«Все що тобi потрiбно, є саме у нас!»
Главная » Файлы » Цiкаве » Я сам

Відкритий урок з фізики: "Будова атома"
17.03.2014, 13:17
Тема уроку «Історія вивчення атома. Ядерна модель атома.»
Задача уроку: Ознайомитися з основними етапами розвитку атомної фізики, її творцями; розглянути моделі атома.

На партах розробка «Основні етапи розвитку уявлень про будову атома» (заповнюються по ходу уроку – вписуються прізвища вчених, які внесли основний вклад в розвиток вчення про будову атома).
На сайті: презентація до уроку, опорний конспект (з заповненими прізвищами), відео фрагменти до уроку.

Дом. завд.: §§ 43 (44-45 – вибірково, відповідно до конспекту)

Хід уроку.
- Наскільки часто ми зверталися при вивченні фізичних явищ до знань про будову атома?
(властивості тв.. тіл, рідин, газів; МКТ; електризація тіл, ел. струм, ел. струм в різних середовищах)
Висновок: користувалися знаннями для пояснення явищ.
- Чи достатньо ми знаємо про будову атома?
Відеофрагмент .

Нанотехнології – технології впливу на атом з метою створення нових речовин з заздалегідь відомими властивостями.

Додаткове дом.завд.:
що вчені планують розробити на основі нанотехнологій? (приклади).
Чи користуємося вже ми з вами досягненнями цієї науки? (відео передач «Ударна сила», «Нанотехнології: перспективи і можливості»)
Висновок: знання про будову атому актуальні і в теперішній час.


Слайд 2.
Що знаємо про атом і його будову?
1) Об’єднання атомів утворюють молекули - найменші частинки хімічної речовини, що мають всі його хімічні властивості.
Різний зв'язок об’єднання атомів, навіть однакових атомів, утворюють різні речовини з різними фізичними і хімічними властивостями.
Приклад: алмаз (найтвердіший з усіх мінералів) і графіт (в олівці). Атоми однакові, але різна кристалічна решітка.
2) Атом – найменша частка речовини мікроскопічних розмірів і маси, яка є носієм його властивостей.
3) Атоми знаходяться в безперервному русі.
4) Притягуються на відстанях більших за розмір атома, але відштовхуються, коли наближати їх одне до одного.
5) Всі види атомів відображені в таблиці Менделєєва. Кожний має своє «місце»; свій порядковий номер, свою атомну масу.
6) В центрі атома знаходиться позитивно заряджене ядро (складається з протонів (+ заряджені) і нейтронів (не мають заряду)). Навколо ядра по орбітах (рухаються електрони (негативно заряджені). Кількість протонів і електронів в атомі, що знаходиться в звичайному стані, є однаковою. Заряд електрона і протона має однакове значення 1,6×10-19Кл (кулон), але відрізняється за знаком. Тому атом є нейтрально зарядженим.
7) Атомна маса (відносна атомна маса) – значення маси атома, виражене в атомних одиницях маси. За одиницю атомної маси прийнята 1/12 частина нейтрального атома ізотопу вуглецю-12
( вуглець – становить основу життя на Землі, структурна одиниця величезного числа органічних сполук , що беруть участь в побудові організмів і забезпеченні їх життєдіяльності. Виникнення життя на Землі розглядається в сучасній науці як складний процес еволюції вуглецевих сполук.)
8) Йони – атоми, з надлишковою або недостатньою кількістю електронів.
9) Броунівський рух – рух зважених рідині або газі частинок (пилок квітів)
10) Суцільний спектр (відкрив Ньютон) – спостерігали при розкладання білого світла на кольори (явище має назву дисперсія – залежність показника заломлення світла від довжини хвилі)

