Разработка урока по теме «Модели атома. Опыт Резерфорда» (физика, 9 класс)

Автор: Вокина Тамара Леонидовна

Организация: ГАПОУ ИО «Иркутский технологический колледж», УКП №9 при ФКУ ИК-4

Населенный пункт: Иркутская область, г. Иркутск

Цели и задачи:

  1. закрепить знания о радиоактивности и видах излучения;
  2. дать представление о научных экспериментах, которые привели к построению планетарной модели атома;
  3. ознакомить учащихся со строением атома, показать межпредметную связь с химией при рассмотрении данного вопроса;
  4. способствовать развитию познавательного интереса к физике, продолжить формирование научного мировоззрения, умения анализировать, сравнивать, делать логические выводы.

Оборудование: персональный компьютер, мультимедийный проектор, презентация в Power Point, портреты ученых, рисунок с изображением моделей атомов водорода, гелия и лития.

Раздаточный материал: таблица «Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева».

План урока

  1. Организационный момент. Проверка домашнего задания
  2. Изучение нового материала.
  3. Закрепление изученного.
  4. Изложение материала развивающего характера.
  5. Подведение итогов урока.
  6. Домашнее задание.

Ход урока

  1. Организационный момент. Проверка домашнего задания

(Слайд 1). Объявление темы и цели урока, ознакомление с планом работы на уроке.

Повторение темы «Явление радиоактивности» (Слайды 2-7).

Вопрос 1. Кто открыл явление радиоактивности?

А) М. Кюри;

Б) Н. Бор;

В) Дж. Томсон;

Г) Э. Резерфорд;

Д) А. Беккерель. (Слайд 2)

Вопрос 2. По какому действию было открыто явление радиоактивности?

А) По действию на фотопластинку;

Б) По ионизирующему действию на воздух;

В)  По вспышкам света, вызываемым в кристаллах ударами частиц;

Г) По следам в камере Вильсона.

Д) По импульсам тока в счетчике Гейгера-Мюллера. (Слайд 3)

Вопрос 3. Изменяется ли атом в результате радиоактивного распада?

А) Атом не изменяется;

Б) Изменяется запас энергии атома, но атом остается атомом того же химического элемента;

В) Атом изменяется, превращается в атом другого химического элемента;

Г) Атом на короткое время изменяется, но очень быстро возвращается в прежнее состояние;

Д) Атом полностью исчезает. (Слайд 4)

Вопрос 4. Что такое альфа – излучение?

А) Поток положительных ионов водородов;

Б) Поток быстрых двухзарядных ионов гелия;

В) Поток быстрых электронов;

Г) Поток квантов электромагнитного излучения высокой энергии;

Д) Поток нейтральных частиц. (Слайд 5)

Вопрос 5. Что такое бета – излучение?

А) Поток положительных ионов водородов;

Б) Поток быстрых двухзарядных ионов гелия;

В) Поток быстрых электронов;

Г) Поток квантов электромагнитного излучения высокой энергии;

Д) Поток нейтральных частиц. (Слайд 6)

Вопрос 6. Что такое гамма – излучение?

А) Поток положительных ионов водородов;

Б) Поток быстрых двухзарядных ионов гелия;

В) Поток быстрых электронов;

Г) Поток квантов электромагнитного излучения высокой энергии;

Д) Поток нейтральных частиц. (Слайд 7)

  1. Изучение нового материала.

План изложения нового материала:

1. История исследования. Модели атома, существовавшие до начала XIX в.

2. Опыт Резерфорда.

3. Ядерная модель атома Резерфорда.

Для начала я хочу задать вопрос: вам знакома тема «Строение атома», названия элементарных частиц: протон, электрон, нейтрон? На каких уроках, кроме физики, вы изучали эти вопросы? На уроках химии. Это еще раз подтверждает то, что науки очень тесно связаны между собой. Окружающий нас мир единый, природа одна, но для более глубокого ее изучения появились отдельные науки, такие как биология, химия, география, физика, которые изучают ее, применяя свои приемы и методы. И эти науки дополняют друг друга. Например, тема «Строение атома» изучается с позиции физики с привлечением открытий и опытов Резерфорда, Беккереля, Иоффе-Милликена и др. ученых. В химии для изучения этого вопроса более широко используется Периодическая система Д.И. Менделеева.

Да, это мы сейчас знаем, какое строение имеет атом, но к решению этого вопроса наука шла долгим и трудным путем.

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

Демокрит (460-370 гг. до н.э.) - древнегреческий философ-материалист, основатель атомистической гипотезы объяснения мира, считал, что материя состоит из крошечных неделимых частиц – атомов.

