Строение атома. Опыт Резерфорда

ПЛАН – КОНСПЕКТ ОТКРЫТОГО УРОКА ПО ФИЗИКЕ СТРОЕНИЕ АТОМА. ОПЫТ РЕЗЕРФОРДА. Отыщи всему начало, и ты многое поймёшь Тема урока: Строение атома. Опыт Резерфорда.  Козьма Прутков Тип урока: урок изучения нового материала. Вид урока: стандартный урок. Цель урока: изучить строение атома; рассмотреть фундаментальный опыт Резерфорда. 1 Задачи: Образовательные:   Изучить планетарную модель атома.   Познакомить учащихся с гипотезой Томсона и фундаментальным опытом  Резерфорда.  Развивающая:    Развивать интеллектуальные и творческие способности учащихся.  Воспитательные:   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. Ход урока. I. Подготовительная часть: оргмомент, постановка цели урока. II. Основная часть: 1. Фронтальный опрос: ­ Каковы были взгляды о строении вещества в древности? ­ Как переводится с греческого слово «атом»? ­ Какое явление стало свидетельством сложного строения атома? ­ Кем и в каком году оно было открыто? ­ В чем заключается явление радиоактивности? ­ Кем и как проводился опыт по изучению состава радиоактивности? ­   Как   были   названы   частицы,   входящие   в   состав радиоактивного излучения? ­ По рисунку определите заряд и название каждого из трех лучей? Почему вы так считаете? 2. Актуализация знаний. ­ Какие заряды существуют в природе? ­ Каким образом они взаимодействуют друг с другом? 3. Изучение нового материала. Слово “атом” придумал очень давно более 2500 лет назад древнегреческий философ  Демокрит. С греческого “атом” переводится как “неделимый”. Так ли это? В истории развития физики одна из самых интересных и увлекательных страниц – это  история открытия сложного строения атома. В конце XIX­ начале XX в. идеи о  2 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.             После открытия в 1897 г. электрона, входящего в состав   атома,   был   сделан   вывод   о   сложном   строении   атома. Первая достаточно разработанная модель атома была предложена английским   физиком   Дж.  Дж.  Томсоном,  открывшим   электрон. Согласно этой   модели вещество   в   атоме   несет положительный   заряд   и равномерно   заполняет   весь атома.   Электроны   “вкраплены”   в Первая модель атома сыграла положительную роль. требовала доказательств. объем атом. Но   она   Чтобы   проверить   гипотезу   Дж.   Дж.   Томсона   необходимо   провести эксперимент, что и сделал Э. Резерфорд. Он решил проникнуть внутрь   атома   с   помощью     которые   имели положительный заряд, массу почти в 7300 раз большую чем масса электрона и очень большую скорость (около 20000км/c). С точки α зрения   Резерфорда   ­частицы   должны   были   легко   "пробить" атом   и   тем   самым   доказать   справедливость   модели   атома Томсона.  ­частиц, α бы следующую картину:  Если бы атом был устроен так, предполагал Дж.Томсон, то Э.Резерфорд α ­ частицы пробивают атом и практически   не   отклоняясь пролетают сквозь него.  как увидел Схему   экспериментальной   установки   Резерфорда   вы   с видите   на   рисунке. небольшим  отверстием   находился   радиоактивный  препарат, испускавший   поток   ­частиц.   Они   попадали   на   золотую фольгу и, проходя через нее, ударялись о люминесцирующий   В   цилиндрическом   сосуде   α   экран. В местах удара частиц на экране возникали вспышки света. То,   что   некоторые   α ­частицы   отскакивали   от   фольги   назад,   противоречило модели   Томсона.   Результаты   эксперимента   настолько   удивили   Резерфорда,   что   он воскликнул:   "...   неправдоподобно   так   же,   как   если   бы   вы   выстрелили пятнадцатифунтовым снарядом в папиросную бумагу, а снаряд отскочил бы обратно и убил бы вас самих".  3 Чтобы объяснить результаты опыта, Резерфорд рассуждал так. Известно, что  ­α частицы имеют положительный заряд. Если некоторые из них отталкиваются фольгой назад, значит, положительный заряд есть и в атомах фольги. Но поскольку бoльшая α часть  ­частиц пролетает сквозь фольгу, почти не отклоняясь при этом, значит, этот положительный заряд занимает лишь малую часть каждого атома. Ее назвали ядром атома. Подсчитывая частицы, отклоняющиеся после пролета фольги на большие и малые углы, определили приблизительные размеры ядра: около 10­14  м. Это число оказалось примерно в 10 000­ 100 000 раз меньше размеров самого атома. Поэтому свободное пространство   в   модели   атома   Резерфорд   "заполнил"   электронами   Он,   в   частности, говорил, что атом "состоит из центрального