Опыт Резерфорда. Ядерная модель атома - АТОМНАЯ ФИЗИКА - КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

Задачи урока: изучить планетарную модель атома; познакомить с фундаментальным опытом Резерфорда; показать роль крупных учёных в развитии науки на примере жизни и деятельности Резерфорда.

План урока

Этапы урока	Время, мин	Приёмы и методы
I. Повторение материала предыдущего урока II. Изложение нового материала. Выступление ученика с докладом о Резерфорде III. Отработка изученного материала IV. Подведение итогов. Домашнее задание	10—12 18—20 15 2	Фронтальный и письменный опрос. Решение задач Рассказ учителя с элементами беседы. Демонстрация модельного эксперимента. Записи учащихся в тетрадях Решение задач Сообщение учителя. Запись на доске

I. Урок начинается с фронтального повторения и проверки домашнего задания. Организуют беседу, используя иллюстрации. Примерные вопросы для беседы: каково значение опытов по дифракции электронов? В чём состоит гипотеза де Бройля? В чём заключаются волновые свойства и корпускулярные свойства микрочастиц? Образуется ли дифракционная картина одним электроном? Объясните образование дифракционной картины от множества электронов, движущихся поодиночке. Какие корпускулярные характеристики частицы можно определить, зная её длину волны де Бройля?

II. При подготовке к изложению нового материала прежде всего встаёт вопрос о демонстрации изучаемого опыта. В школьных условиях опыт Резерфорда можно показать с помощью специальной модели. В литературе описаны следующие модели: падение отрицательно заряженных капель на отрицательно заряженный шарик, падение маленьких керамических магнитов в масле на закреплённый магнит, специально изготовленная механическая модель. Подробнее об этих опытах можно прочитать в книгах: Хорошавин С. А. Техника и технология демонстрационного эксперимента. — М.: Просвещение, 1978; Анциферов Л. И., Пищиков И. М. Практикум по методике и технике школьного физического эксперимента. — М.: Просвещение, 1984.

С помощью ЭВМ можно смоделировать явления, разработав соответствующую программу. Кроме того, учебные действия “в материальной или материализованной форме” могут быть обеспечены организацией работы учащихся с таблицей и рисунками.

Возможен следующий вариант рассказа учителя.

Из курса физики и курса химии известно, что все тела состоят из атомов. В центре атома находится положительно заряженное ядро. Вокруг ядра движутся отрицательно заряженные электроны. Электроны располагаются вокруг ядра на разных расстояниях, образуя электронные слои. Известно также, сколько электронов может находиться в слое и подслое — оболочке. Но до сих пор физические законы, по которым устроен атом, не изучались. Сейчас наша задача в том, чтобы изучить эти законы.

В истории развития физики одна из самых интересных и увлекательных страниц — это история открытия сложного строения атома. На протяжении веков люди думали о строении вещества. В конце XIX — начале XX в. идеи о строении атома витали в воздухе. Вот что писал в 1887 г. в своих дневниках студент Пётр Лебедев, впоследствии замечательный русский физик: “Каждый атом... представляет собой полную солнечную систему, то есть состоит из различных атомопланет, вращающихся с разными скоростями вокруг центральной планеты или каким- либо другим способом двигающихся характерно периодически” [9, с. 23]. Такие догадки создавали духовную атмосферу, в которой в конце концов и рождалось открытие, ведь в то время ничего о внутреннем строении атома не было известно.

Слово “атом” в переводе с греческого — неделимый. Но 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 (см. учебник). Томсон с помощью данной модели объяснил ряд физических явлений. Например, хорошая проводимость металлов объяснялась тем, что атомы металлов легко теряют часть электронов. Первая модель атома сыграла положительную роль: в дальнейшем была использована верная идея о слоях электронов в атоме, о потере электронов атомами. Однако скоро обнаружилось несоответствие модели реальной действительности. В частности, модель атома Томсона оказалась в противоречии с результатами опыта Резерфорда.

В 1909—1911 гг. Резерфорд экспериментально доказал, что у атома есть ядро. В мае 1911 г. на страницах лондонского “Философского журнала” он изложил результаты экспериментальных и теоретических поисков в области строения атома: ядро занимает в атоме ничтожную часть объёма, оно положительно заряжено, и в нём сосредоточена почти вся масса атома, так как электроны по сравнению с атомом очень лёгкие частицы; электроны движутся вокруг ядра.

Установка и схема опыта Резерфорда показаны на рисунке 130. Альфа-частицы от радиоактивного источника, пройдя через диафрагму, попадают на тонкую фольгу из золота. Она имеет толщину около микрона, т. е. состоит приблизительно из 3000 атомных слоёв. Большая часть альфа-частиц легко проходит через фольгу, мало отклоняясь, но некоторые, редкие альфа-частицы отклоняются на значительные углы и даже на углы, близкие к 180°, т. е. отбрасываются назад.

Далее результаты опыта интерпретируются и строится электронно-ядерная модель атома.

Этот этап урока заканчивается рассказом о Резерфорде. Для доклада ученику следует порекомендовать книгу: Капица П. Л. Эксперимент. Теория. Практика. — М.: Наука, 1974. В частности, в своих воспоминаниях он писал: “Я не могу вспомнить другого учёного — современника Резерфорда, в лаборатории которого воспитывалось бы столько крупных физиков. История науки показывает, что крупный учёный — это не обязательно большой человек, но крупный учитель не может не быть большим человеком”.

III. Закрепление изученного продолжается при решении задач. Приведём примеры.

1. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц показали: а) электрон вращается в атоме по круговой орбите; б) альфа-частицы положительно заряжены; в) атом не взаимодействует с альфа-частицами; г) атом состоит из малого по объёму и массивного ядра и лёгких электронов; д) атом состоит из заряженных частиц. Выберите правильный и исчерпывающий ответ.

2. Как объяснить, что в опытах Резерфорда некоторые альфа-частицы отклоняются на большие углы?

3. Чему будет равен угол рассеяния, если прицельное расстояние равно нулю?

4. На какое минимальное расстояние может приблизиться альфа- частица к ядру атома золота, если её кинетическая энергия 0,4 МэВ?

IV. Домашнее задание: § 74; Хрестоматия (с. 187—191).