Строение атома. Опыт Резерфорда

Конспект урока по физике для 11 класса

Тема. Строение атома. Опыт Резерфорда.

Цель урока: изучить планетарную модель атома, познакомить учащихся с гипотезой Томсона и фундаментальным опытом Резерфорда;

развивать интеллектуальные и творческие способности учащихся; развивать познавательный интерес к предметам; показать значение опытных фактов.

Оборудование: компьютер, проектор для показа набора слайдов: графические задания, портреты ученых, модели атомов Томсона и Резерфорда, Опыт Резерфорда (фрагмент), наглядные пособия.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Вид урока: стандартный урок

План урока:

1. Вступительное слово учителя, постановка цели урока.

2. Изложение нового материала.

3. Отработка изученного материала.

4. Подведение итогов. Домашнее задание.

Небольшие сообщения о Демокрите, Томсоне Дж, Резерфорде, Э.Чедвике учащиеся могут подготовить заранее, воспользовавшись информацией с CD «Энциклопедия Кирилла и Мефодия», «Открытая физика» и т.д. или на сайте.

Ход урока:

1. Организационный момент (слайд 1)

М отивация (слайд 2)

Учитель: На краю Млечного Пути, вокруг звезды средней величины, вращается голубой шар. Это – Земля, а голубизна – Океан. На планете много веществ и различных химических элементов, которые отличаются друг от друга мельчайшими частицами, именуемыми молекулами и атомами. Английский поэт и художник Уильям Блейк (1757-1827)в своем стихотворении призывал:

В одном мгновенье видеть вечность,

Огромный мир – в зерне песка,

В единой горсти – бесконечность

И небо - в чашечке цветка.

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.

Учащиеся отвечают (явление диффузии, броуновское движение, наконец, фотографии, полученные с помощью электронного микроскопа)

“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?

Давайте вспомним все, что знаем об атоме.

лайд 3 – Ключевые фигуры в создании модели атома: Демокрит – высказал идею, что все тела состоят из неделимых частиц – атомов, Томсон – открыл электрон и предложил первую модель атома, Резерфорд – планетарная модель атома, Чедвик – открыл нейтрон, создав окончательный вариант планетарной модели атома;

У читель: В истории изучения атома можно выделить ключевые фигуры: Демокрит,Томсон,Резерфорд,Чедвик.

А) слайд 4 – основные идеи учения Демокрита.

Учащийся делает небольшое сообщение о роли Демокрита в изучении строения вещества.

Еще в глубокой древности, 2500 лет назад, ученые высказывали предположения о строении вещества. Греческий ученый Демократ (460-370 до н.э.) считал, что все вещества состоят из мельчайших, неделимых частичек. По-гречески atomos означает «неделимый», поэтому эти частицы назвали атомами. По легенде, идея о существовании атомов возникла у автора, когдаон разрезал яблоко. До каких пор можно рассекать яблоко на части? Мысль о том, что существует предел такого деления, и побудила назвать мельчайшие частицы материи атомами – неделимыми.

Учитель: 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.

Б) слайд 5 - слайд, посвященный Томсону Дж.

Учащийся. Делает небольшое сообщение омодели атома, предложенной английским физиком Джозефом Джоном Томсоном:

“Атом” в переводе с греческого - неделимый.

Но Дж. Дж. Томсон открывает в 1897 г.электрон, который входит в состав атома.

Поэтому был сделан вывод о сложном строении тома. Первая достаточно разработанная модель атома была предложена английским физиком Дж. Дж. Томсоном в1903 году. Ее назвали – “пудинг”, начиненный изюмом, где атом – это однородный шар из положительно заряженного вещества, в котором находятся электроны. Суммарный заряд электронов равен положительному заряду атома, следовательно, атом имеет заряд равный нулю. Для устойчивости атома необходимо, чтобы электроны располагались концентрическими слоями, в каждом слое определенное число электронов. Томсон с помощью данной модели объяснил ряд физических явлений.

Например, хорошая проводимость металлов объяснялась тем, что атомыметаллов легко теряют часть электронов. В дальнейшем была использована верная идея о слоях электронов в атоме, а также о потере атомами электронов.

У читель: Согласны ли вы с этой моделью? Ваша версия строения атома?

Учащиеся предлагают свою версию, т.к. из химии и физики 8 класса ребята уже знают об атоме.

Слайд 6- краткая справка о Резерфорде,

В) Учитель: данную модель атома предложил Эрнест Резерфорд. Как он пришел к этой версии?

У чащиеся работают с учебником на странице 257 – 258 учебника «Физика -11 » Г.Я. Мякишева, Б.Б. Буховцева

( рассматривается опыт Резерфорда).

Слайд 7 – опыт Резерфорда: установка, движение частиц.

Учитель: С помощью каких частиц было открыто строение атома? Дадим характеристику этой частице. Во сколько раз масса альфа-частицы больше массы электрона? Какой заряд частицы? С какой скоростью движется частица?