Слайд 3.
Модель атома, якою ми користувалися на уроках фізики, була створена на початку ХХ ст.. Ернестом Резерфордом.
В чому проблема? (розміри атома)
Три об’єкти: атом, яблуко, Земна куля.
1) Якщо ядро атома збільшити до розмірів яблука, то саме яблуко, збільшене в стільки ж разів, збільшиться до розмірів Земної кулі.
2) Якщо ядро атома збільшити до розмірів яблука, то відстань від ядра до електронів буде порядку 1 км.
3) Підраховано, що якби всі електрони примкнули впритул до атомних ядер, то об'єм тіла дорослої людини став би рівним однієї мільйонної частці кубічного міліметра! Це означає, що більше 99% усередині тіла людини (як і будь-якого іншого тіла) займає порожнеча!
В 2009 р. група дослідників Харківського Фізико-Технічного Інституту за допомогою наднового електронного мікроскопа, отримала зображення електронних хмар атома вуглецю. (Фахівці цього інституту брали участь в роботі із запуску Великого адронного колайдер.)
Як можна бачити, навіть із сучасною технікою «заглянути» в середину атома не має можливості.
Звідси висновок (Слайд 4):
1) Атоми не можна побачити «прямим» шляхом.
2) Наші знання про будову атома засновані на величезній кількості експериментальних даних.

Розглянемо поетапно як розвивалося вчення про атом і його будову.
Слайд 5 – етап І – гіпотеза про існування атома як неподільної частинки.
Історія вивчення атома розпочалася ще до нашої ери – V-ІІІ ст.. Геніальна здогадка, що всі тіла складаються з неподільних частинок – атомів, що рухаються в порожнечі належить грецьким філософам Левкіпу і його учню Демокріту. Вони стверджували, що як з одних і тих же букв складаються різні слова, так і з різних атомів і їх різного набору складаються різні тіла.
Філософи намагалися пояснити всі природні явища рухом цих невидимих частинок.
Погляди давньогрецьких атомістів – вчених, прихильників теорії існування атома, збереглися завдяки поемі «Про природу речей» філософа і поета Лукреція Кара.

Сучасні наші з вами знання про атом відрізняються:
1) Атом є подільним, складається з ще менших частинок (е, р, n).
2) На даний час в таблиці Менделєєва міститься більше 100 (126) різних видів атомів, отже відома кількість різноманітних атомів їх відмінність, основні хімічні властивості. (З 1989 р. Міжнародним союзом теоретичної і прикладної хімії (UPAC) введено нова форма (довга) періодичної таблиці хімічних елементів.) 3) Різний зв'язок (структура розміщення) між атомами призводить до виникнення різних речовин (графіт, алмаз).

Слайд 6
Але не всі філософи, вчені підтримували ідею існування атома.
Наприклад, Арістотель вважав, що світом керують чотири «начала»: вода, земля, повітря і вогонь. А «началом» всіх «начал» є Бог. Він визнавав об'єктивне існування матеріального світу і його пізнаваність, але протиставляв земний і небесний світи, вірив і вчив вірити в існування божественних сил. «Канонізоване» вчення Арістотеля і в середні століття н.е. надовго затримувало розвиток поглядів атомістів.
Історичний факт: під тиском церкви у 1626 р. Паризький парламент під загрозою страти заборонив атомістичну теорію (теорію про існування атома).

