. Презентация «Строение атома»

  2. Оцифрованный видеофрагмент «Опыт Резерфорда»

  3. Компьютерный эксперимент «Опыт Резерфорда»

  4. Компьютерный эксперимент в сети Интернет http://teachmen.csu.ru/work/atomic/atomic_d.html

Учебная литература

  1. Гончаренко Физика, 11 класс

  2. «Физика», учебник для 11 класса школ и классов с углубл. изучением физики А.А.Пинский, Москва, «Просвещение», 1999



Задания для самостоятельной работы

  1. Подготовить опорный конспект по теме: «Строение атома. Опыты Резерфорда»

  2. Задача-исследование (выполнение виртуального эксперимента)




Дополнительная литература

1. Орехов В.П.Колебания и волны в курсе физики средней школы, Пособие для учителей, М., «Просвещение», 1977, стр. 7-9

2. Корсак К.В.Физика 25 обобщающих лекций. НАвч.Пос.К. Вища школа, 1994, стор.113-114

  1. Р.А.Мустафаев, В.Г.Кривцов, Физика (в помощь поступающим в вузы)

Цифровые образовательные ресурсы


ППС «Библиотека виртуальной наглядности», «Физика, 10-11», фирмы «Квазар-Микро»

http://teachmen.csu.ru/work/atomic/atomic_d.html



Демонстрации


Оборудование

  1. Модель атома Томпсона

  2. Модель атома Резерфорда

  3. Опыт Резерфорда

  1. Мультимедийный проектор

  2. Компьютер

  3. Программа ППС «Физика, 10-11», библиотека виртуальной наглядности

  4. Презентация «Строение атома»

  5. Оцифрованный видеофрагмент «Опыт Резерфорда»

  6. Для выполнения д.з. – сеть Интернет или «Опыт Резерфорда» (rar, ruth.exe)




План занятия

Время

Метод обучения

Содержание работы

Наглядные пособия, ТСО


1 мин


2 мин


7 мин


15 мин


5 мин


9 мин


3 мин


2 мин





^ Беседа


Работа с учебником


Тематическая лекция


Просмотр видеофрагмента


Самостоятельная работа


Решение задач




1. Организационный момент

  • Мотивация учащихся на изучение новой темы;

  • Информирование о видах контроля, количестве лабораторных работ, тематика сообщений и рефератов, способы тематического оценивания знаний учащихся по данной теме


2. Актуализация знаний учащихся


3. Объяснение нового материала


    1. Доказательство сложной структуры атомов:

  • - Открытие электрона

  • - Открытие периодического закона Д.И.Менделеева

  • - Образование линейчатых спектров

  • - Радиоактивность

    1. Первая модель атома – модель Дж. Томпсона

    2. Опыты Резерфорда

    3. Несовместимость модели атома Резерфорда с законами механики и электродинамики


4. Закрепление нового материала

Просмотр видеофрагмента «Опыт Резерфорда»


5. Проверка понимания учащимися учебного материала, изученного на уроке и просмотренного в видеофрагменте.


6. Резерв времени. Решение задачи. (см. материалы к уроку)


7. Инструктаж по выполнению домашнего задания



Учебная и дополнительная литература


ЦОР

Презентация

«Строение атома»






Домашнее задание

Примечания

Выучить § 75

http://teachmen.csu.ru/work/atomic/atomic_d.html

1) Исследовать (выполнить виртуальный эксперимент) зависимость числа частиц, прошедших через пластинку, в зависимости от вещества данной пластинки и ее толщины, или 2) исследовать зависимость угла отклонения альфа-частиц от прицельного параметра и энергии альфа-частицы



Для выполнения 1 задания используется http://teachmen.csu.ru/work/atomic/atomic_d.html

Для выполнения второго задания используется программа «Опыт Резерфорда» (см приложения к уроку)



п/п

Структурный элемент урока

Деятельность учителя

^ Деятельность учащихся

Критерии личностно-ориентированного подхода каждого этапа

ЦОР, используемые на каждом этапе урока

1

^ Организационный этап урока

Приветствие учителя

Учитель создает условия для достижения психологического комфорта учащихся на уроке, способствует быстрому вхождению класса в деловой ритм, создает условия для формирования у учащихся умений быстрой мобилизации и ответственного отношения к учебе

