с чего целесообразно начинать изучение строения атома в 11 классе

Конспект урока Физика, 11 класс Урок №24. Строение атома. Опыты Резерфорда

Урок №24. Строение атома. Опыты Резерфорда

На уроке рассматриваются: понятия атомное ядро, опыты Резерфорда, планетарная модель строения атома; сравниваются модели атома Томсона и Резерфорда, даны некоторые сведения о фактах, подтверждающих сложное строение атома, о работах учёных по созданию модели строения атома.

Атомное ядро — тело малых размеров, в котором сконцентрирована почти вся масса и весь положительный заряд атома.

Планетарная модель атома Резерфорда : в целом атом нейтрален, в центре атома расположено положительно заряжённое ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома, электроны движутся по орбитам вокруг ядра, заряд ядра, как и число электронов в атоме, равен порядковому номеру элемента в периодической системе Д.И.Менделеева.

Ядро атома водорода названо протоном и рассматривается как элементарная частица.

Ядро атома водорода имеет положительный заряд, равный по модулю заряду электрона, и массу, примерно в 1836,1 раза больше массы электрона.

Частота излучений атома водорода составляет ряд серий: серия Бальмера, серия Лаймана, серия Пашена и другие, каждая из которых образуется в процессе перехода атома в одно из энергетических состояний.

Обязательная литература по теме урока :

Основное содержание урока

Долгое время, физика накапливала факты о свойстве вещества для полного представления о строении атома. И только в XIX веке изучение атомического строения вещества существенно сдвинулось с точки покоя.

Большую роль в развитии атомистической теории сыграл выдающийся русский химик Дмитрий Иванович Менделеев, разработавший в 1869 году периодическую систему элементов, в которой впервые был поставлен вопрос о единой природе атомов.

Важным свидетельством сложной структуры атомов явились исследования спектров, излучаемые веществом, которые привели к открытию линейчатых спектров атомов. В начале XIX века в излучении атома водорода были открыты спектральные линии в видимой части спектра.

Таким образом, к началу XX века учёные сделали вывод о том, что атомы материи имеют сложную внутреннюю структуру. Они являются электрически нейтральными системами, а носителями отрицательного заряда атомов являются лёгкие электроны, масса которых составляет лишь малую долю массы атомов. Однако модель атома Томсона находилась в полном противоречии с экспериментами по изучению распределения положительных зарядов.

Электрон – наименьшая электроотрицательная заряжённая элементарная частица

— отношение заряда электрона к его массе.

Немецкий физик Филипп фон Ленард в 1903 году проводил опыты, в которых пучок быстрых электронов легко проходил через тонкую металлическую фольгу. На основании этого Ленард предположил, что атом состоит из нейтральных частиц или нейтральных дуплетов с совмещённым положительным и отрицательным зарядами, рассредоточенными в атоме, где большая площадь представляет собой пустоту.

В 1904 году японский физик Хентаро Нагаока выдвинул гипотезу о том, что атом состоит из тяжелого положительно заряженного ядра, окруженного кольцами из большого числа электронов, колебания которых и являются причиной испускания атомных спектров, по аналогии с теорией устойчивости колец Сатурна.

Но в физике уже более 200 лет существует главное правило: окончательный выбор между гипотезами может быть сделан только на основе опыта. Эксперименты, проведенные в первый раз Эрнестом Резерфордом, сыграли решающую роль в понимании структуры атома.

30.08.1871 г. – 19.10.1937 г.

Британский физик новозеландского происхождения

Лауреат Нобелевской премии по химии 1908 года

Для экспериментального изучения распределения положительного заряда, а значит, и массы внутри атома Эрнест Резерфорд в 1906 г. предложил применить зондирование атома α-частицами, скорость которых составляет 1/15 скорости света.

Эти частицы возникают при распаде, например, радия и некоторых других радиоактивных элементов. Сами же α-частицы – это ионизированные атомы гелия, положительный заряд гелия в два раза больше заряда электрона ₊₂He. Этими частицами Резерфорд бомбардировал атомы тяжёлых элементов (золото, медь и др.). Если бы электроны были равномерно распределены по всему объёму атома (по модели атома Томсона), электроны не могли бы заметно изменять траекторию α –частиц, так как размеры и масса электронов в 8000 раз меньше массы α-частиц. Точно так же камушек в несколько десятков граммов при столкновении с автомобилем не может изменить его скорость.

Чтобы обнаружить отклонение α-частиц на большие углы Резерфорд окружил фольгу экранами. Сотрудники Резерфорда вели счёт α-частиц, попадающих в регистрирующее устройство при отклонении их на от первоначального направления на определённый угол φ (фи). Данные из серии опытов, за определённый период времени, приведены в таблице:

Источник

Урок по химии на тему «Строение атома» (11 класс)

1. Рассмотреть современные представления о строении атома. Дать важнейшие химические понятия: «хим. элемент», «изотопы». Научить учащихся определять состав и строение атома элемента по его положению в ПСХЭ.