электрического заряда, сосредоточенного в точке   и   окруженного   однородным   сферическим   распределением   противоположного электричества равной величины". Наблюдавшееся   Резерфордом   рассеяние заряженных   частиц   и   объясняется   таким распределением зарядов в атоме При столкновениях α с   отдельными   электронами   ­частицы   испытывают отклонения на очень небольшие углы, так как масса электрона мала. Однако в тех редких случаях, когда она пролетает на близком расстоянии от одного из атомных ядер, под действием сильного электрического поля ядра может произойти отклонение на большой угол. Так как большая часть пространства в атоме пуста, быстрые  α ­частицы могут почти свободно проникать через значительные слои вещества, содержащие несколько тысяч слоев атомов. Итак, 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.  Размеры  .  Атом: 10­10  м; ядро: 10­10 – 10­14 м. Практически вся масса атома сосредоточена в ядре­ 99,95 %. Из опытов следует, что ядро и отталкивает альфа­частицу, причем тем сильнее, чем ближе к ядру она проходит. По соотношению между общим числом частиц и числом отклонившихся на определенные углы частиц рассчитывается размер ядра и заряд ядра. Оказалось,   что   радиус   ядра   имеет   порядок   10  ­   12  см   (10  ­   14  м).   Заряд   же   ядра положителен и определяется формулой q = Z•e, где Z ­ порядковый номер элемента в периодической системе, а е­ модуль заряда электрона”.        Таким образом, на сегодня известно точно, что... (учитель ­ на доске, ребята ­ в тетради составляют схему­таблицу строения атома).    4 Строение всех атомов зашифровано в периодической системе химических элементов.  Порядковый номер химического элемента показывает электрический заряд ядра атома  Z , этот заряд численно равен сумме протонов в ядре атома электрически нейтральная частица, то суммарный положительный заряд атома равен  суммарному отрицательному заряду, следовательно, равен числу электронов в  оболочке атома массового числа атома вычитаем заряд ядра: 4. Отработка изученного материала проводится с помощью вопросов,  предложенных в мультимедийном пособии, а также: а) Опроверг ли своими опытами Э. Резерфорд модель атома Томсона?  Чтобы вычислить число нейтронов в ядре из  ; т.к. атом в целом  .   Какая модель атома вытекает из опытов Э. Резерфорда?   Что принимается за размер атома в планетарной модели атома?  б) задача с выбором ответа:  Опыты Резерфорда по рассеянию альфа­частиц показали:       электрон вращается в атоме по круговой орбите;  альфа­частицы положительно заряжены;  атом не взаимодействует с альфа­частицами;  атом состоит из малого по объему и массивного ядра и легких электронов;  атом состоит из заряженных частей.  Выберете правильный и исчерпывающий ответ. в) заполняем таблицу вместе с учащимися г) фронтальный опрос:   Чем отличаются протоны и электроны?   Сходство и различие протонов и нейтронов?   Какой заряд имеет атом меди?   Из чего складывается масса атома?   Предлагаем вашему вниманию сочинение. Как вы думаете, о чём идёт речь в  сочинении? 5 Таким   образом,   в   результате     опытов   по   рассеянию   несостоятельность модели атома Томсона и выдвинута ядерная модель. α ­частиц   была   доказана 5. Выполнение тестовой работы на два варианта (задания на рабочем листе у  каждого учащегося, работы сдаются для проверки) III. Закрепление. ­ С какой целью проводился опыт Резерфорда? ­ Пользуясь рисунком расскажите, как проводился опыт Резерфорда по рассеянию  частиц? ­α ­ Какие результаты были получены в ходе опыта? ­ Каковы вывода Резерфорда? ­ Что представляет атом согласно ядерной модели, выдвинутой Резерфордом? ­ Каковы размеры атома и ядра? ­ По рисунку расскажите, как проходят  α ­ частицы сквозь атомы вещества? Почему? Заполните схему: Атом Электронная оболочка   Ядро протоны нейтрон ы IV. Самостоятельная работа (4 – 5 мин). Вариант 1.                                1. В состав ядра атома входят следующие частицы: А) только протоны;                    В) протоны и электроны; 6 Б) нейтроны и протоны;            Г) нейтроны и электроны.  – частица,  α 2. Какой заряд имеют  α А)   ­ частица – отрицательный,  α β Б)  ­ и  ­ частицы – положительные; α В)  ­ частица – положительный,  α β ­ и  ­ частицы – отрицательные. Г)  β  – частица – отрицательный; β  – частица? β  – частица – положительный; α  – излучение? 