Учащиеся формируют умения внутренней самоорганизации, ответственное отношение к учебе, психологически настраиваются на урок, необходимый деловой и психологический контакт с учителем

Создание положительного эмоционального настроя учащихся на проведение урока




Проверка готовности учащихся к уроку




Организация внимания




4

^ Этап подготовки учащихся к активному и осознанному усвоению нового материала

Сообщение темы изучения нового материала

Учитель предлагает учащимся решить ребус, на котором зашифрованы слова Э.Резерфорда «Теперь я знаю, как устроен атом».

Сообщает количество и виды работ, вынесенных для контроля знаний учащихся, темы сообщений и т.д.

Учащиеся пытаются найти логические связи, решая ребус. После решения ребуса записывают новую тему, количество и виды работ, вынесенных на контроль при изучении новой темы, темы сообщений и т.д.




Слайд 1

Формулирование с учащимися цели и задач изучения нового материала

Так как на уроке изучают опыты в результате которых была установлена структура атома, учитель в беседе с учащимися вырабатывает алгоритм изучения темы урока.

Учащиеся совместно с учителем формулируют алгоритм изучения опытов Резерфорда (цель, идея опыта, оборудование, ход проведения эксперимента, результаты, выводы)

Определяют план изучения нового материала, четко ставят перед собой цели изучения нового материала

Слайд 5

4

Показ практической значимости изучения нового материала, мотивация учащихся на его усвоение

Учитель сообщает учащимся о важности открытия внутренней структуры атома, что повлекло за собой развитие раздела физики современности – атомной и ядерной физики. Открытия, сделанные Резерфордом, дали толчок для развития физики микромира, позволили человеку освоить атомную энергию.

Учащиеся воспринимают новую для них информацию

Мотивация на изучение нового материала способствует активной познавательной деятельности на уроке







Постановка перед учащимися учебной проблемы

Учитель в виде беседы приводит в систему знания учащихся об опытных фактах, которые свидетельствуют о сложной структуре атома.

Учащиеся фиксируют основные даты, фамилии ученых, опытные факты и явления, свидетельствующие о сложной структуре атома.




Слайд 6

5

^ Этап изучения нового материала




Изучение вопроса:

«Первая модель атома – модель атома Дж.Томпсона»

В виде проблемно-поисковой беседы обсуждается вопрос об устойчивости атома Томпсона. Рассматривает вместе с учащимися вопрос о движении внутри атома Томпсона заряженных частиц.

Учащиеся на основе знаний, полученных при изучении физики в 8 классе, формулируют основные положения, которые необходимо было проверить Э.Резерфорду на опытах




Слайд 7




Изучение вопроса: «Опыт Резерфорда»

Учитель, используя flash-анимацию, объясняет узловые моменты темы, разъясняя сложные для понимания выводы.

Учащиеся, перерабатывают информацию, сопоставляя рассказ учителя с виртуальной наглядностью, зарисовывают схему проведения опытов в тетрадь. Формулируют выводы, которые можно сделать при анализе результатов опытов Резерфорда.




Слайд 8, 9, 10




Изучение вопроса: «Несовместимость атома Резерфорда с законами классической механики и электродинамики»


Учитель предлагает для обсуждения вопрос: дать объяснение устойчивости атома Резерфорда с точки зрения классической механики и электродинамики (подводит учащихся к противоречию между строением атома Резерфорда и законами классической физики)

Учащиеся расширяют свои знания о строении атома, пытаются определить закономерности в движении электронов внутри атома, устанавливают логические связи между законами классической физики и строением атома Резерфорда




Слайды 11-18




Первичное закрепление знаний учащихся

«Просмотр видеофрагмента «Опыт Резерфорда»

Учитель предлагает учащимся просмотреть видеофрагмент «Строение атома», объясняя, что после просмотра учащиеся должны будут заполнить пропуски в тексте, повествующем о строении атома и опытах Резерфорда. Нацеливает учащихся на внимательный просмотр видеофрагмента.

