Конспект урока «Модель строения атома» по физике для 11 класса

Муниципальное образовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №11

Выксунского района Нижегородской области

Конспект урока физики в 11 классе

«Модель атома Резерфорда»

подготовила

учитель физики

Артамошкина Лариса Владимировна

г. Выкса

2010 г.

Цели урока:

Учебно-образовательные.

Раскрыть последовательность развития учения о строении атома. Рассмотреть опыт, подтверждающий сложность строения атома (опыт Резерфорда).

Познакомить учащихся с результатами этого опыта и недостатками модели атома Резерфорда.

Учебно-развивающие.

Продолжить работу по развитию у учащихся навыков конспектирования, умений выделять главное и выражать это главное устно или письменно.

Воспитательные.

Воспитывать у учащихся чувство толерантности.

План урока.

1 этап. Организационно-ориентировочный.

1. Организационный момент.

2. Объявление темы урока. Постановка цели.

3. Развитие взглядов на строение атома.

2 этап. Усвоения новых знаний.

1. Опыт Резерфорда.

2. Результаты опыта Резерфорда.

3. Объяснение результатов опыта.

4. Планетарная модель атома.

5. Трудности модели Резерфорда.

3 этап. Закрепление нового материала.

4 этап. Рефлексивно-оценочный.

1. Постановка домашнего задания.

2. Итоги урока.

Ход урока.

1 этап. Организационно-ориентировочный.

На доске эпиграф к уроку: «Я был поражён простотой аппаратуры, которую вы используете, и блестящими результатами, которые вы получаете. Мне представляется гением тот, кто может работать со столь примитивным оборудованием и собирать богатую жатву, далеко превосходящую то, что бывало, добыто с помощью самых тонких и сложных приборов».

Хантаро Нагаока.

1. Организационный момент.

2. Объявление темы урока. Постановка цели.

Тема нашего урока: «Модель атома Резерфорда». Сегодня мы рассмотрим, как развивались взгляды на строение атома, углубим знания о нём, познакомимся с планетарной моделью строения атома.

3. Развитие взглядов на строение атома.

Планк пришёл к гипотезе, что атомы могут излучать и поглощать энергию света только порциями. Но гипотеза Планка не раскрывала, ни закономерностей взаимодействия света с атомами, ни закономерностей их строения.

О том, что вещество состоит из частиц, знали давно. Около 420 г. до н.э. греческий учёный, философ Демокрит поддержал гипотезу о том, что материя состоит из крошечных неделимых частиц. По-гречески atomos означает «неделимый», поэтому эти частицы назвали атомами. Долгое время считали атом неделимой частицей.

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.

Первый шаг в данном направлении сделал английский физик Джозеф Джон Томсон. В 1897 году он доказал, что катодные лучи – не что иное, как потоки отрицательно заряженных частиц. Так был открыт электрон.

В 1903 – 1904 годах появились публикации о строении атома, принадлежащие одна японскому физику Хантаро Нагаока, другая английскому физику Джозефу Джону Томсону.

Нагаока представил строение атома аналогичным строению Солнечной системы: роль Солнца играет положительно заряженная центральная часть атома, вокруг которой по кольцеобразным орбитам движутся «планеты» - электроны.

Томсон высказал предположение, что атом может быть похож на рождественский пудинг, в котором большая, но лёгкая по массе положительна заряженная сфера радиусом r = 10^-10м, усеяна отрицательно заряженными частицами.

В 1905 году В. Вин выступил на съезде немецких естествоиспытателей в Мюнхене с докладом об электронах. Он говорил, что проще было бы понимать каждый атом как планетарную систему. Но такая система не может быть устойчивой, так как электроны излучают энергию. Поэтому учёные вынуждены обратиться к системе, в которой электроны находятся в относительном покое. Такой статической моделью был атом Томсона.

2 этап. Усвоения новых знаний.

1. Опыт Резерфорда.

Модель атома Томсона была умозрительной. Её можно было подтвердить или опровергнуть с помощью эксперимента. Экспериментом, который внёс решающий вклад в создание современной теории строения атома был опыт, проведённый в 1911 году Эрнестом Резерфордом совместно со своими ассистентами – Г. Гейгером и Э. Марсденом.

Для экспериментального исследования распределения положительного заряда и массы внутри атома Резерфорд предложил применить зондирование атома с помощью α-частиц. Эти частицы возникают при распаде радия и других радиоактивных элементов и представляют собой дважды ионизированный атом гелия: q_α=2е, m_α=6,64*10^-27кг. Скорость α-частиц велика и составляет 1/15 скорости света.

Этими частицами Резерфорд бомбардировал атомы тяжёлых элементов. Рассеяние α-частиц может вызвать только положительно заряженная часть атома. Таким образом, по рассеиванию частиц можно определить характер распределения положительного заряда и массы внутри атома.

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.

2. Результаты опыта.

Задание 1.

Учитывая, что в твёрдом теле атомы плотно упакованы, а расстояние между их центрами составляет 2,5*10^-10м, рассчитайте, сколько слоёв атомов по толщине содержит золотая фольга толщиной 0,4 мк м (примерно 1 600 слоёв).

Задание 2.

Рассчитайте, во сколько раз α-частица тяжелее электрона (примерно в 7 350 раз).

Опыт показал, что подавляющая часть α-частиц проходит сквозь фольгу отклоняясь на малые углы. Однако некоторая часть частиц отклоняется на значительные углы (см. таблицу). Из таблицы видно, что примерно одна из 20 000 частиц испытывает отклонение на угол 90⁰, одна из 40 000 – на угол 120⁰, и одна из 70 000 – на угол 150⁰.

Вопросы (фронтальная беседа):

1. Каких результатов мог ожидать Резерфорд? ( α-частицы пройдут через фольгу без отклонения или отклоняясь на малые углы)

2. Каковы результаты эксперимента? (подавляющая часть α-частиц проходит сквозь фольгу отклоняясь на малые углы, но некоторая часть частиц отклоняется на значительные углы)

3. Какой вывод можно сделать о состоятельности модели атома Томсона?

(модель атома не справедлива)

3. Объяснение результатов опыта.

При распределении по всему объёму положительный заряд не мог создать интенсивное электрическое поле, способное отбросить α-частицу назад. Максимальная сила отталкивания, действующая на частицу, определяется по закону Кулона.

Для того, чтобы увеличить силу отталкивания частицы нужно уменьшить R, в котором сосредоточен положительный заряд атома.

Заряд, отклоняющий α-частицу на большой угол, не может принадлежать электрону, так как его масса мала по сравнению с массой α-частицей.

Отклонение α-частиц от первоначального направления полёта происходят не в результате большого числа малых отклонений, претерпеваемых частицей при полёте сквозь множество атомов фольги, а в результате однократного столкновения частицы с одним ядром атома.

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.

4. Планетарная модель атома.

Резерфорд пришёл к идее атомного ядра – тела малых размеров, в котором сконцентрированы почти вся масса и весь положительный заряд ядра атома.

Задание 3.

Оцените размер атомного ядра, если энергия α-частицы равна 5МэВ, порядковый номер золота Z =79. Для случая когда α-частицы отскакивают назад. (r=10^-14м.)

Наименьшее расстояние, на которое частица может приблизиться к положительному заряду атома порядка 10^-14-10^-15м. Это и есть размер ядра атома. Размеры самих атомов 10^-10м.

Резерфорд пришёл к выводу планетарной модели строения атома. 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.

5. Трудности модели Резерфорда.

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.

Выход из создавшегося противоречия мы рассмотрим на следующем уроке.

3 этап. Закрепление нового материала.

Фронтальная беседа:

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

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

3. 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)

4. 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)

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

4 этап. Рефлексивно-оценочный.

1. Постановка домашнего задания.

§94 выучить, подготовить сообщения о жизни и деятельности Э.Резерфорда, Дж. Томсона, Х. Нагаока.

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.

Список использованной литературы.

1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М. Физика 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни – 19-е изд. – М.: Просвещение, 2010 г.

2. Глазунов А.Т., Нурминский И.И, Пинский А.А.. Методика преподавания физики в средней школе: Электродинамика нестационарных явлений. Квантовая физика: Пособие для учителя – М.: Просвещение, 1989 г.