Слайд 7 Етап ІІ – експериментальне підтвердження існування атома
До середини ХІХ ст.. вже не існувало сумнівів, що атом існує, хоча і вважався неподільним.
В 1808 році Джон Дальтон (англійський шкільний вчитель математики) відроди атомізм, встановивши «Закон кратних відношень»:
«відношення кількостей водню і кисню, що прореагували, завжди є відношення невеликих цілих чисел».
Припустив, що всі атоми певного хімічного елемента в точності однакові, а атоми різних елементів можна відрізняти один від одного за їх масою. Було встановлено, що 1 атом кисню в 16 разів більший по масі атому водню (вуглецю – в 12; заліза – в 56 разів)
1869 р. - Дмитрій Іванович Менделєєв систематизував знання про атоми в таблиці періодичних елементів хімічних елементів.
Він «помітив», що при зростанні атомної маси елемента (від водню до урану) періодично з’являються елементи, які мають схожі хімічні властивості.
Перший варіант таблиці містив пропуски, але цей факт дозволив передбачити існування «нових» елементів, які повинні були ці місця займати. (Послідували відкриття германію, скандію.)
Існування атома підтверджувалось експериментально багатьма вченими.
1. Михайло Васильович Ломоносов (заклав основи молекулярно-кінетичної теорії (МКТ) газів, які пізніше були підтверджені експериментально).
2. Бенджамін Франклін – один із засновників США, політичний діяч, дипломат, вчений. Досліджував торію електричного струму, довів електричну будову блискавки. В його роботах вперше з’являються терміни: заряд, позитивний і негативний заряд, конденсатор, частинка електрики.
3. Амедео Авогадро отримав уявлення про розміри і масу атомів. (10 клас – термін «число Авогадро» - кількість атомів (молекул, структурних одиниць речовини), що міститься в 1 молі речовини.
Оскільки маса 22,4 л газоподібного H2 становить 2,016 •10-3 кг, маса одного атома водню дорівнює 1,67 •10-27 кг. Якщо вважати, що в твердому тілі атоми розташовані впритул один до одного, то число Авогадро дозволить приблизно оцінити радіус r, скажімо, атомів алюмінію. Для алюмінію 1 моль дорівнює 0,027 кг, а густина –
2,7 •103 кг/м3. Звідси маємо r =1,6 •10-10 м. Так перші оцінки числа Авогадро дали уявлення про розміри атомів.
4. Майкл Фарадей при дослідженні явища проходження електричного струму через електроліт відкрив кількісні закони електроліза.
5. Роберт Браун спостерігав у мікроскоп хаотичний рух зважених частинок (пилок квитів) в рідині. Побудував теорію Броунівського руху в 1905 р. А. Ейнштейн, давши пояснення Броунівському руху

Етап «Експериментального підтвердження існування атома» тривав до 1897 р. В цьому році Джон Томсон відкрив нову частинку, що входила до ядра кожного атома – електрон. Кількість електронів зростала із зростання атомної маси елемента.
Виникло питання про будову самого атома. Виникла необхідність в нових експериментах.
Якщо проаналізувати досягнення вчених в цій області фізиці, то існувало ще одне відкриття, рівне по значимості відкриттю таблиці Менделєєва.

Слайд 8 – Етап ІІ – експериментальне підтвердження існування атома
Друге суттєва відкриття зароджувалося ще в епоху Відродження, відомими вченими Г.Галілеєм і І. Ньютоном.
(Галілей є засновником фізики як експериментальної науки.)
Однак його геніальні інтуїтивні здогадки були поштовхом до багатьох відкриттів ХХ ст..
Він припускав, що структура частинки є складною і якщо позбавити її матеріальної оболонки, то з середини бризне світло. Частинка – світло. (перше припущення).
Ньютон пояснював світло як потік корпускул (частинок). Не на пряму, але підтверджував існування атома. В 1672 р. експериментально отримав суцільний спектр.
Знов поєднання ідеї «частинка – світло»
В питанні структури атома Ньютон не вніс нічого нового. Для пояснення явищ, що його цікавили, не було потреби заглиблюватися в структуру атома. А результати проведених ним експериментів не виявили нічого нового про властивості атома.

Слайд 9
В ХІХ ст.. хіміки використовували атомні спектри для ідентифікації елементів і навіть для відкриття нових (гелій). Фізики спочатку ігнорували спектри внаслідок складності їх пояснення, поки Роберт Бунзен і Густав Роберт Кірхгоф не відкрили спектральний аналіз.
В 1859 році Кірхгоф і Бунзен проаналізували результати тривалої роботи багатьох вчених по різним виглядам спектрів від різних речовин і прийшли до висновку, що кожен атома має свій спектральний рисунок і цей рисунок пов’язаний саме з будовою атома. (Метод спектрального аналізу)
Головним підсумком відкриттів Менделєєва і Бунзера-Кірхгофа було повне розуміння того, що атом не є найменшою неподільною частинкою, він має складну будову, що і підтвердив Томсон відкриттям електрона.