Учащиеся сосредотачивают внимание на осознанном просмотре видеофрагмента, записывают некоторые основные сведения, положения, выводы.




Слайды 11, 12




Закрепление знаний учащихся

Учитель предлагает учащимся для самостоятельной работы текст, в котором представлена информация, изложенная в просмотренном видеофрагменте, инструктирует о правилах выполнения данной работы

Учащиеся, читая материал, устанавливают логические связи в тексте, заполняют пропущенные в тексте слова, анализируют предоставленную информацию




Слайды 20-28




Проверка правильности выполнения самостоятельной работы

Учитель воспроизводит на экран текст, в котором пропущенные слова, которые должны были заполнить учащиеся выделены цветом, предлагает учащимся проверить правильность выполнения работы

Учащиеся проверяют правильность выполнения задания, оценивают свои знания по теме урока.










Этап рефлексии

Учитель предлагает учащимся заполнить таблицу (что я знал в начале урока, что узнал нового)

Учащиеся заполняют таблицу

Учащиеся осознают, что новый изученный материала тесно переплетается с ранее известным. Создается целостная картина знаний по данной теме

Слайд 29




Этап информирования учащихся о домашнем задании

Учитель инструктирует учащихся о выполнении домашнего задания, дифференцирует домашнее задание в зависимости от уровня подготовки учащихся












^

1. Организационный этап урока

2. Этап подготовки учащихся к активному и осознанному усвоению званий


  1. Объявление темы урока.

Перед тем, как объявить тему урока, учащимся предлагается расшифровать ребус

«Прочитайте слова знаменитого физика, когда он обдумал результаты своего опыта по бомбардировке листа α - частицами». Сопровождается показом слайда № 1 презентации «Строение атома»




В ребусе зашифровано «Теперь я знаю, как выглядит атом». Это слова английского физика Резерфорда, сказанные им в 1911 г.

После разгадывания ребуса сообщается тема урока: «Опыты и явления, доказывающие сложность строение атома. Опыты Резерфорда» (слайд № 2)



  1. ^ Информирование о видах работ при изучении темы, видах контроля, количестве лабораторных работ, способах тематического оценивания знаний учащихся.

  2. Мотивация познавательной деятельности учащихся при изучении новой темы.

Для формирования познавательного интереса к изучаемой теме, можно ознакомить учащихся с биографией Резерфорда (что имеет огромное воспитательное значение), или показать, насколько важны были открытия этого ученого, которые в последствие помогли человечеству «укротить» атомную энергию. (Биография Резерфорда приводится в приложениях к данному уроку)


  1. ^ Постановка перед учащимися учебной проблемы.


Учащиеся в курсах физики 8, 10 классов сталкивались с опытными фактами и явлениями, подтверждающими сложное строение атома. Если класс имеет хорошую подготовку, учитель в беседе с учащимися может напомнить об этих фактах. Если класс имеет слабую подготовку, повторение основных доказательств сложной структуры атома можно провести, организовав учащихся на работу с учебником.

Для проработки учебного материала учащимся предлагается ознакомиться с § 75 учебника С.У.Гончаренко «Физика, 11 кл» (или § 65 (п.1) А.А.Пинского «Физика, 11 кл» для школ и классов с угл.изуч.физики) и составить план к прочитанному тексту. После этого на слайде учебной презентации воспроизводятся 3 рисунка, иллюстрирующие опыты Фарадея, опыты Томпсона, опыты Йоффе-Милликена, учащимся предлагается задание сопоставить номера рисунков с порядковыми номерами подготовленного ими плана. После этого, учитель предлагает учащимся выделить в каждом фрагменте текста главные мысли (результаты каждого опыта)




Таким образом, учащиеся воспроизводят в памяти основные факты, изученные ими ранее, свидетельствующие о сложной структуре атома. Эти факты учитель дополняет новыми: закономерности периодической системы таблицы Менделеева, линейчатые спектры, явление радиоактивности (каждый факт сопровождается показом отдельных слайдов)








Ниже приводится текст лекции, который предлагается учащимся при воспроизведении приведенных слайдов.