П очему использовали столь крупную частицу для выявления распределения положительного и отрицательного заряда внутри атома?

Рассказ ученика об опыте Резерфорда (по слайду). Дополнения учащихся.

Учитель: Каковы результаты опыта?

Учащийся. Альфа-частицы от радиоактивного источника, пройдя через диафрагму, попадают на тонкую фольгу из золота. Она имеет толщину около микрона, т.е. состоит приблизительно из 3000 атомных слоев. Большая часть альфа-частиц легко проходит через фольгу, мало отклоняясь. Но некоторые, редкие альфа-частицы отклоняются на значительные углы и даже на углы, близкие к 180°, т.е. отбрасываются назад.

Учитель: Как можно объяснить столь разные углы отклонения альфа-частиц?

У чащийся: 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.

Слайд 8 – модель атома по Резерфорду. Мы видим портрет Резерфорда и рисунок модели, проговариваем по рисунку строение атома.

Учитель: Модель атома по Резерфорду

Учащийся:

Из опытов Резерфорда можно сделать вывод о планетарной модели атома. В центре расположено положительно заряженное атомное ядро.

Радиус ядра имеет размер 10 - 12 см (10 - 14 м). В нем сосредоточен весь положительный заряд атома и почти вся масса атома. В целом атом нейтрален. Поэтому число внутриатомных электронов равно заряду ядра и номеру элемента в периодической системе. Заряд же ядра определяется формулой q = Z*e, где Z - порядковый номер элемента в периодической системе, а е- модуль заряда электрона.

Слайд 9 – слайд, посвященный Джеймсу Чедвику.

Г ) Учитель: У нас осталось не названным еще одно имя, связанное со строением атома – Чедвик Джеймс.

Учащийся: Джеймс Чедвик является английским физиком, учеником Эрнеста Резерфорда. В 1932г. он открыл нейтроны. Существование данной частицы предсказывал еще Резерфорд за 10 лет до опытов Чедвика. Новая частица отличаетсяот протонов, открытых еще Резерфордом в 1919 году, электрическими свойствами, но очень близка к ним по массе и размеру. Чедвик доказал, что ядра атомов тоже делимы! Они состоят из протонов и нейтронов, которые связаны между собой мощным ядерным воздействием.

Т ак как в целом атом электрически нейтрален, а заряд протона равен модулю заряда электрона, то число протонов в ядре равно числу электронов в атомной оболочке. Следовательно, число протонов в ядре равно атомному номеру элемента Z в периодической системе элементов Д.И. Менделеева

Сумму числа протонов Z и нейтронов N в ядре называют массовым числом и обозначают буквой А: А=Z+N Массовое число ядра равноокругленной до целого числа относительной атомной массе элемента.

3. Выводы:

Учитель: Итак, каково же строение атома?

Ученики: Атом состоит из электронов и ядра. Электроны движутся вокруг положительно заряженного ядра. Ядро состоит их протонов и нейтронов. Заряд протона равен заряду электрона по модулю. Нейтрон не имеет заряда

Учитель: Возникает вопрос: Как располагаются электроны вокруг ядра?

Ученик: (повторение 8 класса) Электроны в атоме располагаются на оболочках. Оболочки обозначаются в порядке латинского алфавита. Первая оболочка, самая близкая к ядру имеет имя К – на ней всегда располагается два электрона (кроме атома водорода, где всего один электрон), вторая – L(не более 8 электронов), третья – M, четвертая – N, пятая – O, шестая – P,седьмая – Q. Например: атом N. (по гиперссылке выход на флеш - файл –планетарная модель некоторых атомов) Число слоев соответствует периоду элемента в таблице. Число электронов на последнем слое – группе элементов.

С лайд 10 – задача на вычисление количества протонов, электронов и нейтронов в атомах. Сначала учащиеся вычисляют, говорят ответ, затем по щелчку мыши появляется ответ в строке последовательно сверху вниз.

3. Задачи: задание на слайде, таблица Менделеева Д.И.

1. Заполнить таблицу: заполняется всеми – после того, как был сказан ответ, щелкаем мышью, и ответы появляются в ячейках таблицы.

№ 1204, стр. 158 (Задачник, автор Рымкевич)

2. Самостоятельно: ₈O¹⁶_{, 3}Li⁷_{, 6}C¹² _{, 7}N¹⁴_{, 9}F¹⁹ _,13Al²⁷ _,92U²³⁵_{, 82} Pb ²⁰⁷_.

3. Чем отличаются следующие элементы: О и О; U и U.

Слайд 11 - в задаче «Нарисовать схемы распределения электронов по слоям у атомов брома, магния, кремния» происходит распределение электронов по слоям. Записи появляются последовательно для каждого элемента после щелчка мышью.

5. Подведение итогов: выставляем оценки, благодарим активных

учащихся, ребят, подготовивших выступления.

6. Домашнее задание §94, конспект урока в тетради