Сотникова Татьяна Николаевна

Урок физики в 9 классе «Опыт Резерфорда. Планетарная модель атома»

Участник педагогического конкурса ‒ Всероссийский дистанционный конкурс для учителей физики и информатики на лучшую методическую разработку «Конспект урока»

Материал опубликован 17 July 2020 в группе

УРОК.РФ: группа для участников конкурсов

47015

221697

Тема урока: «Опыт Резерфорда. Планетарная модель атома» ( 9 класс)

Учитель физики первой квалификационной категории МБОУ СОШ №1 имени ГСС Масленникова П.В. ст.Архонская:

Сотникова Татьяна Николаевна.

Тип урока: урок изучения нового материала. Объяснение нового материала.

Цели урока:

1. Образовательные:

познакомить учащихся с планетарной моделью атома;

дать представление о научных экспериментах, которые привели к построению данной модели.

2. Развивающие:

развить у учащихся информационные умения, т.е. умения извлекать информацию из разных источников (текст, рисунок, таблица, справочник);

продолжить формирование умений анализировать экспериментальные факты, делать логические заключения, выводы и обобщения на их основе.

3. Воспитательные – продолжить формирование мировоззренческих понятий (причинно-следственные связи, познаваемость природы).

Оборудование:

персональный компьютер;

мультимедийный проектор;

таблицы;

презентация в Microsoft PowerPoint.

ХОД УРОКА:

1. Организация работы. Объявление темы и цели урока, порядка работы на уроке.

2.. Активизация познавательной деятельности.

Учитель. На протяжении долгого времени люди думали о строении вещества. История открытия сложного строения атома – это одна из самых интересных и увлекательных страниц в истории физики.

Первый ученик. Ученые прошлого давно догадывались, что вещество состоит из частиц. Около 420 г. до н.э. греческий учёный, философ Демокрит поддержал гипотезу о том, что материя состоит из крошечных неделимых частиц. Он описал мир как систему атомов в пустоте, отвергая бесконечную делимость материи, постулируя не только бесконечность числа атомов во Вселенной, но и бесконечность их форм. Атомы, согласно этой теории, движутся в пустом пространстве (Великой Пустоте, как говорил Демокрит) хаотично, сталкиваются и вследствие соответствия форм, размеров, положений и порядков либо сцепляются, либо разлетаются.Частицы назвали атомами, потому что по-гречески atomos означает «неделимый».

Второй ученик. В России идеи о мельчайших частицах вещества развивал Михаил Васильевич Ломоносов (1711-1765). В своем труде «Элементы математической химии» Ломоносов пишет, что все изменения тел происходят при помощи движения, и далее доказывает, что без движения нельзя представить никакого изменения. В основе этого движения лежат элементы (по-современному – атомы), которые, соединяясь между собой, образуют корпускулы (молекулы). «Элемент есть часть тела, не состоящая из каких-либо других меньших и отличающихся от него тел... Корпускулы есть собрание элементов, образующее одну малую массу... Корпускулы однородны, если состоят из одинакового числа одних и тех же элементов, соединенных одинаковым образом... Корпускулы разнородны, когда элементы их различны и соединены различным образом или в различном числе; от этого зависит бесконечное разнообразие тел».
Если мы заменим в его рассуждениях корпускулы молекулами, а элементы – атомами, то перед нами вырисовывается современная атомно-молекулярная теория строения вещества.
Изучая произведения Ломоносова, можно увидеть, что все его работы по химии, физике и естественным наукам основаны на этой теории.Различая два вида частиц материи, он дает им названия “элементы” (равные понятию “атом”) и “корпускулы” (равные понятию “молекула”). (ссылка 6)

Третий ученик. Английский ученый Джон Дальтон (1766-1844) впервые предпринял попытку количественного описания свойств атомов. Проводя опыты с газами, он 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.
Благодаря Д.Дальтону ввели понятие атомной массы и составили первую таблицу относительных атомных масс различных химических элементов. При этом атом представляется как мельчайшая неделимая, то есть бесструктурная, частица вещества. Это доказало, что вещество состоит из атомов.

Учитель. В результате всех этих воззрений выстраивалась следующая логическая цепочка:

Осталось ответить только на один вопрос: как устроен атом?

3. Введение в тему.

А). Модель Томсона.

Большой вклад в развитие физики внес английский физик Джозеф Джон Томсон, который придумал первую модель строения атома. А начался этот не легкий путь открытий в 1897 году, когда Томсон доказал, что катодные лучи – не что иное, как потоки отрицательно заряженных частиц. Тем самым был открыт электрон, а английский физик Джозеф Джон впоследствии был удостоен Нобелевской премии за это открытие.

Согласно Томсону атом представляет собой шар размером порядка см. По этому шару некоторым образом распределён положительный заряд, а внутри шара, подобно изюминкам, находятся электроны

Суммарный заряд электронов равен положительному заряду атома. Поэтому атом в целом электрически нейтрален. Физики называли модель Томсона «пудинг с изюмом».

Но скоро обнаружилось, что модель не соответствует реальной действительности.