Многие физические свойства вещества получили объяснение на основе представления о его дискретной структуре. Согласно этим представлениям, мельчайшие частицы данного химического элемента – атомы – ничем не отличаются друг от друга и обладают одинаковыми свойствами.

Если считать атомы неделимыми и не имеющими какой-либо внутренней структуры, то все различия физических и химических свойств различных элементов объясняются только тем, что их атомы отличаются массой и, возможно, размерами. Если же атомы не являются простейшими неделимыми частицами, а сами состоят из других, еще более мелких частиц, тогда разнообразие физических и химических свойств атомов различных химических элементов может объясняться тем, что их внутренне устройство неодинаково. Ответить на этот вопрос можно было только на основе эксперимента.

Первые экспериментальные результаты, из которых можно было сделать вывод о существовании внутри атомов электрических зарядов, были получены М.Фарадеем в 1833 г. При изучении электролиза. Фарадей установил, что электрический ток в растворе электролита – это упорядоченное движение ионов; на один атом данного химического элемента в среднем приходится одинаковый электрический заряд. Минимальный заряд иона назвали элементарным электрическим зарядом, его приближенное значение равно:



Заряды ионов при электролизе различных веществ оказываются равными целочисленно кратными элементарному заряду, т.е. равными 2е, 3е и т.д.

В опытах Фарадея не измерялись заряды отдельных ионов, поэтому утверждение о существовании внутри атомов положительных и отрицательных элементарных электрических зарядов долгое время оставались только гипотезой. (См. рис. Из ППС)

В 1897 году Дж.Дж. Томпсон выполнил ряд экспериментов по изучению электрического разряда в разреженных газах, термоэлектронной эмиссии и фотоэффекта. В результате этих опытов он установил, что при пропускании электрического тока через газы, при нагревании вещества и при его освещении ультрафиолетовым светом из атомов любого химического элемента вырываются совершенно одинаковые отрицательно заряженные частицы. Эти частицы позже были названы электронами.

Электрический заряд отдельных электронов впервые измерил Р. Милликен в 1909 г. (См. рис. Gif-анимация из ППС) Заряд у всех электронов оказался равным по модулю значению элементарного заряда, полученному в опытах по электролизу. Масса электрона оказалась примерно в 2000 раз меньше массы атома самого легкого из веществ – атома водорода. Она равна примерно:



Открытие электрона и обнаружение электронов в составе всех атомов было первым доказательством сложности их строения.


  1. Периодический закон Д.И.Менделеева.

Открытие Д.И.Менделеевым в 1869 г. Периодического закона поставило перед физикой вопрос о причинах повторяемости химических свойств элементов, расположенных в порядке возрастания атомной массы. Естественно было предположить, что увеличение массы атомов обусловлено увеличением числа частиц, входящих в их состав. Периодическую повторяемость химических свойств элементов в таблице Д.И.Менделеева можно рассматривать как свидетельство периодической повторяемости основных особенностей внутренней структуры атомов по мере увеличения сила частиц, входящих в их состав. Физикам предстояло выяснить, из каких частиц состоят атомы химических элементов, объяснить основные химические свойства атомов на основе сведений об их внутренней структуре и законах взаимодействия составных частей атомов.


  1. Линейчатые спектры

Важным фактом, свидетельствующим о сложной внутренней структуре атомов, было открытие линейчатых спектров. Исследования показали, что при нагревании до высокой температуры пары любого химического элемента испускают свет, узкий пучок которого разлагается призмой на несколько пучков света различного цвета. Совокупность наблюдаемых при этом разноцветных линий называется линейчатым спектром испускания.

Линейчатый спектр испускания любого химического элемента не совпадает со спектром испускания всех других химических элементов.

Каждая отдельная линия в линейчатом спектре образуется светом с определенной длиной волны (определенной частотой). Следовательно, источник света, представляющий собой разреженный газ, испускает электромагнитные волны не со всевозможными, а только с несколькими вполне определенными частотами н1, н2… нn.

