«Модель атома Резерфорда»

Конспект урока физики в 11 классе

«Модель атома Резерфорда»

подготовила

учитель физики

Иванова И.Л.

Цели урока:

• обучающая: синтез со знаниями, полученными на уроках химии, для формирования целостного представления об атоме; расширить кругозор учащихся;

• развивающая: способствовать развитию знаний об атоме, пробудить у учащихся интерес к научно-популярной литературе и изучению физики, к изучению предпосылок открытия конкретных явлений; заинтересовать процессом мышления первооткрывателей атомной физики; продолжить развитие мышления, умение анализировать, сравнивать, делать логические

воспитательная: навыков культуры общения; воспитание основ нравственного самосознания; толерантного отношения друг к другу; умение излагать свою точку зрения и отстаивать свою правоту.

Задачи урока:

1. рассмотреть факты, доказывающие сложное строение атома;

2. сформировать целостное представление об атоме.

Оборудование:

1. Мульмедийный проектор.

2. Опорный конспект: «История открытия атомного ядра» (презентация).

Урок усвоения новых знаний, с элементами дискуссии, элементами проблемного обучения и деятельностного подхода.

План

1. Оргмомент.

1. Повторение пройденного материала

Перед тем как перейти к изучению новой темы, давайте повторим предыдущий материал. А для этого напишем физический диктант («Световые кванты»), который состоит из 5 вопросов. После того, как ответите на вопросы, обмениваетесь листочками с соседом по парте и выставляете оценку по критериям приведенных на доске и эталону правильных ответов.

Оценка	«5»	«4»	«3»	«2»
Количество правильных ответов	5	4	3	2-0

1. Отдельная порция электромагнитной энергии, испускаемая атомом, называется

а) джоулем; б) электрон-вольт; в) электроном; г) квантом; д) ваттом.

1. Коэффициентом пропорциональности во второй из простых «великих» формул называется постоянной

а) Фарадея; б) Авогадро; в) Планка; г) Больцмана; д) Эйнштейна.

1. Явление вырывания электронов из вещества под действием света называют

а) фотосинтезом; б) ударная ионизацией; в) фотоэффектом;

г) электризацией; д) квантованием.

1. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов …

а) линейно возрастает с увеличением длины волны и мощности излучения;

б) линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности;

в) линейно взрастает с частотой света и его интенсивностью;

г) линейно убывает с частотой света и не зависит от его интенсивности;

д) линейно убывает с частотой света и его интенсивностью.

1. Какое из перечисленных ниже выражений показывает зависимость энергии кванта от работы выхода и кинетической энергии электрона?

а) А+ б) hν; в) г) д) 3, 25

№ вопроса	1	2	3	4	5
Вариант ответа	Г	В	В	Б	А

Разобрать вопросы которые вызвали затруднение

1. Тема, постановка цели, мотивация

Учитель: На краю Млечного Пути, вокруг звезды средней величины, вращается голубой шар. Это планета Земля. На планете много веществ и различных химических элементов, которые отличаются друг от друга мельчайшими частицами, именуемыми молекулами и атомами.

Как сказал английский поэт и художник Уильям Блейк (1757-1827)в своем стихотворении:

В одном мгновенье видеть вечность,

Огромный мир – в зерне песка,

В единой горсти – бесконечность

И небо - в чашечке цветка.

Как вы думаете, чему будет посвящен наш сегодняшний урок, какова тема урока? (СТРОЕНИЕ АТОМА) Поставьте цели урока.

Оказывается, любая песчинка – действительно, целая Вселенная, ибо

включает в себя почти столько же мельчайших частиц, сколько звезд

содержится во всей Метагалактике.

Из этих частиц состоит и камень, одиноко лежащий на обочине дороги, и

маленький цветок, радующий нас своей красотой, и пушистые облака,

неторопливо плывущие по голубому небу. Скажите, какие явления

доказывают нам, что любое тело состоит из частиц?

Учащиеся отвечают (явление диффузии, броуновское движение, наконец,

фотографии, полученные с помощью электронного микроскопа)

Учитель: “Что такое эти атомы и молекулы? Как они устроены? ” – эти вопросы давно задавал себе человек. И искал ответы. И открыл, что атом – это “беспокойное хозяйство” из протонов, нейтронов и электронов. Однажды

Э.Резерфорд сказал: “Теперь я знаю, как выглядит атом”. А вы знаете?

3. Постановка проблемного вопроса: Что такое атом? Как он устроен?

В истории развития физики одна из самых интересных и увлекательных страниц – история открытия сложного строения атома. На протяжении веков люди думали о строении вещества.