3. Что такое  А) поток положительных ядер атома гелия; Б) поток электронов; В) поток нейтральных частиц; Г) поток электромагнитного излучения α 4. Современная модель структуры атома обоснована опытами: А) по рассеянию  Б) по сжимаемости жидкости; В) по электризации; Г) по тепловому расширению. ­ частиц; 5. Кто предложил ядерную модель строения атома? А) Беккерель;                          В) Кюри; Б) Томсон;                               Г) Резерфорд. 6. По современным представлениям атом – это: А) маленькая копия молекулы вещества; Б) мельчайшая частица молекулы вещества; В)  однородный положительный шар с вкраплениями электронов; Г) положительно заряженное ядро, вокруг которого движутся электроны.  7. С помощью опытов Резерфорд установил, что: А) положительный заряд распределен равномерно по всему объему атома; Б) положительный заряд сосредоточен в центре атома и имеет малый объем; В) в состав атома входят электроны; Г) атом не имеет внутренней структуры. Вариант 2.                                         1. С помощью опытов Резерфорд установил, что: А) положительный заряд распределен равномерно по всему объему атома; Б) положительный заряд сосредоточен в центре атома и имеет малый объем; В) в состав атома входят электроны; Г) атом не имеет внутренней структуры. γ 2. Какой заряд имеют  А)  ­ частица – положительный,  ­ излучение – отрицательный; Б)  ­ частица – отрицательный,  ­ излучение – не имеет заряда; β  – частица?  – частица,  γ γ β β 7 β В)  ­ и  ­ частицы – положительный; Г)  γ β  – частица не имеет заряда,  ­ излучение – положительный. γ 3. Кто открыл явление радиоактивности? А) М. Кюри;                          В) Э. Резерфорд; Б) ДЖ. Томсон;                     Г) А. Беккерель. β  – излучение? 4. Что такое  А) поток положительных ядер атома гелия; Б) поток электронов; В) поток нейтральных частиц; Г) поток электромагнитного излучения. 5. Из каких частиц состоят ядра атомов? А) из протонов; Б) из нейтронов; В) из протонов и нейтронов; Г) из протонов, нейтронов и электронов. γ  – излучение? 6. Что такое  А) поток положительных ядер атома гелия; Б) поток электронов; В) поток нейтральных частиц; Г) поток электромагнитного излучения. 7.Современная модель структуры атома обоснована опытами: А) по рассеянию  Б) по сжимаемости жидкости;           Г) по тепловому расширению. ­ частиц;                В) по электризации; α V. Подведение итогов. Вернемся к эпиграфу урока: «Отыщи всему начало, и ты многое поймёшь». Я думаю, что   на   сегодняшнем   уроке   «начало»   мы   отыскали.   А   многое   понять   и   узнать   нам предстоит на наших следующих уроках. На   волне   открытий   строения   атома   поэт   Валерий   Брюсов   в   1922   году   написал стихотворение “Мир электрона”, в котором провел аналогию между строением атома и Солнечной системы. Мир электрона. Быть может, эти электроны­  Миры, где пять материков, Искусства, знанья, войны, троны  И память сорока веков. 8 Еще, быть может, каждый атом ­  Вселенная, где сто планет,  Там все, что здесь, в объеме сжатом, Но так же то, чего здесь нет. Их меры малы, но все та же  Их бесконечность, как и здесь,  Там скорбь и страсть, как здесь, и даже  Там та же мировая спесь... Д/з. § 93.                  Приложение 1 Тема урока: "Строение атома" Рабочий лист 1.  Демокрит (др. греч.):                       2.  Модель  Дж. Дж. Томсона: «атом» ­ «                              ».              (дорисуй модель) К Е К С 3. Планетарная модель атома:   1. ­                                                                            2. ­                                                                               4. Заполни схему: «Состав атома». 1 2         5. 5.Заполни таблицу: 9 6. Ответьте на вопрос: Что произойдёт с атомом, если изменить количество  электронов? 1H0     ­ 1       → 1H+1                                            ?  _____________________________   1H0     + 1       → 1H­1                                             ?  ____________________________ Частицы, которые получились при отдаче (потере) и принятии  (присоединении)  Атомы одного вида, но имеющие разные числа нейтронов (разные массы),  называются изотопами.  и  приобрели заряд, называются ионами. ___________________ 9. Закончи предложение: Если бы не было открыто строение атома, то _______________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________ 10.Домашнее задание § 93. Заполни таблицу: химические элементы ядро  Протоны, p  Нейтроны, n Электроны,  e 16 8 О 11 5 В   23 11 Na    201 80 Hg 27 13 Al 10 11