Технология анализа конкретных

ситуаций на примере урока: "Основные

сведения о строении атома"

Цель

урока
- обеспечить творческую учебную деятельность при введении и воспроизведении знаний о строении атома.
Задачи:
 формирование знаний о строении атома  развитие мышления, речи, творческих способностей, познавательного интереса к предмету;  воспитание активной личности: умения проявлять инициативу, отстаивать собственную позицию, быть коммуникативным.
Форма работы на уроке:
групповая
Ход урока.

Содержани

е урока

Учитель

Ученик

Актуализац

ия знаний.
В каких формах может с у щ е с т в о в а т ь х и м и ч е с к и й элемент? Свободные атомы Простые вещества Сложные вещества Предлагаю р а с с м от р е т ь первую форму – свободные атомы Презентация: античное представление о веществе К какому выводу пришел Аристотель? А т о м – э т о неделимая частица
Постановка

проблемы
До 1970-х годов в хороших обувных магазинах Германии можно было встретить агрегат по н а з в а н и ю
педометр
. Этот аппарат позволял установить точный размер детской обуви, взрослые могли увидеть строение ко с т е й с то п ы и п о д о б р а т ь удобную обувь. Какое явление лежит в основе работы педометра? И т а к , с ко л ь ко р а з н ы х много
предположений. З н а ч и т, к а ко й в о п р о с возникает? Кто из нас прав? Можем ли мы точно ответить на данный вопрос прямо сейчас? Нет Приступаем к рассмотрению документов, которые находятся в кейсе.
Р а б о т а

с

кейсом
Задание. 1. Прочитайте информационные справки 2. Заполните таблицу 3. Создайте свою модель атома. Работа в группах Создание модели атома в виде рисунка.
Подведение

итогов работы с

кейсами
Д емонст рация м од е л е й строения атома в виде рисунка. Л и д е р г р у п п ы аргументирует построение модели.
Общий

вывод
Учитель показывает модели атома Томсона и Резерфорда, комментируя их. За основу строения атома взята модель Резерфорда. В ы в о д . А т о м – сложная н е й т р а л ь н а я частица, состоящая из протонов, нейтронов и электронов. Количество э л е к т р о н о в р а в н о количеству п р ото н о в . Основная масса атома сосредоточена в ядре.
Итоги

урока
Какое явление лежит в основе работы педометра? Радиоактивность Прибор опасен для здоровья

Задание.
1. Прочитайте информационные справки 2. Заполните таблицу 3. Предложите свой вариант модели атома
Таблица сравнения опытов.

Критерии

для сравнения

Опыт

Стони

Открытие

радиации.