При пропускании белого света через пары вещества наблюдается возникновение темных линий на фоне сплошного спектра. Темные линии расположены точно в тех местах, где наблюдались бы светлые линии спектра испускания данного химического элемента. Такой спектр называется линейчатым спектром поглощения. Возникновение линейчатых спектров поглощения свидетельствует о том, что вещество в газообразном состоянии способно поглощать электромагнитное излучение только с частотами н1, н2… нn, какие содержатся в излучении данного вещества.

Излучение, раскладываемое в линейчатый спектр, дают вещества в газообразном атомарном состоянии при невысоких давлениях, т.е. когда атомы слабо взаимодействуют друг с другом. При таких условиях испускание квантов электромагнитного излучения является результатом процессов, происходящих внутри отдельных атомов.

После открытия электрона стала очевидной связь явлений излучения и поглощения света атомами с наличием в них электронов. Действительно, свет – это электромагнитные волны. Излучение электромагнитных волн происходит при ускоренном движении электрических зарядов. Можно предположить, что при соударениях атомов электроны, имеющиеся внутри атомов, приобретают избыток энергии и затем излучают электромагнитные волны, совершая гармонические колебания внутри атомов. Различным частотам излучаемого света соответствуют различные частоты колебаний электронов внутри атомов. Следовательно, теория строения атома должна дать способы расчета длин волн в спектре любого химического элемента.

  1. Радиоактивность

Еще одним доказательством сложности строения атомов явилось открытие радиоактивности. В 1896 г А. Беккерель, производя опыты с солями урана, обнаружил, что атомы урана испускают невидимые глазом излучения, способные проникать через бумагу или картон и вызывать почернение фотографической пластины, ионизировать воздух. Явление испускания атомами невидимых проникающих излучений назвали радиоактивностью.

М. Склодовская-Кюри и П. Кюри установили, что радиоактивные излучения испускаются не только атомами урана, но и атомами некоторых других элементов. По радиоактивному излучению ими были открыты два неизвестных ранее химических элемента – радий и полоний.

Исследования радиоактивности показали, что радиоактивные вещества испускают три вида излучений различной физической природы. Эти излучения были названы альфа-, бета-, и гамма-лучами. Альфа-лучи оказались потоком ионов гелия, бета-лучи – потоком электронов, гамма-лучи – потоком квантов электромагнитного излучения с очень малой длиной волны – порядка 10-11-10-13 м.

Э.Резерфорд и Ф. Содди в 1902 г. Доказали, что явление радиоактивности – это процесс превращения ядер атомов одного химического элемента в ядра другого химического элемента. Например, уран в результате радиоактивного распада превращается в торий и гелий.


^ Первая модель атома – модель Дж.Томпсона


Прежде чем сообщить учащимся о модели атома Томпсона, можно привести исторические сведения о моделях атомов (см.презентацию слайды № 17-19). В записях П.И.Лебедева за 1887 год была найдена запись о строении модели атома, подобной Солнечной системе. Перрен, вошедший в историю физики, как ученый, изучивший подробно броуновское движение, также высказал подобную мысль.


^ Модель атома Томпсона


Одну из первых моделей строения атома предложил в 1903 году Дж.Дж.Томсон. Он предположил, что атом имеет форму шара; положительный заряд распределен равномерно по всему объему этого шара, а отрицательно заряженные электроны находятся внутри него. Радиус атома должен быть равен примерно 10-10 м. Эта величина оценивалась по известным расстояниям между центрами атомов в кристаллических решетках твердых тел. Дж.Дж.Томсон считал, что периодическая повторяемость химических свойств атомов и спектральные закономерности получат свое объяснение, если будут найдены радиусы концентрических электронных оболочек внутри шара, число электронов на каждой оболочке и закономерности их заполнения.