2. Развивать внимание, память, речь, аналитическое мышление, способность делать выводы.

3. Воспитывать любовь к предмету.

Метод: рассказ с элементами беседы

1.Представления о строении атома.

2. Доказательства сложной структуры атома.

6. Корпускулярно-волновой дуализм.

Понятие «атом» возникло и оформилось как система представлений об устройстве окружающего мира в воззрениях древнегреческих философов в 500-200 гг. до н.э. Левкипп утверждал, что мир состоит из мельчайших частиц и пустоты. Демокрит назвал эти частицы атомами и считал, что они вечно существуют и способны двигаться. Форма, внешнее различие атомов. как считалось, придают определённые свойства телам. Например, атомы воды – гладкие, они способны перекатываться, и поэтому жидкости свойственна текучесть; атомы железа имеют зубчики, которыми они закрепляются друг за друга, что придаёт железу свойства твёрдого тела. Способность атомов самостоятельно взаимодействовать друг с другом была предложена Эпикуром .

Затем, в течение почти 20 столетий, учение об атомном строении окружающего мира не получило развития и было предано забвению.

В начале XIX в . Дж. Дальтон возродил атомистическую теорию. Он установил, что атомы одного и того же хим. элемента имеют одинаковые свойства, а разным элементам соответствуют разные атомы. Была введена важнейшая характеристика атома – атомная масса, относительные значения которой были установлены для ряда элементов. Однако атом по-прежнему считался неделимой частицей.

В конце XIX и в начале XX вв. появились экспериментальные доказательства сложной структуры атома :

— фотоэффект – явление, когда при освещении металлов с их поверхности испускаются носители электрического заряда ( А.Г. Столетов, 1889 г.);

— катодные лучи – поток отрицательно заряженных частиц–электронов в вакуумированной трубке, содержащей анод и катод (Дж. Томсон, 1897 г.);

— рентгеновские лучи – электромагнитное излучение, подобное видимому свету, но с гораздо более высокой частотой, испускаемое веществами при сильном воздействии на них катодных лучей;

— радиоактивность – явление самопроизвольного превращения одного хим. элемента в другой, сопровождающееся испусканием электронов, положительно заряженных частиц, других элементарных частиц и рентгеновского излучения ( А. Беккерель, М. Складовская-Кюри, 1896-189 гг.)

Как же развивалась классическая теория строения атома?

Гипотеза Дж. Томсона.

В этой модели атом уподоблен сферической капле с положительным зарядом. Внутрь сферы вкраплены отрицательно заряженные электроны, которые совершают колебательные движения в связи с чем атом излучает электромагнитную энергию. Атом в целом нейтрален.

Модель атома Дж. Томсона не была подтверждена экспериментальными фактами и осталась гипотезой.

Планетарная модель Э.Резерфорда (1911 г).

Атом состоит из положительно заряженного ядра и электронов, вращающихся вокруг ядра по замкнутым орбитам подобно движению планет вокруг Солнца. Этой моделью мы пользуемся и сейчас. Но теория Э.Резерфорда не могла объяснить излучение и поглощение энергии атомом.

Квантовые постулаты Н.Бора (1913 г).

Опирались на теоретические идеи М.Планка (1900г) и А.Эйнштейна (1905г).

Основные положения своей теории Бор сформулировал в виде постулатов – утверждений, принимаемых без доказательства, содержание которых сводится к следующему:

Двигаясь по стационарной орбите ē не излучает электромагнитной энергии (и не поглощает её).

Излучение происходит при скачкообразном переходе ē с одной стационарной орбиты на другую. При этом испускается или поглощается квант электромагнитного излучения, энергия которого равна разности энергии атома в конечном и исходном состояниях.

Постулаты Бора находились в резком противоречии с положениями классической физики. С точки зрения классической механики ē может вращаться по любым орбиталям, а классическая электродинамика не допускает движения заряженной частицы по круговой орбите без излучения. Но эти постулаты нашли своё оправдание в замечательных результатах, полученных Бором при расчёте спектра атома водорода.

Итак, по Резерфорду, атом состоит из «+» ядра и «-» электронов. Заряд ядра численно совпадает с порядковым номером элемента в ПС. «-» заряд ē принят за единицу. Т.к. атом в целом электронейтрален, то зн. число ē равно заряду ядра, т.е. лорядковому номеру элемента.

Na ₊₁₁ 11 ē ; К ₊₁₉ 19 ē ; Mn ₊₂₅ 25 ē ;

Порядковый номер хим. элемента совпадает с зарядом ядра его атома.