М.В. Ломоносов (1711-1765 г.г.) - первый русский ученый-естествоиспытатель, основоположник молекулярно-кинетической теории, экспериментально подтвердил атомистическое строение вещества.

Джон Дальтон (1766-1844 г.г.), английский ученый, впервые предпринял попытку количественного описания свойств атомов.

(Слайд 8).

Таким образом, выстраивалась логическая цепочка: физическое тело-вещество-молекула-атом. Оставалось только ответить на вопрос: как устроен атом?

Наряду с другими экспериментальными фактами основанием для предположения о том, что атомы вещества имеют сложный состав, послужило явление радиоактивности, то есть самопроизвольное излучение веществом α-, β- и γ-частиц, открытое в 1896 году французским ученым А.А. Беккерелем.

А сейчас я расскажу вам о том, какие модели атомов существовали в конце XIX – начале XX века. В то время в физике бытовали самые разные и часто фантастические представления о строении атома.

Например, ректор Мюнхенского университета Фердинанд Линдеман в 1905 г. утверждал, что «атом кислорода имеет форму кольца, а атом серы – форму лепешки».

Продолжала жить и теория «вихревого атома» лорда Кельвина, согласно которой атом устроен подобно кольцам дыма, выпускаемым изо рта опытного курильщика.

Джон Стоней еще в 1891 г. предполагал, что электроны движутся вокруг атома подобно спутникам планет.

Японский физик Хантаро Насаока в 1903 г. говорил, что атом представляет своего рода сложную астрономическую систему подобно кольцу Сатурна.

Вопрос о строении атома изучали и русские физики: Петр Николаевич Лебедев и известный ученый – народник Николай Морозов.

И все же большинство физиков склонялось к мысли, что прав Джозеф Джон Томсон: атом – это равномерно положительно заряженный шар диаметром 10-8 см, внутри которого «плавают» отрицательные электроны, нейтрализующие положительный заряд. Такую модель назвали «пудинг с изюмом». Сам Томсон относился к своей модели без энтузиазма (Слайд 9).

Но ни один из ученых, сторонников идеи планетарного атома, не мог подтвердить ее опытом. И такой опыт в 1911 г. поставил великий английский физик Эрнест Резерфорд.

2. Вопрос. Что такое электрон? Какой он имеет заряд?

Надо сказать, что к тому времени уже было установлено существование электрона (англ. физик Дж. Дж. Томсон), измерен его заряд (амер. физик Милликен), и стало ясно, что электроны входят в состав атома. Но так как атом в целом электрически нейтрален, то в атоме должна быть положительно заряженная часть, на которую приходится основная масса атома.

Модель строения атома, предложенная Томсоном, нуждалась в экспериментальной проверке, поэтому цель опытов Резерфорда заключалась в том, чтобы выяснить, как распределен положительный заряд (а значит, и масса) внутри атома.

Исследуя распад радиоактивных веществ, Резерфорд особое внимание уделил излучению, состоящему из положительно заряженных частиц, называемых α-частицами. Масса α-частиц примерно в 8000 раз больше массы электрона, а положительный заряд по модулю равен удвоенному заряду электрона. Этими частицами Резерфорд бомбардировал атомы тяжелых элементов, например, золота (Слайд 10).

Радиоактивный препарат, например, радий, помещался внутри свинцового цилиндра Ц с высверленным узким каналом. Ученый установил, что каждая α-частица, попадая на экран Э, покрытый сульфидом цинка, вызывает вспышку света, но когда между каналом и экраном помещали тонкую золотую фольгу Ф, то в фольге α-частицы рассеивались, а затем попадали на экран. Вспышки света можно было наблюдать в микроскоп М. Резерфорд попытался обнаружить отклонение α-частиц на большие углы, но совершенно неожиданно оказалось, что примерно одна α-частица из 20 000, падающих на золотую фольгу толщиной 4.10-5см, возвращается назад в сторону источника (согласно модели атома Томсона, α-частицы при взаимодействии с атомами фольги должны отклоняться на малые углы, порядка 2о) (Слайды 11, 12).

Вопрос: какие частицы могли повернуть α–частицу назад?

Электроны вследствие своей малой массы не могут заметно изменить траекторию α–частицы, подобно тому как камушек в несколько десятков граммов при столкновении с автомобилем не в состоянии заметно изменить его скорость. Рассеяние α–частиц (изменение направления движения) может вызвать только положительно заряженная часть атома. Почему, как вы думаете? А для того, чтобы остановить и повернуть α–частицу, летящую с большой скоростью, нужна очень большая сила. Она исходит от ядра. И чем меньше радиус атома, тем больше сила.

Резерфорду понадобилось несколько лет, чтобы окончательно понять столь неожиданное рассеяние α–частиц на большие углы. Он пришел к выводу, что положительный заряд атома сосредоточен в очень малом объеме в центре атома, а не распределен по всему атому, как в модели Томсона.