Далее учитель рассказывает об опытах Резерфорда


Первые прямые эксперименты по исследованию внутренней структуры атомов были выполнены Э. Резерфордом и его сотрудниками Э. Марсденом и Х. Гейгером в 1909–1911 годах. Резерфорд предложил применить 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. В своих опытах Резерфорд использовал б-частицы с кинетической энергией около 5 МэВ (скорость таких частиц очень велика – порядка 107 м/с, но она все же значительно меньше скорости света). α -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.). Электроны, входящие в состав атомов, вследствие малой массы не могут заметно изменить траекторию α -частицы. Рассеяние, то есть изменение направления движения б-частиц, может вызвать только тяжелая положительно заряженная часть атома. Схема опыта Резерфорда представлена.



2

Схема опыта Резерфорда по рассеянию α -частиц. K – свинцовый контейнер с радиоактивным веществом, Э – экран, покрытый сернистым цинком, Ф – золотая фольга, M – микроскоп.

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°. Очень редкие α -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 Томпсона, согласно которой 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 отталкивания, действующая на α -частицу по закону Кулона, возросла бы в n2 раз. Следовательно, при достаточно большом значении n α -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. Рис.  иллюстрирует рассеяние α -частицы в атоме Томпсона и в атоме Резерфорда.



3

Рассеяние α-частицы в атоме Томсона (a) и в атоме Резерфорда (b).

Таким образом, опыты Резерфорда и его сотрудников привели к выводу, что в центре атома находится плотное положительно заряженное ядро, диаметр которого не превышает 10–14–10–15 м. Это ядро занимает только 10–12 часть полного объема атома, но содержит весь положительный заряд и не менее 99,95 % его массы. Веществу, составляющему ядро атома, следовало приписать колоссальную плотность порядка с ≈ 1015 г/см3. Заряд ядра должен быть равен суммарному заряду всех электронов, входящих в состав атома. Впоследствии удалось установить, что если заряд электрона принять за единицу, то заряд ядра в точности равен номеру данного элемента в таблице Менделеева.

Радикальные выводы о строении атома, следовавшие из опытов Резерфорда, заставляли многих ученых сомневаться в их справедливости. Не исключением был и сам Резерфорд, опубликовавший результаты своих исследований только через два года (в 1911 г.) после выполнения первых экспериментов. Опираясь на классические представления о движении микрочастиц, Резерфорд предложил планетарную модель атома. Согласно этой модели, в центре атома располагается положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома. 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.

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 10–8 с) 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.

^ Первичное закрепление знаний учащихся

Учащимся для закрепления материала предлагается просмотреть видеофрагмент «Опыт Резерфорда». Перед просмотром видеофрагмента учитель информирует учащихся, о том, что после просмотра видеофрагмента, учащиеся должны будут выполнить определенный вид работы, который позволит проверить, насколько глубоко они поняли учебный материал. Данный видеофрагмент расположен в слайде презентации «Строение атома»

(Ниже приведены кадры из фильма «Опыт Резерфорда)


После просмотра видеофрагмента, учащимся предлагается прочитать текст, заполнив пропуски (текст расположен на следующем листе)

Заполнение пропусков выполняется в таблице, предложенной учащимся.

1







11




2







12




3







13




4







14




5







15




6







16




7







17




8







18




9







19




10













Правильные ответы

1

Томпсоном




11

Большинство

2

Томпсона




12

Небольшая

3

Положительный




13

Положительный

4

Положительный




14

Максимально

5

Отрицательный




15

n2

6

Томпсона




16

Пустой

7

Томпсон




17

Положительный

8

Слабым




18

Атомным ядром

9

Не должно




19

Ядерная модель

10

малые











После заполнения данной таблицы, учащиеся обмениваются листами с ответами (или самостоятельно проверяют), под руководством учителя проверяют правильность заполнения таблицы. Оценивание данного вида работы:



Кол-во правильных ответов

Оценка

19

12

18

11

17

11

16

10

15

9

14

9

13

8

12

8

11

7

10

6

9

6

8

5

7

4

6

4

5

3

4

3

3

2

2

1

1

1



Просмотрев видеофрагмент, заполни пропуски словами, подходящими по смыслу

^ Опыт Резерфорда


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 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. В своих опытах Резерфорд использовал α-частицы с кинетической энергией около 5 МэВ (скорость таких частиц очень велика – порядка 107 м/с, но она все же значительно меньше скорости света). α-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, 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 _______________ α-частиц проходит через тонкий слой металла, практически не испытывая отклонения. Однако ____________ часть частиц отклоняется на значительные углы, превышающие 30°. Очень редкие α-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 α-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 α-частицу по закону Кулона, возросла бы в ______ раз. Следовательно, при достаточно большом значении n α-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.