Источник

ПЛАН – КОНСПЕКТ УРОКА ПО ФИЗИКЕ В 11 КЛАССЕ СТРОЕНИЕ АТОМА. ОПЫТ РЕЗЕРФОРДА.

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Кузьмичевская средняя школа»

УРОКА ПО ФИЗИКЕ В 11 КЛАССЕ

Тема урока: Строение атома. Опыт Резерфорда.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Вид урока: стандартный урок.

Цель урока: изучить строение атома; рассмотреть фундаментальный опыт Резерфорда.

Задачи:

Изучить планетарную модель атома.

Познакомить учащихся с гипотезой Томсона и фундаментальным опытом Резерфорда.

Развивать интеллектуальные и творческие способности учащихся.

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.

Подготовительная часть : оргмомент, постановка цели урока.

— 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 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 объем атома. Электроны “вкраплены” в атом. Первая модель атома сыграла положительную роль. Но она требовала доказательств.

Чтобы проверить гипотезу Дж. Дж. Томсона необходимо провести эксперимент, что и сделал Э. Резерфорд. Он решил проникнуть внутрь атома с помощью α-частиц, которые имели положительный заряд, массу почти в 7300 раз большую чем масса электрона и очень большую скорость (около 20000км/c). С точки зрения Резерфорда α-частицы должны были легко «пробить» атом и тем самым доказать справедливость модели атома Томсона.

Если бы атом был устроен так, как предполагал Дж.Томсон, то Э.Резерфорд увидел бы следующую картину: α- частицы пробивают атом и практически не отклоняясь пролетают сквозь него.

Схему экспериментальной установки Резерфорда вы видите на рисунке. В цилиндрическом сосуде с небольшим отверстием находился радиоактивный препарат, испускавший поток α-частиц. Они попадали на золотую фольгу и, проходя через нее, ударялись о люминесцирующий экран. В местах удара частиц на экране возникали вспышки света.

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 часть α-частиц пролетает сквозь фольгу, почти не отклоняясь при этом, значит, этот положительный заряд занимает лишь малую часть каждого атома. Ее назвали ядром атома.

Наблюдавшееся Резерфордом рассеяние заряженных частиц и объясняется таким распределением зарядов в атоме При столкновениях с отдельными электронами α-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.

4. Отработка изученного материала проводится с помощью вопросов, предложенных в мультимедийном пособии, а также:

а) Опроверг ли своими опытами Э. Резерфорд модель атома Томсона?

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 альфа-частиц показали:

электрон вращается в атоме по круговой орбите;

альфа-частицы положительно заряжены;

атом не взаимодействует с альфа-частицами;

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. Выполнение тестовой работы на два варианта (задания на рабочем листе у каждого учащегося, работы сдаются для проверки)

— С какой целью проводился опыт Резерфорда?

— Пользуясь рисунком расскажите, как проводился опыт Резерфорда по рассеянию α- частиц?

— 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?

Источник

Класс: 11

Презентация к уроку

Цель урока: Расширить знания учащихся по теме, доказать ядерную модель атома с помощью опытов Резерфорда, показать недостатки данной модели. (слайд 2)

Проблема строения атома остается актуальной и для современной науки. Элементарные частицы, ядро атома, атом, молекула – все это объекты микромира, не наблюдаемого нами. В нем действуют иные законы, чем в макромире, объекты которого мы можем наблюдать или непосредственно, или с помощью приборов.

Изложение нового материала.

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 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.

Сообщение ученика 1: Гипотеза о существовании атомов так же стара, как и наша цивилизация. Понятие атома существует уже по крайней мере 25 столетий.

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. В конечном счете, горожане признали Демокрита мудрецом и выделили денежное содержание, которое позволило ему продолжать научные занятия. Основные элементы его картины природы таковы:

— Все тела состоят из атомов, которые неделимы и имеют неизменную форму.

— Число атомов бесконечно, число различных типов атомов тоже бесконечно.

— Атомы обладают различными выступами, углублениями и крючками, позволяющими им сцепляться друг с другом и тем самым образовывать устойчивые соединения. Философ был настолько убежденным атомистом, что даже человеческую душу представлял в виде комбинации атомов.

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”). По Ломоносову, “элемент есть часть тела, не состоящая из каких-либо других меньших частиц”, а “корпускула есть собрание элементов в одну небольшую массу”.

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

К концу 90-х годов 19 века было прочно установлено, что в состав вещества входят отрицательно и положительно заряженные частицы. Особенную роль в этом сыграло открытие катодных лучей и изучение их свойств.