Слайд 10 Етап ІІІ – Дослідження будови атома (з 1897 р.)
В кінці ХІХ ст.. ряд відкриттів підтвердив складну будову атома.
Відкриття радіоактивності (спонтанного випромінювання) супроводжувалося зміною самого атома.
Рентгенівське і радіоактивне випромінювання.
1895 – Вільгельм Конрад Рентген (1845–1923) – випадкове відкриття «Х-променів» (рентгенівських променів) виникає, коли швидкі електрони, що летять у вакуумі зіштовхуються з перегородами - різними речовинами (катодне випромінювання). Открытие Рентгена мгновенно облетело весь мир и поразило не только специалистов. В канун 1896 в книжном магазине одного немецкого города была выставлена фотография кисти руки. На ней были видны кости живого человека, а на одном из пальцев — обручальное кольцо. Это была снятая в рентгеновских лучах фотография кисти жены Рентгена. 1901 – Нобелевская премия - «В знак признания необычайно важных заслуг перед наукой, выразившихся в открытии замечательных лучей, названных впоследствии в его честь».
Особливості Х-променів:
1. невидиме випромінювання
2. висока проникаюча здатність
3. поширюються прямолінійно
4. не відхиляються під дією електричних і магнітних полів
1896 – Антуан Анрі Беккерель (1852–1908) – випадкове відкриття радіоактивності – властивість атомів деяких елементів спонтанно випускати випромінювання. Він проявив фотопластину, на якій в темноті деякий час знаходився мідний хрест, покритий сіллю урану. На фотопластині вийшло зображення у вигляді виразної тіні хреста. Це означало, що сіль урану спонтанно випромінює. За відкриття явища природній радіоактивності Беккерель в 1903 році був удостоєний Нобелівської премії, поділивши її з французькими вченими Марією и П’єром Кюрі.
1898 - П.Кюрі (1859–1906) и М.Кюрі (1867–1934) - виявили ще два радіоактивні елементи – полоній (назва на честь батьківщини Марії Кюрі – Польщі) і радій (тобто променевий) звідси і назва випромінювання – радіоактивне випромінювання або радіація, а дана властивість речовин - радіоактивністю ). Надалі було встановлено, що радіоактивними є всі елементи таблиці Менделєєва з номером більший за 83. Особливості радіоактивного випромінювання: (с 169)
1. невидиме випромінювання.
2. мають проникаюча здатність
3. спонтанне, тобто не залежить від зовнішніх факторів (освітленості, тиску, температури, вологості, і т.д.)
4. розряджає електроскоп
5. викликає світіння деяких тіл.