3. (Слайд 13). Проанализировав результаты опытов, Резерфорд пришёл к выводу:

- атомы любого элемента состоят из положительно заряженной части, получившей название ядра;

- в состав ядра входят положительно заряженные элементарные частицы – протоны (позднее было установлено, что и нейтральные нейтроны);

- вокруг ядра вращаются электроны, образующие так называемую электронную оболочку.

Такова электронно-ядерная модель атома по Резерфорду (Слайд 14). Иногда ее называют планетарной за сходство со строением Солнечной системы (Слайд 15).

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 сотни тысяч раз меньше атома.

Таким образом, в результате опытов Резерфорда по рассеянию α–частиц была доказана несостоятельность модели атома Томсона, выдвинута ядерная («планетарная») модель атома и определен порядок диаметров атомных ядер (Слайд 16).

III. Закрепление изученного.

Пользуясь рисунком, рассмотрим модели атомов водорода, гелия и лития.

- Чем отличаются друг от друга атомы различных химических элементов? (Числом протонов, нейтронов и электронов).

- Что является главной характеристикой определенного химического элемента? (Заряд ядра).

Какие частицы входят в состав ядра атома? (Протоны и нейтроны).

Если атом нейтрален, то есть не имеет заряда, то количество протонов в его ядре равно количеству электронов. Атом, потерявший (или приобретший) один или несколько электронов, уже не является нейтральным, а будет иметь положительный (или отрицательный) заряд. Его называют положительным (или отрицательным) ионом.

Если обозначить число протонов в ядре Z, число нейтронов N, а массовое число (суммарное число нуклонов в ядре) А, то А = Z + N

Задание  1.

А) Зная, что порядковый номер элемента в таблице Менделеева определяет число протонов в ядре (заряд ядра) и число электронов в атоме, определим количество протонов, электронов и нейтронов для следующих химических элементов: В, С, Мg, Al, S, Сl, Са.

Б) В ядре атома углерода содержится 12 частиц. Вокруг ядра движутся 6 электронов. Сколько в ядре этого атома протонов и сколько нейтронов?

В) В ядре атома азота 14 частиц, из них 7 нейтронов. Сколько протонов и электронов содержится в этом атоме?

Г) Вокруг ядра атома кислорода движется 8 электронов. Сколько протонов имеет ядро атома кислорода?

Д) От атома гелия отделился один электрон. Как называется оставшаяся частица? Каков ее заряд?

Е) Что имеет больший заряд: атом лития или положительный ион лития?

Задание  2 (Слайд 17).

Составьте логическую схему из следующих слов: ядро, материя, электроны, вещество, атом, поле, молекула.

Правильный  ответ показан на слайде (Слайд 18).

Задание  3 (Слайд 19).

Прочитайте текст, вставляя пропущенные слова, подходящие по смыслу.

В 1911 году английский физик __________ поставил опыт по исследованию _______ и _______ атома. В своих опытах он использовал:

Источник ______________;

Очень тонкую ________________ фольгу;

Экран, способный ______________ под действием ____________ частиц.

Ученый пришел к ______________ о том, что _______ напоминает по строению нашу Солнечную систему. Подобно тому, как планеты движутся вокруг массивного _____________, _____________ в атоме движутся вокруг массивного _____________. Модель атома, созданную _______ назвали __________.

Пропущенные слова (в именительном падеже): солнце, атом, вывод, ядро, Эрнест Резерфорд, светиться, опыт, состав, планетарная, строение, металлическая, заряженные, альфа-частицы, электроны/

Правильный ответ показан на слайде (Слайд 20).

IV. Изложение материала развивающего характера.

Сообщения учащихся: «Страницы биографии Эрнеста Резерфорда».

V. Подведение итогов. Рефлексия:    1. Что нового узнали?

2. Что понравилось на уроках?

3. Что было самым трудным?

Выставление оценок.

VI. Домашнее задание. §56; ответить на вопросы и выполнить упражнения к параграфу.

Литература.

1. Перышкин А.В., Гутник Е.М. Физика. 9 кл. - М.: Дрофа, 2014 г.

2. Марон А. Е., Марон Е. А. Физика. 9 кл. Учебно-методическое пособие. - М.: Дрофа, 2006 г.

3. Волков В. А. Поурочные разработки по физике. 9 класс -- М.: ВАКО, 2005 г.

4. Марон А.Е., Мякишев Г.Я., Дубицкая Э.Г. Физика. Учебник для 12 класса вечерней (заочной) средней школы и самообразования. – М.: Просвещение, 1990 г.

