Урок по физике на тему "Модели атомов. Опыт Резерфорда" (9 класс)

(Слайд 1)

“Из идеи движения электронов, подобно движению планет, возникла атомная физика”

М. Планк

(Слайд 2)

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

Цели урока:

1. Образовательные:

• закрепить знания о радиоактивности и видах излучения;

• ознакомить 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 – содействовать в ходе урока формированию мировоззренческих понятий (причинно-следственные связи, познаваемость природы).

Оборудование:

• персональный компьютер;

• мультимедийный проектор;

• презентация в Microsoft PowerPoint.

ХОД УРОКА

1. Организация работы. Объявление темы и цели урока, порядка работы на уроке. (Слайд 3)
2. Повторение темы "Явление радиоактивности". Этап подготовки к активному и сознательному усвоению материала (актуализация знаний):

(Слайд 4)

Вопрос 1. Кто открыл явление радиоактивности?

А) М. Кюри;
Б) Н. Бор;
В) Дж. Томсон;
Г) Э. Резерфорд;
Д) А. Беккерель. (Слайд 5)

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 6)

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 7)

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 8)

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 9)

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 10)

История исследования (Слайд 11)

Учитель. В истории развития физики одна из самых интересных и увлекательных страниц – это история открытия сложного строения атома. На протяжении веков люди думали о строении вещества. (Слайд  12)

Сообщения учащихся.

Первый ученик.  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. 
Демокрит (460-370 гг. до н.э.). Демокрит происходил из богатого и знаменитого рода в Северной Греции. Все доставшиеся ему в наследство деньги он потратил на путешествия. За это его осудили: по греческим законам растрата отцовского имущества являлась серьезным преступлением. Но он был оправдан, так как ему удалось доказать, что в своих путешествиях он приобрел обширные знания. (Слайд 13)

Основные элементы его картины природы таковы:

• все тела состоят из атомов;

• атомы имеют форму правильных многогранников: куба («атомы земли»), тетраэдра («атомы огня»), октаэдра («атомы воздуха»), икосаэдра («атомы воды»). (Слайд 14)

Второй ученик.  Прошло более 20 столетий, прежде чем были получены экспериментальные подтверждения идеи атомистического строения вещества. 
В России идеи о мельчайших частицах вещества развивал Михаил Васильевич Ломоносов (1711-1765). Различая два вида частиц материи, он дает им названия “элементы” (равные понятию “атом”) и “корпускулы” (равные понятию “молекула”). (Слайд 15) 
По Ломоносову, “элемент есть часть тела, не состоящая из каких-либо других меньших частиц”, а “корпускула есть собрание элементов в одну небольшую массу”. (Слайд 16)

Третий ученик. Английский ученый Джон Дальтон (1766-1844) впервые предпринял попытку количественного описания свойств атомов. 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.
Именно им было введено понятие атомной массы и составлена первая таблица относительных атомных масс различных химических элементов. При этом атом представляется как мельчайшая неделимая, то есть бесструктурная, частица вещества. То, что вещество состоит из атомов, было доказано. (Слайд 17) 

Учитель. Выстраивалась следующая логическая цепочка:

Оставалось ответить только на один вопрос: как устроен атом? (Слайд 18)

В конце XIX в. появились факты, свидетельствующие, что атом имеет сложное строение. Особенно это стало очевидно после того, как французский учёный А. Беккерель в 1896 г. обнаружил, что соли урана являются источником неизвестного в то время излучения. Это излучение впоследствии получило название радиоактивного излучения. (Слайд 19)

Модель Томсона.

Следующий  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. 30 апреля 1897 г., когда Джозеф Джон Томсон доложил о своих исследованиях, считается “днём рождения” электрона. 
Первая достаточно разработанная модель атома была предложена Томсоном. Согласно этой модели вещество в атоме несет положительный заряд и равномерно заполняет весь объем атома. Электроны “вкраплены” в атом, словно изюм в булку. Суммарный заряд электронов равен положительному заряду атома. Поэтому атом в целом электрически нейтрален.  Модель так и назвали “ПУДИНГ С ИЗЮМОМ”. (Слайд 20)  

Первая модель атома сыграла положительную роль: в дальнейшем была использована верная идея о слоях электронов в атоме, о потере электронов атомами. Однако скоро обнаружилось несоответствие модели реальной действительности.

Опыт Резерфорда. (Слайд 21)

Ошибочность модели Томсона  вскоре доказал английский физик Эрнест Резерфорд. Основные работы Резерфорда относятся к физике атома и ядра.   В 1908-1911 годах под его руководством были выполнены опыты по рассеянию альфа-частиц (ядер гелия, имеющих положительный заряд) металлической фольгой. Идея опыта была проста. Если модель атома Томсона соответствует действительности, то, пропуская через очень тонкую металлическую фольгу узкий пучок быстрых альфа-частиц, экспериментаторы не должны обнаружить сколь-либо заметного отклонения этих частиц. (Слайд 22)
Установка и схема опыта Резерфорда приведены на слайде (Слайд 23). 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  астицы были отброшены назад. (Слайд 24)

Попробуйте сами объяснить результаты опыта.

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

Учитель. Тот факт, что многие альфа-частицы пролетают через тысячи атомов золота, не взаимодействуя с ними, говорит о том, что атом не является сплошным, в нём есть пустоты. (Модель атома Томсона не подтверждается).

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

Учитель. 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.

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

Учитель. Правильно. Эта частица, которая находится в центре атома и имеет положительный заряд, получила название ядро атома.
Последнего результата никто не ожидал, так как все в то время придерживались модели Томсона, согласно которой атомы представлялись настолько “рыхлыми”, что не были способны вызвать столь значительные отклонения частиц. Много позже Резерфорд рассказывал: “Это было самым невероятным событием, которое мне пришлось пережить. Это было почти столь же невероятно, как если бы вы выстрелили 15-дюймовым снарядом в листок папиросной бумаги, и он вернулся бы назад и угодил бы в вас”. (Слайд 25)

Модель атома Резерфорда.

Проанализировав результаты опытов, Резерфорд пришёл к выводу:

• 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. (Слайд 26)

Такова электронно-ядерная модель атома по Резерфорду (Слайд 27) (иногда ее называют планетарной за сходство со строением Солнечной системы). (Слайд 28) 
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. (Слайд 29)

Закрепление изученного материала. (Слайд 30)

Задание  1.

Составьте логическую схему из следующих слов: ядро, материя, электроны, вещество, атом, поле, молекула. (Слайд 31) 
Правильный  ответ показан на слайде. (Слайд 32)

Задание  2.

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. (Слайд 33) 
Правильный ответ показан на слайде. (Слайд 34)

Домашнее задание.

Параграф §56 (ответить на вопросы к параграфу).
(Перышкин А.В., Гутник Е.Н. Физика 9 класс. – М.: Дрофа, 2007)

(Слайд 35)

Литература и ссылки на интернет-ресурсы:

1. А. В.Перышкин, Е. М. Гутник. Физика – 9 кл. – М.: Дрофа, 2007.

2. Ю.А. Сауров, В.В. Мултановский. Квантовая физика. Модели уроков.     М.: Просвещение; Учебная литература, 1996.

3. П.С. Кудрявцев. Курс истории физики. – М.: Просвещение,1974.

4. Первое сентября. Приложение «Физика»  16 1998 г.

5. Интернет-ресурсы:

6. http://www.wikipedia.org;

7. http://www.images.yandex.ru;

8. http://bibliotekar.ru.  (Слайд 36)