Висновок: випромінювання і внутрішня будова атома взаємопов’язані речі. А для пояснення такого «дуплету» необхідно було створити уявлення про внутрішню будову атома.
Слайд 11
Перші моделі атомів мали одну схожість: всі вони були нейтральні за зарядом (позитивний і негативний заряди містилися в однаковій кількості). Кожна з моделей могла пояснити ряд фізичних явищ, але виникали проблеми при поясненні інших.
Наприклад:
1897 - (Джон Джозеф (за підручником – не вірно!!!)) Джозеф Джон (за Маріо Льоцці, за списком лауреатів Нобелівської премії)Томсоном: до складу всіх атомів входять електрони! Атом не є неподільним! (Досліди Томсона з катодними променями).
Експерименти Томсона показали:
1. електрон входить до складу всіх атомів. Таким чином, атоми є складними частками, вони складаються з інших, простіших часток.
(з речовин (катоду) можна вирвати «-»-заряджені частинки під дією електричних сил, ударів швидких частинок, ультрафіолетового світла або тепла.) 2. Електрони в «пудингу» утримуються біля певних положень рівноваги пружними силами.
3. різні хімічні елементи мають різну кількість електронів
4. дуже мала маса електрона (m=9,1•10-31 кг) в порівнянні з масою атомів (в межах від 1,6×10–27 до 4×10–25 кг) вказувала, що маса атома зосереджена не в електронах.
За ці відкриття в 1906 р. отримав Нобелівську премію з фізики.
1903 – Модель атома Томсона (модель пудингу).
1. Атом – куля, по всьому об’єму якої рівномірно розміщений позитивний заряд – «пудинг».
2. Всередині кулі і на її поверхні знаходяться електрони, що можуть здійснювати коливальні рухи біля свого положення рівноваги – «родзинки». 3. Позитивний заряд кулі по модулю дорівнює заряду електронів, тому заряд атома в цілому дорівнює 0.
Модель пояснювала деякі фізичні властивості речовини (електризацію тіл – вибивання «зовнішніх» електронів), але не всі (факт рентгенівського і радіоактивного випромінювання).
Модель потребувала експериментальної перевірки.

Слайд 13
Учень Томсона Ернест Резерфорд проводив експерименти по розсіюванню а-частинок.
В результаті була «створена» нова модель атома (Планетарна модель атомна, ядерна модель атома, модель атома Резерфорда) . Згідно Резерфорду, атом за своєю будовою нагадує Сонячну систему. Подібно до того як планети, притягаючи до Сонця, рухаються навколо нього, так і електрони в атомі рухаються навколо ядра, утримувані силами тяжіння до нього. Через це подібності модель будови атома, запропоновану Резерфордом, назвали планетарної моделлю.
Принцип розміщення зарядів в ядрі «підказали» спалахи на екрані.
Експеримент Ерне́ста Ре́зерфорда (1871 - 1937) (британський фізик, лауреат Нобелівської премії з хімії (1908)). і його учнів Х. Гйгера (1882 – 1945) і Е. Марсдена (1889 – 1970).
Деякі а-частки, проходячи через фольгу, розсіваються на великі кути. Щоб відхилювати що володіє колосальною швидкістю а-частку на великий кут, потрібні величезні сили. Отже, усередині атома на а-частку можуть діяти дуже великі сили, але в полі цих сил потрапляє лише мала доля пролітаючих часток. В ході експерименту виявили:
Спостереження Пояснення Висновки
1. У відсутності фольги – на екрані з'являвся світлий кружок напроти каналу з радіоактивною речовиною. Альфа-частинки досягли екрану і викликали спалахи на ньому.
2. Коли на шляху пучка альфа-часток помістили фольгу, площа плями на екрані збільшилася. Діаметр атома золота рівний 3•10-10 м. Золота фольга товщиною 1 мкм містить 10-6:(3•10-10)=3300 атомних шарів. У твердому тілі атоми розташовані майже впритул. Тому при проходженні через фольгу а-частка повинна зіткнутися приблизно з 3000 атомів золота.
Збільшення площі плями свідчить про проходження альфа-частинки поблизу масивного зарядженого об’єкту – відбувається відхилення траєкторії. 1. переважна доля а-часток проходить фольгу. Висновок – атом не є суцільним як в моделі Томсона.
2. Існує атомне ядро, тобто тіло малих розмірів, в якому сконцентрована майже вся маса атома і весь позитивний заряд.
3. Навколо ядра на «великій» відстані в порівнянні з розміром ядра, обертаються негативно заряджені електрони, що втримуються біля нього кулонівськими силами (притягуються) і утворюють електрону оболонку.
4. Негативний заряд всіх електронів розподілений по всьому об’єму атома.
3. Поміщаючи екран зверху і знизу установки, Резерфорд виявив, що невелике число альфа-часток відхилилося на кути близько 900. Альфа-частинка проходить дуже близько біля позитивно зарядженого масивного об’єкту.
4. Одиничні частки були відкинуті назад (1300 – 1500). Альфа-частинка на своєму шляху зустріла позитивно заряджений масивний об’єкт.
Резерфордовськая, або ядерна, модель атома, витіснивши томсоновськую модель, з'явилася важливим етапом на дорозі створення квантової механіки. Детальні експерименти, виконані Гейгером і Марсденом в 1913, не залишили і тіні сумніву в тому, що картина атома з малим масивним ядром в центрі електронної структури значно великих розмірів вірна не лише якісно, але і кількісно. Деякі деталі, перенесені з томсоновськой моделі, такі, як існування в ядрі електронів, пізніше також були відкинуті.