Технологическая карта урока

Преподаватель: Вокина Тамара Леонидовна_____

Тема: «Модели атомов. Опыт Резерфорда»

 

Этап урока, время (мин.), задачи

Методы и приемы работы, формы

Содержание

Деятельность учителя

Деятельность учащихся

1

Организационный

(5 мин)

Включение в деловой ритм. Проверка домашнего задания

Устное сообщение учителя, упражнения, фронтальная

Объявление темы и плана урока (слайд 1)

Повторение темы «Явление радиоактивности» (слайды 2-7)

Приветствует учащихся, озвучивает тему и цель урока, знакомит их с планом урока, организует проверку домашнего задания

Приветствуют учителя, слушают, отвечают на вопросы домашнего задания по слайдам 2-7

2

Актуализация знаний

(2 мин)

Активизация знаний учащихся, необходимых для изучения нового материала, формирование мотивации учащихся

Беседа, фронтальная

Вам знакома тема «Строение атома», названия элементарных частиц: протон, электрон, нейтрон?

На каких уроках, кроме физики, вы изучали эти вопросы?

О межпредметной связи

Организует диалог с учениками, корректирует ответы учащихся

Отвечают на вопросы учителя

3

Введение нового материала (20 мин)

Знакомство с историей открытия сложного строения атома,

опытом Резерфорда,

ядерной моделью атома Резерфорда

 

 

Лекция с элементами беседы, методы иллюстраций и демонстраций

1. История исследования. Модели атома, существовавшие до начала XIX в.

(слайды 8-9)

2. Опыт Резерфорда.

Вопрос 1.

Что такое электрон? Какой он имеет заряд?

(слайды 10-12)

Вопрос 2.

Какие частицы могли повернуть α-частицу назад?

3. Ядерная модель атома Резерфорда.

(слайды 13-16)

Объясняет новый материал, используя презентацию по теме урока, демонстрирует портреты ученых, задаёт вопросы

Воспринимают информацию, сообщаемую учителем, записывают в тетрадь, отвечают на вопросы

4

Закрепление материала

(10 мин)

Закрепление знаний учащихся по теме урока

 

 

 

 

Упражнения, самостоятельная работа, самоконтроль, фронтальная и индивидуальная

Вопрос 1. Чем отличаются друг от друга атомы различных химических элементов?

Вопрос 2.

Что является главной характеристикой определенного химического элемента?

Вопрос 3. Какие частицы входят в состав ядра атома?

Задание 1.

А) Зная, что порядковый номер элемента в таблице Менделеева определяет число протонов в ядре (заряд ядра) и число электронов в атоме, определим количество протонов, электронов и нейтронов для следующих химических элементов: В, С, Мg, Al, S, Сl, Са

Б) В ядре атома углерода содержится 12 частиц. Вокруг ядра движутся 6 электронов. Сколько в ядре этого атома протонов и сколько нейтронов?

В) В ядре атома азота 14 частиц, из них 7 нейтронов. Сколько протонов и электронов содержится в этом атоме?

Г) Вокруг ядра атома кислорода движется 8 электронов. Сколько протонов имеет ядро атома кислорода?

Д) От атома гелия отделился один электрон. Как называется оставшаяся частица? Каков ее заряд?

Е) Что имеет больший заряд: атом лития или положительный ион лития?

Задание 2.

Составьте логическую схему из следующих слов: ядро, материя, электроны, вещество, атом, поле, молекула

(слайды 17-18)

Задание 3.

Прочитайте текст, вставляя пропущенные слова, подходящие по смыслу (слайды 19-20)

Демонстрирует рисунок моделей атомов водорода, гелия и лития, задает вопросы, организует работу по выполнению заданий с использованием ПСХЭ и по слайдам 17-20

Устно отвечают на вопросы по рисунку, ПСХЭ, письменно – по заданиям на слайдах, проверяют себя

5

Изложение материала развивающего характера

(4 мин)

Сообщения учащихся

«Страницы биографии Эрнеста Резерфорда»

Слушает, поддерживает ученика для приобретения им уверенности

Слушают, задают вопросы

6

Подведение итогов

(2 мин)

Анализ успешности усвоения нового материла и деятельности учащихся на уроке

Беседа

Рефлексия по уроку:

1. Что нового узнали?

2. Что понравилось на уроке?

3. Что было самым трудным?

 

Выставление оценок

Подводит итоги, задаёт вопросы, выставляет оценки

Высказывают свое мнение

7

Постановка домашнего задания (2 мин)

Дать информацию и инструктаж по домашнему заданию

Устное сообщение учителя

§56; ответить на вопросы и выполнить упражнения к параграфу

Комментирует домашнее задание, проводит по нему инструктаж

Воспринимают информацию, записывают в тетрадь

 

Опубликовано: 15.05.2015