Модели атомов. Опыт Резерфорда

• 
  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.
  

1. 
   Подготовительная часть: оргмомент, постановка цели урока.
   
2. 
   Основная часть:
   

- 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?

- Частицы с каким зарядом входили в состав радиоактивного излучения?

- О чем это свидетельствует?
3. Изучение нового материала.

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 -частиц. Они попадали на золотую фольгу и, проходя через нее, ударялись о люминесцирующий экран. В местах удара частиц на экране возникали вспышки света .

То, что некоторые -частицы отскакивали от фольги назад, противоречило модели Томсона. Результаты эксперимента настолько удивили Резерфорда, что он воскликнул: "... неправдоподобно так же, как если бы вы выстрелили пятнадцатифунтовым снарядом в папиросную бумагу, а снаряд отскочил бы обратно и убил бы вас самих".

Чтобы объяснить результаты опыта, Резерфорд рассуждал так. Известно, что -частицы имеют положительный заряд. Если некоторые из них отталкиваются фольгой назад, значит, положительный заряд есть и в атомах фольги. Но поскольку бoльшая часть -частиц пролетает сквозь фольгу, почти не отклоняясь при этом, значит, этот положительный заряд занимает лишь малую часть каждого атома. Ее назвали ядром атома.

Подсчитывая частицы, отклоняющиеся после пролета фольги на большие и малые углы, определили приблизительные размеры ядра: около 10^-14 м. Это число оказалось примерно в 10 000- 100 000 раз меньше размеров самого атома. Поэтому свободное пространство в модели атома Резерфорд "заполнил" электронами Он, в частности, говорил, что атом "состоит из центрального электрического заряда, сосредоточенного в точке и окруженного однородным сферическим распределением противоположного электричества равной величины".

Наблюдавшееся Резерфордом рассеяние заряженных частиц и объясняется таким распределением зарядов в атоме При столкновениях с отдельными электронами -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 -частицы могут почти свободно проникать через значительные слои вещества, содержащие несколько тысяч слоев атомов.

Итак, Резерфорд предложил планетарную модель атома. Согласно этой модели, в центре атома располагается положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома. Атом в целом нейтрален. Вокруг ядра, подобно планетам, вращаются под действием кулоновских сил со стороны ядра электроны. Находиться в состоянии покоя электроны не могут, так как они упали бы на ядро.

Размеры.

Атом: 10^-10 м; ядро: 10^-10 – 10^-14 м. Практически вся масса атома сосредоточена в ядре- 99,95 %.

Таким образом, в результате опытов по рассеянию α- частиц была доказана несостоятельность модели атома Томсона и выдвинута ядерная модель.

3. 
   Закрепление.
   

- 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?

З
Атом

нейтроны

4. 
   Самостоятельная работа (4 – 5 мин).
   

А) только протоны; В) протоны и электроны;

Б) нейтроны и протоны; Г) нейтроны и электроны.
2. Какой заряд имеют α – частица, β – частица?

А) α – частица – отрицательный, β – частица – положительный;

Б) α- и β- частицы – положительный;

В) α- частица – положительный, β – частица – отрицательный;

Г) α- и β- частицы – отрицательный.
3. Что такое α – излучение?

А) поток положительных ядер атома гелия;

Б) поток электронов;

В) поток нейтральных частиц;

Г) поток электромагнитного излучения
4. Современная модель структуры атома обоснована опытами:

А) по рассеянию α- частиц;

Б) по сжимаемости жидкости;

В) по электризации;

Г) по тепловому расширению.
5. Кто предложил ядерную модель строения атома?

А) Беккерель; В) Кюри;

Б) Томсон; Г) Резерфорд.
6. По современным представлениям атом – это:

А) маленькая копия молекулы вещества;

Б) мельчайшая частица молекулы вещества;

В) однородный положительный шар с вкраплениями электронов;

Г) положительно заряженное ядро, вокруг которого движутся электроны.
7. С помощью опытов Резерфорд установил, что:

А) положительный заряд распределен равномерно по всему объему атома;

Б) положительный заряд сосредоточен в центре атома и имеет малый объем;

В) в состав атома входят электроны;

Г) атом не имеет внутренней структуры.

Вариант 2.
1. С помощью опытов Резерфорд установил, что:

А) положительный заряд распределен равномерно по всему объему атома;

Б) положительный заряд сосредоточен в центре атома и имеет малый объем;

В) в состав атома входят электроны;

Г) атом не имеет внутренней структуры.
2. Какой заряд имеют γ – частица, β – частица?

А) β- частица – положительный, γ- излучение – отрицательный;

Б) β- частица – отрицательный, γ- излучение – не имеет заряда;

В) γ- и β- частицы – положительный;

Г) β – частица не имеет заряда, γ- излучение – положительный.
3. Кто открыл явление радиоактивности?

А) М. Кюри; В) Э. Резерфорд;

Б) ДЖ. Томсон; Г) А. Беккерель.
4. Что такое β – излучение?

А) поток положительных ядер атома гелия;

Б) поток электронов;

В) поток нейтральных частиц;

Г) поток электромагнитного излучения.
5. Из каких частиц состоят ядра атомов?

А) из протонов;

Б) из нейтронов;

В) из протонов и нейтронов;

Г) из протонов, нейтронов и электронов.
6. Что такое γ – излучение?

А) поток положительных ядер атома гелия;

Б) поток электронов;

В) поток нейтральных частиц;

Г) поток электромагнитного излучения.
7.Современная модель структуры атома обоснована опытами:

А) по рассеянию α- частиц; В) по электризации;

Б) по сжимаемости жидкости; Г) по тепловому расширению.

5. 
   Подведение итогов (учащийся).
   
6. 
   Заключительное слово учителя:
   

На волне открытий строения атома поэт Валерий Брюсов в 1922 году написал стихотворение “Мир электрона”, в котором провел аналогию между строением атома и Солнечной системы.