Слайд 14 - 17
Учень Резерфорда Нільс Бор доповнив модель Резерфорда постулатами.
(Н. Бор зрозумів, що моделі Б. М. Чечеріна, М. О. Морозова,
Х. Нагаока, Е. Резерфорда, У. Томсона, Дж. Дж. Томсона є обмеженими,
але раціональними. Основний недолік пропонованих планетарних моделей)


Слайд 18
Труднощі теорії Бора
Правило квантування Бора не завжди «спрацьовує», уявлення про певні орбіти, по яких рухається електрон в атомі Бора, виявилися умовними. Теорія Бора непридатна для багатоелектронних атомів і не пояснює (кількісно) ряд спектральних закономірностей. Тому пізніше виникли і інші моделі атомів, але основною для розуміння багатьох фізичних явищ на нашому (шкільному) рівні залишається модель атома Резерфорда-Бора. * У 1917 р. А. Ейнштейн передбачив можливість переходу атома з вищого енергетичного стану в нижче під впливом зовнішнього впливу. Таке випромінювання називається вимушеним випромінюванням і лежить в основі роботи лазерів.
Слайд 19
Опорний конспект по темі.
Слайд 20
Використана література.


Цікаві факти про Нільса Бора з сайту «Классная физика»
http://class-fizika.narod.ru/at2.htm
У великого физика Нильса Бора был один хорошо заметный людям недостаток – косноязычие перед аудиторией.
А его брат Харальд Бор, известный математик, имел некоторое достоинство, прямо противоположное недостатку своего брата. Харальд объяснял это так: "Причина простая, я всегда объясняю то, о чем говорили и раньше, а Нильс объясняет то, о чем будут говорить позже"/

___
Профессор Ниль Бор был одним из столпов квантовой механики. Десятки раз он становился доктором, профессором, иностранным членом различных академий, лауреатом множества премий и даже стал кавалером ордена Слона, вручавшегося лишь членам королевских фамилий и правителям государств. Для этого ему даже пришлось изобрести собственный герб. Надпись на гербе соответствовала его любимому принципу дополнительности: "Contraria sunt complementa" (Противоположности суть дополнительности).

___

Братья Нильс и Харальд Бор, оба с научным складом ума: физик и математик, были в молодости известны как хорошие футболисты. Но в науке более преуспел старший брат Нильс, получивший Нобелевскую премию по физике. В 1922 году одна датская газета оповестила читателей: "Любимцу публики, известному футболисту Нильсу Бору присуждена Нобелевская премия". Знаменитый физик был настолько талантливым футболистом, что не раз выступал за сборную Дании.
http://class-fizika.narod.ru/at2.htm
Категория: Я сам | Добавил: Admin
Просмотров: 3434 | Загрузок: 0 | Комментарии: 3 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Ім`я *:
Email *:
Код *:
Головна
Форум
Файли сайту
Про сайт
Цiкаве
Корисне

П`ятниця
01.11.2024
02:30



Скiльки вам рокiв
Всього відповідей: 7


Онлайн всього: 1
Гостей: 1
Користувачів: 0

За день вiдвiдали:

Хостинг від uCoz
Всi матерiали належать
администрацiї сайту!!