Текст для контроля (текст с пропусками приведен на предыдущем листе)


Опыт Резерфорда


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 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. В своих опытах Резерфорд использовал α-частицы с кинетической энергией около 5 МэВ (скорость таких частиц очень велика – порядка 107 м/с, но она все же значительно меньше скорости света). α-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, 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°. Очень редкие α-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 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 отталкивания, действующая на α-частицу по закону Кулона, возросла бы в n2 раз. Следовательно, при достаточно большом значении n α-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.


^ Резерв времени


ЗАДАЧА Оцени размер атомного ядра:

Размер атомного ядра Резерфорд определил исходя из существования случаев отбрасывания альфа-частиц ядрами атомов на углы 1800. Действительно, на какое расстояние может подойти альфа-частица к положительному заряду атомного ядра, чтобы под действием кулоновской силы затормозиться, а затем оказаться отброшенной назад? Вся кинетическая энергия альфа-частицы будет израсходована на преодоление электрической силы отталкивания и перейдет в потенциальную энергию Wп системы- альфа-частица – ядро.





Заряд альфа - частицы составляет: , - заряд атомного ядра =Ze




В опыте Резерфорда альфа-частицы имели кинетическую энергию 5 МэВ = 5*106эВ (1 эВ – равен той энергии, которую приобретает электрон, пройдя в ускоряющем электрическом поле между точками с разностью потенциалов 1 В. 1эВ = 106*10-19Кл)



Так как заряд атомного ядра может быть равен десяткам элементарных зарядов, можно считать, что радиус


(это интересно: если увеличить размер атома до размера Земли, а его электроны, расположенные на самой внешней границе атома и образующие как бы оболочку, представить в виде футбольных мячей, катающихся по поверхности Земли, то положительно заряженное ядро атома будет иметь размер шара диаметров всего 130 м, и расположено в самом центре Земли. Разделять их будет пустое пространство в 6378 км!)


^ Информирование учащихся о домашнем задании, инструктаж по его выполнению

Читать § 75 (С.У.Гончаренко), составить опорный конспект по теме


Задание для проекта (краткосрочный, выполняется в течение 2-х недель)


http://teachmen.csu.ru/work/atomic/atomic_d.html


Для выполнения проекта необходимо:

  1. Доступ в Internet

  2. Умение обрабатывать математические зависимости с помощью табличного редактора Excel.

Задание для учащихся: на сайте «Физика атома и атомного ядра», воспользовавшись виртуальным экспериментом по рассеиванию частиц (опыт Резерфорда), провести измерения количества частиц для пластинки (вещество указано в варианте). Проанализировать зависимости, полученные для различной толщины пластин (1мм, 3 мм, 9 мм).


Варианты выполнения задания

1 группа

2 группа

3 группа

4 группа

5 группа

медь

золото

свинец

олово

серебро




На рисунке представлен результат опытов по рассеиванию α-частиц на пластинке из золота, толщина которой 4 мм. Учащимся нужно снять показания счетчика для различной толщины пластинки, построить зависимости с помощью табличного редактора Excel, проанализировать полученные зависимости. (При условии, что учебное заведение может обеспечить доступ учащимся в сеть Интернет, задание обязательно для всех учащихся в классе).




Если учащиеся не имеют доступ в Интернет, для выполнения проекта им можно предложить следующее задание:

Исследуй зависимость угла отклонения альфа-частиц от прицельного расстояния и энергии альфа-частиц.

Программа для исследования предлагается.





Скачать 353.07 Kb.
оставить комментарий
Дата26.01.2012
Размер353.07 Kb.
ТипУрок, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх