Урок по физике в 11 классе по теме «Строение атома»

ТЕМА: Строение атома. ЦЕЛИ: 1. Осмысление опыта Резерфорда и его результатов. 3. Развитие научного мировоззрения. 2. Формирование модельного мышления. ТИП УРОКА: Комбинированный урок. ВИД УРОКА: Диалог-общение. Оборудование: персональный компьютер, медиа-проектор, портреты учёных Резерфорда, Томсона, Кюри, Планка, Беккереля и др.

Х О Д У Р О К А. I Организационный момент: Сообщение темы и целей урока. Опорные понятия: Модель атома Томсона. Опыт Резерфорда. Планетарная модель атома. Несоответствие планетарной модели атома законам электродинамики. I.ОПРОС 1. Волны де Бройля. 2. Измерения в классической физике и в квантовой механике. 3. Соотношение неопределённостей Гейзенберга.

III. Изложение нового материала Представление об атомах как неделимых мельчайших частицах вещества возникло еще в античные времена, но только в XVIII веке трудами А. Лавуазье, М. В. Ломоносова и других ученых была доказана реальность существования атомов. Но вопрос об их внутреннем устройстве даже не возникал, и атомы по-прежнему считались неделимыми частицами. В XIX веке изучение атомистического строения вещества существенно продвинулось вперед. В 1833 году при исследовании явления электролиза М. Фарадей установил, что ток в растворе электролита это упорядоченное движение заряженных частиц – ионов. Фарадей определил минимальный заряд иона, который был назван элементарным электрическим зарядом. Приближенное значение которого оказалось равным e = 1,60·10–19 Кл. На основании исследований Фарадея можно было сделать вывод о существовании внутри атомов электрических зарядов Майкл Фарадей М. Ломоносов

Большую роль в развитии атомистической теории сыграл выдающийся русский химик Д. И. Менделеев, разработавший в 1869 году периодическую систему элементов, в которой впервые был поставлен вопрос о единой природе атомов. Когда и кем впервые был поставлен вопрос о единой природе атомов?

В 1896 году А. Беккерель обнаружил явление испускания атомами невидимых проникающих излучений, названное радиоактивностью. Что обнаружил Беккерель, изучая соли урана? Как это явление было названо? Чему неопровержимым доказательством явилось открытое явление радиоактивности? Атом является сложной структурой !

В последующие годы явление радиоактивности изучалось многими учеными (М. Склодовская-Кюри, П. Кюри, Э. Резерфорд и др.). Было обнаружено, что атомы радиоактивных веществ испускают три вида излучений различной физической природы (альфа-, бета- и гамма-лучи). Альфа-лучи оказались потоком ионов гелия. Бета-лучи – потоком электронов, а гамма-лучи – потоком квантов жесткого рентгеновского излучения. Назовите учёных, внёсших огромный вклад в изучение явления радиоактивности. Какой вклад внесли в науку эти великие учёные?

В 1897 году Дж. Томсон открыл электрон и измерил отношение e / m заряда электрона к массе. Опыты Томсона подтвердили вывод о том, что электроны входят в состав атомов. Таким образом, на основании всех известных к началу XX 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.

Перед наукой встал вопрос о внутреннем строении атомов. ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

Первая попытка принадлежит Дж. Томсону (1903 г.). Он считал, что атом представляет собой электронейтральную систему шарообразной формы радиусом примерно равным 100 пм. Положительный заряд атома равномерно распределен по всему объему шара, а отрицательно заряженные электроны находятся внутри. Кто автор первой попытки создания модели атома? Что представляла собой эта модель?

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). Схема опыта Резерфорда представлена на рис. Кто экспериментально определил состав радиоактивного излучения? Что представляют собой альфа-, бета- и гамма-лучи? Какие опыты этого великого учёного вам известны? Какие частицы помогли раскрыть секрет строения атома?

Схема опыта Резерфорда по рассеянию α-частиц. K – свинцовый контейнер с радиоактивным веществом, Э – экран, покрытый сернистым цинком, Ф – золотая фольга, M – микроскоп. Слайд21Слайд21

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 со скоростью порядка 15000м/с. Электроны, входящие в состав атомов, вследствие малой массы не могут заметно изменить траекторию α-частицы. Рассеяние, то есть изменение направления движения α- частиц, может вызвать только тяжелая положительно заряженная часть атома. 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 φ 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°. Слайд 21

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. Рисунок иллюстрирует рассеяние α-частицы в атоме Томсона и в атоме Резерфорда. Слайд 21Слайд 21

Рассеяние α-частицы в атоме Томсона (a) и в атоме Резерфорда (b). Какие результаты были получены Резерфордом при зондировании золота альфа-частицами? Какие выводы можно сделать исследуя эти результаты? Почему «атом Томсона» не мог отбросить альфа-частицу назад? Какую модель атома вы можете предложить по результатам опыта Резерфорда?

В центре атома находится плотное положительно заряженное ядро, диаметр которого не превышает 0,1-1фм. Это ядро занимает только 10–ю – 12-ю часть полного объема атома, но содержит весь положительный заряд и не менее 99,95 % его массы. Результаты опытов привели Резерфорда к выводу, что атом почти пустой, и весь его положительный заряд сосредоточен в малом объеме. Эту часть атома Резерфорд назвал атомным ядром. Веществу, составляющему ядро атома, следовало приписать колоссальную плотность порядка ρ 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. Слайд 21

Планетарная 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. Слайд 21

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, т. е. его устойчивость. По законам классической электродинамики, движущийся с ускорением заряд должен излучать электромагнитные волны, уносящие энергию. За короткое время (порядка 10 нс) 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. IV. Домашнее задание: § 77 Что же всё-таки не могла объяснить модель атома Резерфорда? В чём её несоответствие законам электродинамики?

V Закрепление (по рисунках на слайдах) 1.Какие открытия позволили сделать вывод о том, что атом является сложной структурой? 2. Опишите принципиальную схему установки в опыте Резерфорда. Слайд 13 Слайд Какие результаты были получены? Слайд 14 Слайд Почему была отвергнута модель атома Томсона? Слайд 15 Слайд Оцените максимальный размер атома и атомного ядра. Слайд 17 Слайд Что представляет собой планетарная модель атома? Слайд 18

VI. Подведение итогов. Выставление оценок. VI Рефлексия 1.Какими частицами зондировал Резерфорд атомы тяжёлых элементов? а) Нейтронами. б) Протонами. в) Альфа-частицами. Слайд 13 г) Бета-частицами.Слайд Где поместил Резерфорд электроны в своей модели атома? а) В стационарных точках по всему объёму атома вокруг ядра. б) На стационарных орбитах по всему объему атома вокруг ядра. в) В стационарных точках по всему объёму ядра атома. г) На стационарных орбитах по всему объему ядра. Слайд 17Слайд 17 3.Что использовал Резерфорд для определения размера ядра? а) Закон всемирного тяготения. б) Формулу силы Лоренца. в) Закон электромагнитной индукции. Слайд 14Слайд 14 г) Закон Кулона.

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.