Урок физики в 11 классе на тему 'Сложное строение атома'

Урок физики в 11 классе

Тема урока: Сложное строение атома

Тип урока: урок усвоения нового материала

Цель урока: изучить строение атома на основе теорий Резерфорда и Бора

Задачи:

Образовательные:

изучить строение атома,

изучить теории Резерфорда и Бора,

уметь определять состав атома и атомного ядра,

уметь определять энергию излучения или поглощения атома,

уметь использовать полученные знания на практике

Воспитательные:

развивать способность понимать точку зрения собеседника и признавать право на иное мнение,

владеть навыками контроля и оценки своей деятельности,

уметь предвидеть результаты своих действий.

Развивающие:

уметь выдвигать гипотезы для объяснения известных фактов и экспериментальной проверки этих гипотез,

владеть монологической и диалогической речью

Демонстрации и материалы к уроку:

Компьютер, проектор, экран, анимации «Строение атома», «Опыт Резерфорда», раздаточный материал, лазерная указка, свеча, воздушный шарик

Ход урока:

1. Актуализация. Проверка готовности класса, доски, наличие раздаточного материала на партах.

2. Мотивация и целеполагание
Демонстрация действия лазера

Вопрос: Пронаблюдав этот эксперимент, появились ли у вас какие либо вопросы?

(Ученики предлагают свои вопросы)

Проблемный вопрос: откуда берется свет, который излучают атомы?

Учитель: Чтобы ответить на этот вопрос надо заглянуть внутрь атома.

Тема сегодняшнего урока «Сложное строение атома» Откройте тетради и запишите тему урока.

Вопрос: Что такое атом?

Ответ: Слово «атом» придумал очень давно, более 2500 лет назад древнегреческий философ Демокрит. В переводе с греческого «атом» - «неделимый». (Слайд 3)

Учитель: С тех пор прошло много времени. Были открыты сложные явления, проведено большое количество различных экспериментов. Все это подвело ученых к мысли о строении атома.
Кем и когда была предложена первая модель строения атома?

Ответ: В 1903 году английский физик ДжозефТомсон предложил модель атома, которую назвали «пудинг с изюмом». (Слайд 4)

Согласно этой модели: атом - это шар, по всему объему которого равномерно распределен положительный заряд. Внутри шара находятся отрицательно заряженные электроны (подобно пудингу с изюмом). Атом в целом нейтрален: положительный заряд шара равен по модулю суммарному отрицательному заряду электронов.

Учитель: Верно. Но эта модель оказалась неправильной. Кто и каким образом это доказал?

(Анимация «Опыт Резерфорда») (Слайд 5)

Ответ: Чтобы проверить гипотезу Томсона английский ученый Э.Резерфорд провел эксперимент

В 1910 году в Кембридже Э. Резерфорд со своими учениками и коллегами изучал рассеяние альфа-частиц, проходящих через золотую фольгу и падавших на экран. Альфа-частицы обычно чуть отклонялись от первоначального направления. И вдруг исследователи заметили, что некоторые частицы резко изменяли направление движения, будто наталкивались на какую - то преграду. Разместив экран перед фольгой, Резерфорд сумел обнаружить даже те редчайшие случаи, когда альфа-частицы отразившись от атомов золота, летели в прямо противоположном направлении.

Учитель: То есть перед учеными возникает проблема. Модель атома Томсона оказалась в противоречии с результатами опыта Резерфорда. Изменить направление движения альфа- частиц может только положительно заряженная часть атома, сосредоточенная в центре атома в очень малом объеме. Эта центральная часть атома получила название ядра.

Учитель: Как же устроен атом Резерфорда?

Ответ: В центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого обращаются отрицательно заряженные электроны. Ядро состоит из протонов и нейтронов или нуклонов. В целом эта система нейтральная. Такая модель получила название Планетарной модели. Электроны в атоме, подобно планетам в Солнечной системе, движутся вокруг ядра.

Анимация. «Строение атома и ядра» (слайд 6)

Учитель: В природе существует большое количество различных химических элементов. Запомнить строение атома каждого элемента сложно, да и не требуется. Достаточно заглянуть в таблицу Периодической системы элементов Менделеева. Давайте вспомним, как с помощью периодической системы элементов определить строение атома?

Ответ: Заряд ядра атома определяется числом протонов в ядре или порядковым номером элемента в таблице Менделеева, число электронов равно числу протонов, число нейтронов определяется разностью между числом нуклонов в ядре и числом протонов.

Учитель: Расскажите, как устроен атом лития.

Ответ: Литий занимает третье место в периодической системе элементов Менделеева, значит вокруг ядра движутся 3 электрона. Число протонов равно числу электронов, значит тоже 3, в ядре 7 нуклонов, определяем число нейтронов 7-3=4. В ядре 4 нейтрона.

Учитель: Теперь поработаем в парах: с помощью предложенных вам предметов, смоделируйте атом лития. Как распределились электроны в атоме лития? Почему?

Ответ: Электроны расположены в атоме по особым правилам. В атоме лития два электрона заполняют первый энергетический уровень атома, третий электрон располагается на втором уровне.

Учитель: Атом лития достаточно прост. Определите состав атома радия. Для этого вы можете воспользоваться находящимися у вас на столах карточками с таблицей Менделеева.

(Ученики работают в тетрадях, один приглашается к доске.)