Сообщение ученика 2: (слайд 6) Чтобы определить природу катодных лучей, английский физик Джозеф Джон Томсон (1856-1940) проводит эксперимент, в ходе которого обнаружил, что катодные лучи ведут себя как отрицательно заряженные частицы: “Поскольку катодные лучи несут отрицательный заряд, отклоняются под действием электростатической силы, как если бы они были отрицательно заряженными, и реагируют на магнитную силу точно так же, как реагировали бы на неё отрицательно заряженные тела, двигавшиеся вдоль линии распространения лучей, я не могу не прийти к заключению, что катодные лучи суть заряды отрицательного электричества, переносимые частицами материи. Тогда встаёт вопрос: что это за частицы? Являются ли они атомами, молекулами или материей в более тонком состоянии разделения? С целью пролить некоторый свет на этот вопрос я провёл целый ряд измерений отношений массы этих частиц к величине заряда, переносимого ими”.

После открытия в 1897 году электрона, входящего в состав атома, был сделан вывод о сложном строении атома. 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. (слайд 7)

Сообщение ученика 3:

Модель Томсона нуждалась в экспериментальной проверке. (слайд 8) Этой задачей занялся Эрнест Резерфорд (1871-1937 гг.) – английский ученый, известный своими исследованиями строения атома и радиоактивности, один из создателей атомной и ядерной физики. Резерфорд был членом Лондонского королевского общества – академии наук Англии, почетным членом более 30 академий и научных обществ разных стран мира, в том числе Академии наук СССР. В 1908 году он был лауреатом Нобелевской премии за исследования радиоактивности.

В лаборатории Резерфорда были проведены следующие эксперименты (слайд ). В качестве бомбардирующих частиц взяли тяжелые частицы, которые лучше всего подходили для изучения строения атома. Чтобы, по возможности, точнее исследовать единичные столкновения частиц с атомами мишени, было желательно, чтобы сама мишень была как можно тоньше. К счастью, золотая фольга обладает тем замечательным свойством, что путем расплющивания ее можно сделать исключительно тонкой, толщиной всего лишь в 400 атомов золота.

В ранних экспериментах исследовались малые углы рассеяния и было обнаружено, что практически все частицы проходили через мишень, не отклоняясь, как если бы атомы мишени были совершенно прозрачны для бомбардирующих частиц (угол отклонения порядка одного градуса).

Вопрос учащимся: как можно объяснить результаты опытов?

Ответ: Результаты опыта можно объяснить следующим образом. Альфа-частицы, проходя через фольгу, проходят сквозь атомы золота. Это возможно потому, что легкие электроны почти не влияют на движение тяжелой альфа-частицы. Так как альфа-частицы в большинстве случаев отклоняются на малые углы, атом в большей части своего объема пустой и лишь небольшую их часть занимает положительный заряд. Эта центральная часть атома получила название ядра. Из опытов следует, что ядро и отталкивает альфа-частицу, причем тем сильнее, чем ближе к ядру она проходит.

Противоречие 1. Согласно теории Максвелла, любой ускоренно движущийся заряд должен непрерывно излучать электромагнитные волны. Электроны, обращающиеся вокруг ядра, движутся с центростремительным ускорением и, следовательно, согласно максвелловской электродинамике, должны непрерывно излучать электромагнитные волны. Но в нормальном состоянии атомы не излучают!

Таким образом, факт длительного существования атомов несовместим с планетарной моделью атома Резерфорда, если ее рассматривать с позиции классической электродинамики.

В 1913 году датский физик Нильс Бор предпринял попытку создания качественно новой модели атома, но это тема следующего урока.

Отработка изученного материала.

А пока давайте вспомним, о чем мы говорили сегодня на уроке.

1. В чём заключается сущность модели Томсона?

2. В чём заключалась идея опыта Резерфорда?

3. Объясните по схеме опыт Резерфорда по рассеиванию альфа-частиц.

4. Объясните причину рассеивания альфа-частиц атомами вещества.

5. В чём сущность планетарной модели атома?

6. В чем противоречивость модели атома Резерфорда?

Вам предлагается выполнить тест по изученному материалу:

1. В атоме кремния 14 электронов. Выберите правильное утверждение.

А. В ядре атома кремния 14 частиц.

Б. В ядре атома кремния 14 протонов.

В. Масса положительного иона кремния больше массы атома кремния.

Г. Среди утверждений нет правильного.

2. Существуют ли атомные ядра с зарядом меньшим, чем у одного протона? Почему?

3. Является ли нейтральным атом гелия, если вокруг его ядра обращается один электрон?

4. В ядре атом серебра 107 частиц. Вокруг ядра обращаются 47 электронов. Сколько в ядре этого атома нейтронов и протонов?

5. В результате трения стеклянной палочки о шёлк ей сообщён положительный заряд. Объясните, все ли атомы, из которых состоит заряженная палочка, нейтральны. Почему? Изменилась ли масса стеклянной палочки после сообщения ей положительного заряда? Как? Почему?

Выводы. Домашнее задание.

Технологическая карта урока

Источник