4. Актуализация опорных знаний:

Давайте вспомним все, что знаем об атоме.

- Что вам известно о строение вещества

Ученик

Понятие «атом» возникло и оформилось как система представлений об устройстве окружающего мира в воззрениях древнегреческих философов в 500-200 гг. до н.э.Левкипп утверждал, что мир состоит из мельчайших частиц и пустоты. Демокрит назвал эти частицы атомами и считал, что они вечно существуют и способны двигаться. Форма, внешнее различие атомов. как считалось, придают определённые свойства телам. Например, атомы воды – гладкие, они способны перекатываться, и поэтому жидкости свойственна текучесть; атомы железа имеют зубчики, которыми они закрепляются друг за друга, что придаёт железу свойства твёрдого тела. Способность атомов самостоятельно взаимодействовать друг с другом была предложена Эпикуром.

Учитель

Кому обязан атом вторым рождением?

Ученик

Вторым рождением атомов человечество обязано английскому учёному Джону Дальтону. Он проводил опыты с газами и изучал пути их соединения. Учёный обнаружил, что кислород и водород, образуя воду, всегда соединяются в одних и тех же пропорциях по массе, исходя из этого, он сделал вывод, что вещества состоят из атомов, атом неделимая частица – твёрдый шарик, который переходит от одной молекулы к другой в ходе химических реакций. То, что вещество состоит из атомов, было доказано. Оставалась неясной внутренняя структура атома. Первые экспериментальные результаты, из которых можно было сделать вывод о сложной структуре атома, о наличии внутри атомов электрических зарядов были получены Майклом Фарадеем в 1833 году при изучении законов электролиза.

Учитель

Как далее развивались представления о строении атома?

Ученик

Конкретные представления о строении атома развивались по мере накопления физикой фактов о свойствах вещества. Открыли электрон, измерили его массу и заряд. Мысль об электронном строении атома, впервые высказанную В. Вебером в 1896 году, развил Л. Лоренц. Именно он создал электронную теорию: электроны входят в состав атома.

Ученик

В начале века в физике бытовали самые разные и часто фантастические представления о строении атома. Например, ректор Мюнхенского университета Фердинанд Линдеман в 1905 г. утверждал, что «атом кислорода имеет форму кольца, а атом серы - форму лепешки». Продолжала жить и теория «вихревого атома» лорда Кельвина, согласно которой, атом устроен подобно кольцам дыма, выпускаемым изо рта опытным курильщиком.

Учитель

В конце XIX и в начале XX вв. появились экспериментальные доказательства сложной структуры атома:

Ученик

- фотоэффект – явление, когда при освещении металлов с их поверхности испускаются носители электрического заряда ( А.Г. Столетов, 1889 г.);

- катодные лучи – поток отрицательно заряженных частиц–электронов в вакуумированной трубке, содержащей анод и катод (Дж. Томсон, 1897 г.);

- рентгеновские лучи – электромагнитное излучение, подобное видимому свету, но с гораздо более высокой частотой, испускаемое веществами при сильном воздействии на них катодных лучей;

- радиоактивность – явление самопроизвольного превращения одного хим. элемента в другой, сопровождающееся испусканием электронов, положительно заряженных частиц, других элементарных частиц и рентгеновского излучения ( А. Беккерель, М. Складовская-Кюри, 1896-189 гг.)

Учитель

Опираясь на открытия, Дж. Томсон в 1898 г. предложил одну из первых модель строения атома. Рассказать о модели предложенной Томсоном.

Ученик

Опираясь на открытия, Дж. Томсон в 1898 г. предложил одну из первых модель строения атома. Атом – шар, по всему объёму которого равномерно распределён положительный заряд. Внутри шара находятся электроны. Каждый электрон может совершать колебательные движения около своего положения равновесия. Положительный заряд шара равен по модулю суммарному заряду электронов, поэтому заряд атома в целом равен нулю.

Эта модель еще получила название пудинговой модели так как модель очень напоминала рождественский пудинг.

Учитель

Однако в физике уже более 200 лет принято правило: окончательный выбор между гипотезами вправе сделать только опыт. Такой опыт поставил в 1909 г. Эрнест Резерфорд (1871-1937) со своими сотрудниками.

Страница 280-281опыт Резерфорда

Ученик

Рассказ об опыте Резерфорда. Демонстрация компьютерной модели опыта.

Разъяснение назначения всех узлов установки:

1-свинцовый контейнер, содержащий крупицу радия;

2-тонкая фольга из исследуемого материала;

3-полупрозрачный экран, покрытый сульфидом цинка;

4-микроскоп для наблюдения вспышек.

