Строение атома (текст к презентации)

План-конспект урока

Тема урока «Строение атома. Опыт Резерфорда».

Цель урока: ознакомить учащихся с моделью атома.

Цель урока достигается через решение следующих задач:

• Дать представление о развитии атомистической теории;

• Ознакомить с различными моделями атома;

• Показать безграничность научного познания, того что в науке нет последней истины;

• Показать, с каким трудом принимались новые взгляды;

• Дать представления о назревшей необходимости развития квантовой физики.

Слайд 1.

В древности большинство людей принимало мифические представления о мире, как реальность, не вызывающую сомнений. Но уже в У1 веке до н.э. появились люди, которые не хотели верить в мифы и стали самостоятельно размышлять об окружающем мире и искать ответы на вопросы. В Древней Греции такие люди называли себя философами (любители мудрости).

Общим для древних философов было стремление найти постоянную, неизменную основу - первоначала вещей.

Науку, изучающую общие свойства окружающего мира, древние философы назвали физикой (от слова природа). На верхнем рисунке портрет первого физика в Европе Фалеса из греческого города Милета, который считал, что все состоит из воды. Кто-то считал первоначалом огонь, землю, воздух. Но для всех физиков того времени характерно одно – их убежденность в том, что мир не создан богами, он существует сам по себе и непрерывно изменяется.

Следующим важным шагом в познании природы вещей – гипотеза о существовании атомов. Ее выдвинул Левкипп, а подробно разработал атомистическую теорию его ученик Демокрит. По его убеждению все во Вселенной состоит из мельчайших, неделимых частиц – атомов, находящихся в пустом пространстве. Соединение атомов происходит благодаря тому, что у них имеются выступы и впадины, напоминающие крючки (рисунок в нижнем левом углу). Разъединение атомов воды при испарении делает ее невидимой для глаза из-за малости отдельных частиц. Соединение атомов воды делает ее вновь видимой (облако, дождь, морская волна).

Это были первые шаги в познании строения вещества.

Слайд 2.

Открытие электрона как частицы, которая значительно меньше атома и обнаружение этих частиц в составе любого атома было первым свидетельством сложности строения атома. После экспериментального доказательства существования внутри атомов всех химических элементов одинаковых электронов Джон Томсон высказал гипотезу об устройстве атомов. Он предположил, что нейтральный атом состоит из положительного электрического заряда, равномерно распределенного по сферическому объему, и отрицательно заряженных электронов внутри этого объема. Электроны не могут быть неподвижными, а должны вращаться по плоским концентрическим окружностям. Свою модель он назвал «кекс с изюмом». Однако эти представления не были подкреплены какими-либо опытными данными, а в физике уже более 200 лет существует правило: окончательный выбор между гипотезами вправе сделать только опыт!

Слайды 3 и 4.

Первые экспериментальные сведения о внутренней структуре атомов были получены английским физиком Эрнестом Резерфордом при исследовании явления рассеяния быстрых заряженных частиц в тонких слоях вещества. На стр. 3 изображена схема опыта Резерфорда по обстреливанию золотой фольги альфа-частицами. Опыты показали, что небольшое число альфа-частиц отклоняются на большие углы и даже отражаются от фольги. Резерфорд сам не поверил в результат и дал указание хорошенько почистить стенки экспериментальной установки. Позднее Резерфорд сказал: «Это было также неправдоподобно, как если бы произвели выстрел по обрывку из папиросной бумаги 15-дюймовым снарядом, а он вернулся бы назад и угодил в вас!»

Резерфорд открыл атомное ядро. Из результатов опыта следовало, что примерно одна из 8000 альфа-частиц отражалась от листочка в обратном направлении. Зная массу и скорость альфа-частицы, можно было оценить радиус шара, в котором должны быть сконцентрированы электрический заряд и масса для такого отражения. Эта оценка дала Резерфорду значение примерно в 100 тысяч раз меньше радиуса атома.

Слайд 4.

На основе этих расчетов Резерфорд предложил ядерную модель строения атома. Согласно этой модели, строение атома подобно строению Солнечной системы. В центре ядро малых размеров, а вокруг него на больших (по сравнению с размерами ядра) расстояниях движутся отрицательно заряженные электроны. Почти вся масса (99%) сосредоточена в ядре. В качестве наглядного примера: размеры ядра и атома соизмеримы с размерами горошины на стадионе. Если весь мировой запас железа можно было бы собрать в виде ядер (это почти вся масса), мы получили бы железный кубик со стороной 3 см.

Строение по Резерфорду было следующим важным шагом в изучении строения атома, но у этой модели были существенные недостатки.

Слайд 5.

Датский ученый Нильс Бор для объяснения устойчивости атомов предложил отказаться от привычных классических представлений и законов при объяснении свойств атомов. Основные свойства атомов получают качественное объяснение на основе принятия квантовых постулатов Бора. Однако построить количественную теорию для следующего за водородом атома гелия на основе боровских представлений не удалось. Несмотря на значительные успехи, теория Бора встретилась с рядом непреодолимых трудностей. Они были порождены попыткой соединить идеи Планка с классической механикой. Из письма Резерфорда Бору: « . . . Есть серьезный камень преткновения в Вашей гипотезе: как решает электрон, с какой частотой он должен колебаться, когда происходит его переход из одного состояния в другое? Мне кажется, Вы будете вынуждены предположить, что электрон знает заранее, где он собирается остановиться». Введение в физику квантовых представлений требовало радикальной перестройки. Эта перестройка была осуществлена, когда была создана квантовая физика. И заслуга Бора в том, что он сделал очень важный шаг в ее развитии.

Вопросы на закрепление изученного материала:

1. Когда зародилась атомическая теория?

2. Каковы были первые представления о строении вещества?

3. Опишите модель атома Томсона? В чем ее несостоятельность?

4. Опишите, в чем состоял опыт Резерфорда?

5. Расскажите о планетарной модели атома? В чем ее достоинства и недостатки?

6. Чего не может объяснить планетарная модель?

7. Кто спас модель Резерфорда?

8. Сформулируйте постулаты Бора.

ЛИТЕРАТУРА:

1. «История физики и развитие представлений о мире», О.Ф. Кабардин, «Астрель», Москва, 2005 г.

2. «Физика», справочные материалы, О.Ф. Кабардин, «Астрель», Москва, 2005 г.

3. «Физика 9», А.В. Перышкин, «Дрофа», 2018 г.

4. «Физика 11», Г.Я. Мякишев, «Просвещение», Москва, 2015 г.

5. «Физика 7-11» интерактивный курс, «Физикон», 2004г.

6. «Физика», библиотека электронных учебных пособий, «Кирилл и МЕфодий».