Строение атома. Схема опыта Резерфорда.

Урок № Тема: Строение атома. Схема опыта Резерфорда

Цель урока: познакомить учеников со строением атома, планетарной моделью атома по Резерфорду.

Демонстрации:

1. Таблицы со схемой опыта Резерфорда и схемой планетарной модели атома.

2. Таблица «Периодическая система химических элементов Менделеева»

Ход урока

Повторение изученного материала

• От каких факторов зависит сила взаимодействия заряженных тел?

• Чем окружено всякое заряженное тело? Что называют электрическим полем?

• Как можно обнаружить наличие электрического поля?

• Раскройте механизм взаимодействия наэлектризованных тел с помощью представлений об электрическом поле.

• Какую силу называют электрической силой?

• Сравните действие электрического поля заряженного тела вблизи него и по мере удаления от него.

Наблюдение экранирующего действия проводника

Приборы и материалы: стрелка бумажная (или из фольги) на острие, ли­нейка измерительная из оргстекла, кусок капроновой ткани, пластинка жес­тяная размером 60x90 мм.

Порядок выполнения работы:

1. Наэлектризуйте линейку, потерев ее о кусок капроновой ткани.

2. Поднесите конец заряженной линейки на некоторое расстояние 14- стрелке и, перемещая линейку то вправо, то влево, наблюдайте за движени­ем стрелки.

3. Расположите металлическую пластинку вертикально между стрелкой и концом заряженной линейки. Затем снова перемещайте конец линейки около стрелки.

- Влияет ли электрическое поле заряженной линейки на стрелку?

Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Модели атома, существовавшие до начала XIX в.

2. Опыты Резерфорда.

3. Ядерная модель атома Резерфорда.

1. Модели атома, существовавшие до начала XIX в

В начале века 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.

Но большинство физиков склонялись к мысли, что прав Дж. Дж. Томсон: атом - равномерно положительно заряженный шар диа­метром см, внутри которого плавают отрицательные электроны, разме­ры которых см. Сам Томсон относился к своей модели без энтузиазма.

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.

Ни один из сторонников идеи планетарного атома не мог подтвердить опытом. Такой опыт в 1909 г. поставил Эрнест Резерфорд.

1. Опыты Резерфорда.

Английский физик Эрнест Резерфорд, исследуя излучение радиоактивных веществ, особое внимание уделил излучению, состоящему из положительно заряженных частиц, называемых -частицами. Он установил, что каждая -частица, попадая на экран из сер­нистого цинка, вызывает вспышку света. Испытав рассеяние в золотой фольге, -частицы ударялись затем в экран и регистрировались с помощью микроскопа.

Согласно предложенной Томсоном -модели атома, -частицы должны были бы свободно проходить сквозь атомы золота и только отдельные -частицы могли слегка отклоняться в электрическом поле электрона. По­этому следовало ожидать, что пучок -частиц при прохождении через тон­кую фольгу слегка расплывется на небольшие углы. Такое рассеивание на малые углы действительно наблюдалось, но совершенно неожиданно ока­залось, что примерно одна -частица из 20 000, падающих на золотую фольгу толщиной всего лишь 4 • см, возвращается назад в сторону ис­точника.

Резерфорду понадобилось несколько лет, чтобы окончательно понять столь неожиданное рассеяние -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.

1. Ядерная модель атома Резерфорда

Резерфорд предложил ядерную («планетарную») модель атома:

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

2. размеры ядра малы по сравнению с размерами самого атома;

3. в ядре сконцентрирована почти вся масса атома;

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

5. вокруг ядра вращаются электроны, образующие так называемую электронную оболочку;

6. отрицательный заряд всех электронов распределен по всему объему атома.

Пользуясь схемой, можно объяснить сначала строение атома водорода, имеющего один протон и один электрон. Затем рассматривается ядерная модель строения более сложных атомов - гелия и лития. В качестве упраж­нения может быть рассмотрено строение атомов более сложных элементов.

В процессе рассмотрения строения атомов различных элементов учи­тель задает вопросы:

• Чем отличаются друг от друга атомы различных химических эле­ментов?

• Что является главной характеристикой определенного хими­ческого элемента?

• Какие частицы входят в состав ядра?

Необходимо отметить, что 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.

Заряд ядра атома = где е - элементарный электрический заряд; Z - порядковый номер элемента в таблице Менделеева, определяет число электронов в атоме.

Химические свойства зависят только от зарядового числа.

Ядро состоит из протонов и нейтронов:

А = Z + N и =,

где Z - число протонов в ядре, N - число нейтронов; А - массовое число (суммарное число нуклонов в ядре). 1 а.е.м. = · = 1,66058· кг.

Закрепление изученного материала

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

2. Сколько протонов, нейтронов, электронов в положительном ионе лития?

3. Во что превратится атом натрия, если «убрать» из его ядра один протон, не изменяя количество электронов?

4. Что имеет большую массу: атом лития или положительный ион лития? Атом хлора или отрицательный ион хлора?

Домашнее задание: §30, вопросы к параграфу; выполнить упраж­нения к параграфу; № 1218, 1219.

Дополнительный материал

Эрнест Резерфорд

Эрнест родился 30 августа 1871 г. вблизи г. Нелсон (Новая Зеландия) в семье переселенца из Шотландии. Эрнест был четвертым из 12 детей. Мать работала сельской учительницей. Отец организовал деревообрабатывающее предприятие. Под руководством отца мальчик получил хорошую подготовку для работы в мастерской, что впоследствии помогало ему при конструирова­нии и постройке научной аппаратуры. Окончив школу в Хавслоке, где в это время жила семья, он получил стипендию для продолжения образования в колледже Нелсон, куда поступил в 1887 г. В колледже на него оказали боль­шое влияние его учителя: преподаватели физики, химии и математики.

Его магистерская работа касалась обнаружения высокочастотных волн.

В 1891 г., будучи студентом 2-го курса, Эрнест выступил в кружке с докладом «Эволюция элементов». Название доклада удивило всех слуша­телей. Он заявил, что все атомы - сложные вещества и построены из одних и тех же составных частей. Большинство участников кружка посчитало доклад лишенным здравого смысла. Но через 12 лет молодой ученый уже имел первые неопровержимые экспериментальные доказательства.

В 1903 г. его избирают членом Лондонского Королевского общества, а в 1907 г. Эрнест возвращается в Англию и занимает должность профессора кафедры физики Манчестерского университета. В университете Резерфорд вместе с Гейгером развернул работы по подсчету -частиц с помощью сцинтилляционного метода. В 1908 г. Резерфорд становится Нобелевским лауреатом за исследование радиоактивных элементов.

С 1925-1930 гг. Эрнест Резерфорд - президент Королевского общества, а в 1931 г. получил титул барона и стал лордом. Школа Резерфорда стано­вится самой большой в Манчестере.

В 1937 г. 19 октября умер Эрнест Резерфорд. Его смерть стала огромной утратой для науки.

«С уходом из жизни Эрнеста закончился путь одного из величайших лю­дей, работавших в науке. Безграничный энтузиазм и неутомимое дерзание Ре­зерфорда вели его от открытия к открытию», говорил про Эрнеста Н. Бор.