Экран вместе с микроскопом мог поворачиваться, что позволяло измерять угол φ, под которым частицы попадали на экран, всего было подсчитано свыше 100 000 вспышек.

Учитель: Каковы результаты опыта? Что показал опыт?

Ученик

Опыт показал, что подавляющая часть α-частиц проходит сквозь фольгу отклоняясь на малые углы. Однако некоторая часть частиц отклоняется на значительные углы

Учитель: Как можно объяснить столь разные углы отклонения альфа-

частиц?

Ученик

Результаты опыта можно объяснить

следующим образом. Альфа-частицы, проходя через фольгу, проходят сквозь

атомы золота. Это возможно потому, что легкие электроны почти не

влияют на движение тяжелой альфа-частицы. Так как они в большинстве

случаев отклоняются на малые углы, атомы в большей части своего объема

заполнены электронами и лишь небольшую их часть занимает

положительно заряженное вещество. Эта центральная часть атома

получила название ядра. Из опытов следует, что ядро и отталкивает

альфа-частицу, причем тем сильнее, чем ближе к ядру она проходит.

Учитель Какой вывод можно сделать из вышесказанного?

Ученик

Резерфорд показал, что модель Томсона находится в противоречии с его опытом. Обобщая результаты своих опытов, Резерфорд предложил ядерную (планетарную) модель строения атома:

1. Атом имеет ядро, размеры которого малы по сравнению с размерами самого атома.

2. В ядре сконцентрирована почти вся масса атома.

3. Отрицательный заряд всех электронов распределен по всему объему атома.

Расчеты показали, что α-частицы, которые взаимодействуют с электронами в веществе, почти не отклоняются. Только некоторые α-частицы проходят вблизи ядра и испытывают резкие отклонения.

Исходя из результатов своего опыта, Резерфорд пришёл к выводу, что внутри атома имеется чрезвычайно сильное электрическое поле, которое создаётся положительным зарядом, связанным с большой массой и сконцентрированным в малом объёме. В центре атома расположено положительно заряженное ядро, размеры которого малы по сравнению с размерами самого атома. В ядре сконцентрирована почти вся масса атома. Отрицательный заряд всех электронов распределён по всему объёма атома. В целом атом нейтрален.

Учитель:

итак, атом состоит из положительно заряженного ядра и электронов, вращающихся вокруг ядра по замкнутым орбитам подобно движению планет вокруг Солнца. Этой моделью мы пользуемся и сейчас. Но теория Э.Резерфорда не могла объяснить некоторые явления.

Каковы трудности модели Резерфорда?

Ученик

На основе этой модели нельзя объяснить факт существования атома, его устойчивость. Ведь движение электронов по орбитам происходит с ускорением. Ускоренно движущийся заряд по законам электродинамики должен излучать электромагнитные волны. При этом излучение сопровождается потерей энергии. Теряя энергию электроны должны приближаться к ядру и за ничтожно малое время электрон должен упасть на ядро. Атом должен прекратить своё существование. В действительности атомы устойчивы и в невозбуждённом состоянии могут существовать неограниченно долго, совершенно не излучая электромагнитные волны. Отсюда следует, что к явлениям атомных масштабов законы классической физики неприменимы.

Учитель : Выход из создавшегося противоречия мы рассмотрим на следующем уроке.

Закрепление нового материала.

Фронтальная беседа:

1. Какова была цель опыта Резерфорда? (подтвердить или опровергнуть модель атома Томсона)

1. Опишите установку Резерфорда. (свинцовый контейнер, содержащий крупицу радия; тонкая фольга из исследуемого материала; полупрозрачный экран, покрытый сульфидом цинка; микроскоп для наблюдения вспышек)

2. Опишите ход эксперимента. ( радиоактивный препарат помещался внутри свинцового цилиндра, пучок α-частиц попадал на фольгу исследуемого материала, проходя сквозь фольгу частицы попадали на полупрозрачный экран, при этом на экране возникала вспышка, которую наблюдали в микроскоп)

3. Какие результаты ожидал Резерфорд? Какие получил? (подавляющая часть α-частиц проходит сквозь фольгу отклоняясь на малые углы, но некоторая часть частиц отклоняется на значительные углы)

Какие выводы сделал Резерфорд из опыта? (модель атома Томсона не справедлива)

1. Каковы недостатки модели атома Резерфорда? ( модель не позволяет объяснить устойчивость атома)

Рефлексивно-оценочный.

1. Постановка домашнего задания.

2. Итоги урока.

Какая проблема стояла перед нами в начале урока? Удалось ли нам её решить?

Объявление оценок учащимся, активно работающим на уроке. Благодарю вас за урок, урок окончен.