Б). Опыт Резерфорда. (Видеофрагмент об опыте Резерфорда. https://www.youtube.com/watch?v=2-Asa5ITej4)

То что модель Томсона ошибочна, доказал английский физик Эрнест Резерфорд. В 1908-1911 годах под его руководством были выполнены опыты по рассеянию альфа-частиц (ядер гелия, имеющих положительный заряд) металлической фольгой. Идея опыта была гениально проста. Если модель атома Томсона соответствовала действительности, то, пропуская через очень тонкую металлическую фольгу узкий пучок быстрых альфа-частиц, экспериментаторы не увидели бы даже мельчайшего отклонения этих частиц. Установка и схема опыта Резерфорда представлена на схеме:

Альфа-частицы от радиоактивного источника, пройдя через диафрагму, попадают на тонкую металлическую фольгу из золота. Она имеет толщину около микрона, т.е. состоит приблизительно из 3000 атомных слоев. При попадании альфа-частицы на экран возникает свечение люминесцентного слоя.
Наблюдения из опыта показали, что альфа-частицы разделились на три группы:

большинство альфа-частиц легко проходит через фольгу, не отклоняясь;

некоторое количество альфа-частиц отклоняется на небольшие углы;

есть альфа-частицы, отклоняющиеся от фольги на углы более частицы были отброшены назад.

Давайте попробуем объяснить наблюдаемые в эксперименте явления.

Возможный ответ: Большинство альфа-частиц легко проходит через фольгу не отклоняясь, значит, на своём пути они не встречали препятствий.

Пояснения учителя. Так как многие альфа-частицы пролетают через тысячи атомов золота и не взаимодействуют с ними, то это говорит о том, что атом не является сплошным, в нём есть пустоты. (Значит, модель атома Томсона не оправдывает себя).

Возможный ответ: Некоторое количество альфа-частиц отклоняется на небольшие углы, так как положительные частицы притягиваются к отрицательным, следовательно, в фольге есть отрицательные частицы.

Пояснения учителя. Это возможно потому, что легкие электроны почти не влияют на движение тяжелой альфа-частицы. Так как альфа-частицы отклоняются на малые углы, атомы в большей части своего объёма заполнены электронами и лишь небольшую их часть занимает положительно заряженное вещество.

Возможный ответ: Альфа-частицы, отклоняющиеся от фольги на углы более , столкнулись с положительной частицей, а одноимённые заряды отталкиваются, и начинают двигаться в противоположную сторону.

Учитель. Все верно! Эта уникальная частица, которая находится в центре атома и имеет положительный заряд, и получила название ядро атома.
Последний результат был настолько неожиданным для ученых того времени. Так как все в то время была непоколебима модель Томсона, согласно которой атомы представлялись настолько “рыхлыми”, что не были способны вызвать столь значительные отклонения частиц. Намного позже Резерфорд поделился впечатлениями от этого эксперимента: “ «По секрету могу сказать, что сам я не верил, что это возможно. Это было столь же невероятным, как если бы пушечным снарядом выстрелили в лист бумаги, и снаряд, отскочив назад, попал бы в стрелявшего. Тогда у меня и возникла идея об очень малом ядре атома, где сосредоточена практически вся масса атома и весь положительный заряд». (стр.177 Генденштейн Л.Э. Физика. 9 класс. В 2 ч. )

В). Модель Резерфорда.

Проведя анализ эксперимента, Резерфорд подвел итоги:

В центре атома находится массивное положительно заряженное ядро, занимающее малый объем атома;

вокруг ядра движутся электроны, масса которых значительно меньше массы ядра;

атом электрически нейтрален, т.к. заряд ядра равен модулю
суммарного заряда электронов.

Такова планетарная модель атома по Резерфорду (ее так называют за сходство со строением Солнечной системы).
На основании результатов выше описанных опытов Резерфорд сумел оценить размеры атомных ядер. Оказалось, что радиус ядра имеет порядок 10–12 см (10 -14 м), т.е. оно в десятки и даже в сотни тысяч раз меньше атома.
Таким образом, в результате опытов по рассеянию альфа-частиц была доказана несостоятельность модели атома Томсона, выдвинута ядерная модель строения атома и определен порядок диаметров атомных ядер.

Планетарный атом – детище безумного эксперимента и могучей интуиции - навсегда утвердился в атомной физике

4. Закрепление изученного материала.

Задание 1.

Составьте логическую схему из следующих слов: ядро, материя, электроны, вещество, атом, поле, молекула.
Правильный ответ может быть показан на слайде.

Задание 2.

Прочитайте текст, вставляя пропущенные слова, подходящие по смыслу.

Радикальные выводы о строении ________, следовавшие из опытов ____________, заставляли многих ученых сомневаться в их справедливости. ___________ опубликол результаты своих исследований только в 1911 г. через два года после выполнения первых экспериментов. Опираясь на классические представления о движении микрочастиц, ____________предложил ______________ модель атома. Согласно этой модели, в центре атома располагается _______________ заряженное _________, в котором сосредоточена почти вся масса атома. Атом в целом _____________. Вокруг ядра, подобно планетам, под действием кулоновских сил со стороны ядра вращаются ____________ Находиться в состоянии покоя ______________ не могут, так как они упали бы на _______.

Пропущенные слова (в именительном падеже): атом, ядро, Эрнест Резерфорд планетарная, электроны, нейтрален.
Правильный ответ может быть показан на слайде.

Учащийся: В 1922 году поэт Валерий Брюсов дополнил модели электрона и атома:
Быть может, эти электроны -
Миры, где пять материков,
Искусства, знанья, войны, троны
И память сорока веков!
Еще, быть может, каждый атом -
Вселенная, где сто планет;
Там все, что здесь в объеме сжатом,
Но также то, чего здесь нет...

Учитель: Исследования атома продолжаются. Свой огромный вклад в науку еще внесли датский ученый Бор и немецкий ученый Гейзенберг...
Наука продолжает изучать атом и сегодня...
Как знать, может быть, кому-то из вас удастся заглянуть внутрь атома и внести свой вклад в науку...

6. Домашнее задание.

1). Решить кроссворд.