Ответ: Радий занимает 88 место в таблице, значит в ядре атома 88 протонов, вокруг ядра движутся 88 электронов, по своим орбитам. Нуклонов в ядре 226, значит нейтронов в ядре 226-88=138

Учитель: Правильно. Электроны в атоме движутся по круговым орбитам. Скажите, как с точки зрения классической механики, движутся электроны?

Ответ: Они движутся с ускорением, потому что постоянно меняется направление скорости.

Учитель: Правильно. Вспомните, если заряженный электрон движется ускоренно, чем должно сопровождаться это движение?

Ответ: Излучением.

Учитель. Верно. Еще вопрос: Если электрон будет непрерывно излучать, как будет изменяться его энергия?

Ответ: Она будет растрачиваться.

Учитель: Правильно. Что произойдет с электроном, если он растратит всю энергию?

Ответ: Он остановится.

Учитель. Опять верно. Электрон, остановившись, упадет на ядро. Причем это должно произойти очень быстро, через время 10 миллиардных доли секунды. На самом деле этого не происходит. Атом - устойчивая система. (Слайд 9)

Это первое противоречие модели атома Резерфорда.

Атомы не всегда излучают энергию. (Слайд 10)

Это второе противоречие модели атома.

А сейчас сами определите третье противоречие атома Резерфорда. Возьмите в руки стеклянные призмы и посмотрите на источник излучения через угол призмы в 45 градусов. Что вы увидели?

Ответ: спектр, состоящий из нескольких линий: красной, желтой, зеленой и двух синих. Это спектр газа гелия. Он линейчатый.(Слайд 11)

Учитель: Вы правы, линейчатость спектров также не смог объяснить Резерфорд.Это третье противоречие модели атома Резерфорда.

Резерфорд не смог устранить эти противоречия. Снова возникает проблема, которую пытаются решить многие ученые.

В 1913 г. было создано новое учение - теория Бора. (Слайд 12)

Согласно его теории атомы, несмотря на то, что электроны движутся в них с ускорением, могут находиться в особых стационарных состояниях, в которых не излучают энергию. Каждому состоянию соответствует определенная энергия. Чем дальше от ядра электрон, тем большей энергией обладает атом. Если атом переходит из одного состояния в другое, то он может, либо выделять энергию, либо поглощать энергию. Излученная или поглощенная атомом энергия определяется разностью энергий соответствующих уровней. Бор объяснил и линейчатость спектров тем, что при переходе атом излучает энергию, распределенную по частотам, каждой частоте соответствует своя линия в спектре. Теория Бора также противоречива, так как она распространялась только на атом водорода и водородоподобные атомы. Теория, устраняющая все противоречия в строение атома - квантовая механика - очень сложная теория и не изучается в школьном курсе физики.

Учитель: Вот теперь, мы можем ответить, откуда берется свет.

Ответ: Атомы излучают свет, переходя их состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией.

Учитель: Атомы могут излучать свет самопроизвольно и под действием посторонних фотонов, то есть вынужденно. Именно вынужденное излучение используется в таких замечательных устройствах как лазеры. Это совершенное устройство используется во всех сферах жизни человека.

Учитель: Может кто-то хочет привести примеры?

Ответ: Лазеры используют в медицине для проведения операций, для лечения болезней; для сварки и резки металлов, для определения расстояний до удаленных объектов; для осуществления связи, для записи и воспроизведения информации.

Учитель: Очень приятно видеть, что вы следите за развитием науки. Хочу добавить, что современные лазерные установки есть в нашем Мордовском Государственном университете. С их помощью проводятся сложные опыты в области нанотехнологий. Вы знаете, что в нашей Республике функционирует особый научный центр - Технопарк. Технопарк - это территория благоприятных условий по разработке инноваций, где объединены научные организации, высшие учебные заведения и производственные предприятия и возможно, кто-то из вас, определившись с выбором профессии, будет работать в этой перспективной сфере деятельности.

Учитель: Возвращаясь к лазерам, замечу, что каждый из вас, возможно, держал в руках лазерную установку в ее миниатюре - это лазерная указка. Какой силой и мощью она обладает, я хотела бы вам продемонстрировать.

(Опыт с лазерной указкой и свечой)

Учитель: Что вы скажите о действии лазера? Почему загорелась свеча?

Ответ: Энергия лазера, настолько велика, что ее хватило, для того чтобы температура повысилась.

Учитель: Хочу предостеречь вас от подобных действий. Это очень опасно. Мощность лазера высока. Лазер может нанести непоправимый вред здоровью человека.

Учитель: Сейчас я предлагаю объединиться в группы по четыре человека для того, чтобы составить синквейн к этому уроку. Я напомню, как это делается.

1 строка - тема или предмет (одно существительное);
2 строка - описание предмета (два прилагательных);
3 строка - описание действия (три глагола);
4 строка - фраза из четырех слов, выражающая отношение к предмету;
5 строка - синоним, обобщающий или расширяющий смысл темы или предмета (одно слово).

Учитель: Прошу зачитать, что записано у первой группы, второй группы.

(Ученики - представители групп, зачитывают свои записи)

Учитель: Наш урок подошел к завершению. Что нового вы узнали из этого урока? Какой момент урока вам запомнился больше всего? Какие чувства вы испытывали во время урока?

(Ученики высказывают свое мнение)

Учитель: Спасибо всем.