Беккерель

Опыт

Резерфорда
Область интереса ученого Суть опыта Наблюдения Выводы ученых Ваши замечания и выводы Информационная справка (сообщения делают обучающиеся). Демокрит – годы жизни 460-370 до н.э. Древнегреческий ученый, философ – материалист, главный представитель древней атомистики. Считал, что во
Вселенной существует бесконечное множество миров, которые возникают, развиваются и гибнут. Но примерно с середины XIX века стали появляться экспериментальные факты, которые ставили под сомнение представления о неделимости атомов. Результаты этих экспериментов наводили на мысль о том, что атомы имеют сложную структуру, и что в их состав входят электрически заряженные частицы. Информационная справка Беккерель Антуан Анри французский физик родился 15 декабря 1852 г. Окончил политехническую школу в Париже. Основные работы посвящены радиоактивности и оптике. В 1896г открыл явление радиоактивности. В 1901г обнаружил физиологическое действие радиоактивного излучения. В 1903г Беккерель удостоен Нобелевской премии за открытие естественной радиоактивности урана. Умер 25 августа 1908 г. Открытие радиоактивности произошло благодаря счастливой случайности. Беккерель долгое время исследовал свечение веществ, предварительно облученных солнечным светом. К таким веществам принадлежат соли урана, с которыми экспериментировал Беккерель. И вот у него возник вопрос: не появляются ли после облучения солей урана наряду с видимым светом и рентгеновские лучи? Беккерель завернул фотопластинку в плотную черную бумагу, положил сверху крупинки урановой соли и выставил на яркий солнечный свет. После проявления фотопластинка почернела на тех участках, где лежала соль. Следовательно, уран создавал какое – то излучение, которое пронизывает непрозрачные тела и действует на фотопластинку. Беккерель думал, что это излучение возникает под влиянием солнечных лучей. Но однажды, в феврале 1896г., провести ему очередной опыт не удалось из-за облачной погоды. Беккерель убрал пластинку в ящик стола, положив на нее сверху медный крест, покрытый солью урана. Проявив на всякий случай пластинку два дня спустя, он обнаружил на ней почернение в форме отчетливой тени креста. Это означало, что соли урана самопроизвольно, без каких либо внешних влияний создают какое-то излучение. Начались интенсивные исследования. Вскоре Беккерель установил важный факт: интенсивность излучения определяется только количеством урана в препарате, и не зависит от того в какие соединения он входит. Следовательно, излучение присуще не соединениям, а химическому элементу урану, его атомам. Информационная справка Мария Склодовская-Кюри – польский и французский физик и химик, один из основоположников учения о радиоактивности родилась 7 ноября 1867 в Варшаве. Она первая женщина – профессор Парижского университета. За исследования явления радиоактивности в 1903 г., совместно с А. Беккерелем получила Нобелевскую премию по физике, а в 1911 г. за получение радия в
металлическом состоянии – Нобелевскую премию по химии. Умерла от лейкемии 4 июля 1934 г.[3 c.229] В 1898г М. Склодовская-Кюри и др. ученые обнаружили излучение тория. В дальнейшем главные усилия в поисках новых элементов были предприняты М. Склодовской-Кюри и ее мужем П. Кюри. Систематическое исследование руд, содержащих уран и торий, позволило им выделить новый неизвестный ранее химический элемент – полоний № 84, названный так в честь родины М. Склодовской-Кюри – Польши. Был открыт еще один элемент, дающий интенсивное излучение – радий № 88, т.е. лучистый. Само же явление произвольного излучения было названо супругами Кюри радиоактивностью. Записать в тетради “радиоактивность” – (лат) radio – излучаю, aсtivus – действенный. Впоследствии было установлено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными Информационная справка Эрнест Резерфорд английский физик, родился 30 августа 1871 г. в Новой Зеландии. Его исследования посвящены радиоактивности, атомной и ядерной физике. Своими фундаментальными открытиями в этих областях Резерфорд заложил основы современного учения о радиоактивности и теории строения атома. Умер 19 октября 1937 г. [3 c.24] В результате опыта, проведенного под руководством английского физика Эрнеста Резерфорда, было обнаружено, что радиоактивное излучение радия неоднородно, т.е. оно имеет сложный состав. Рассмотрим, как проводился этот опыт. На рисунке 1 изображен толстостенный свинцовый сосуд с крупицей радия на дне. Пучок радиоактивного излучения радия выходит сквозь узкое отверстие и попадает на фотопластинку (излучение радия направлено во все стороны, но сквозь толстый слой свинца оно пройти не может). После проявления фотопластинки на ней обнаруживалось одно (рис. 1) темное пятно – как раз в том месте, куда попадал пучок.
Потом опыт изменяли (рис.2), создали сильное магнитное поле, действовавшее на пучок. В этом случае на проявленной пластинке возникало три пятна: одно, центральное, было на том же месте, что и раньше, а два других – по разные стороны от центрального. Если два потока отклонились в магнитном поле от прежнего направления, значит, они представляют собой потоки заряженных частиц. Отклонение в разные стороны свидетельствовало о разных знаках электрических зарядов частиц. В одном потоке присутствовали только положительно заряженные частицы, в другом – отрицательно заряженные. А центральный поток представлял собой излучение, не имеющее электрического заряда. Положительно заряженные частицы назвали альфа-частицами, отрицательно заряженные – бета-частицами, а нейтральные – гамма (рис. 2) квантами. Некоторое время спустя в результате исследования некоторых физических характеристик и свойств этих частиц (электрического заряда, массы, проникающей способности) удалось установить, что гамма – кванты или лучи – это коротковолновое электромагнитное излучение, скорость распространения
электромагнитного излучения такая же, как и у всех электромагнитных волн – 300000 км/с. Гамма – лучи проникают в воздух на сотни метров. Бета – частицы представляют собой поток быстрых электронов, летящих со скоростями близкими к скорости света. Они проникают в воздух до 20 м. Альфа частицы – это потоки ядер атомов гелия. Скорость этих частиц 20000 км/с, что превышает скорость современного самолета (1000 км/ч) в 72000 раз. Альфа – лучи проникают в воздух до 10 см. Опыт Резерфорда. Первые прямые эксперименты по исследованию внутренней структуры атомов были выполнены Э. Резерфордом и его сотрудниками Э. Марсденом и Х. Гейгером в 1909–1911 годах. Резерфорд предложил применить зондирование атома с помощью α-частиц, которые возникают при радиоактивном распаде радия и некоторых других элементов. Масса α-частиц приблизительно в 7300 раз больше массы электрона, а положительный заряд равен удвоенному элементарному заряду. В своих опытах Резерфорд использовал α-частицы с кинетической энергией около 5 МэВ (скорость таких частиц очень велика – порядка 107 м/с, но она все же значительно меньше скорости света). α-частицы – это полностью ионизированные атомы гелия. Они были открыты Резерфордом в 1899 году при изучении
явления

радиоактивности
. Этими частицами Резерфорд бомбардировал атомы тяжелых элементов (золото, серебро, медь и др.). Электроны, входящие в состав атомов, вследствие малой массы не могут заметно изменить траекторию α-частицы. Рассеяние, то есть изменение направления движения α-частиц, может вызвать только тяжелая положительно заряженная часть атома. Схема опыта Резерфорда представлена на рис. 9.1.2. 2 Рисунок 9.1.2. Схема опыта Резерфорда по рассеянию α-частиц. K – свинцовый контейнер с радиоактивным веществом, Э – экран, покрытый сернистым цинком, Ф – золотая фольга, M – микроскоп.
От радиоактивного источника, заключенного в свинцовый контейнер, α- частицы направлялись на тонкую металлическую фольгу. Рассеянные частицы попадали на экран, покрытый слоем кристаллов сульфида цинка, способных светиться под ударами быстрых заряженных частиц. Сцинтилляции (вспышки) на экране наблюдались глазом с помощью микроскопа. Наблюдения рассеянных α-частиц в опыте Резерфорда можно было проводить под различными углами φ к первоначальному направлению пучка. Было обнаружено, что большинство α- частиц проходит через тонкий слой металла, практически не испытывая отклонения. Однако небольшая часть частиц отклоняется на значительные углы, превышающие 30°. Очень редкие α-частицы (приблизительно одна на десять тысяч) испытывали отклонение на углы, близкие к 180°. Результат находился в резком противоречии с моделью атома Томсона, согласно которой положительный заряд распределен по всему объему атома. При таком распределении положительный заряд не может создать сильное электрическое поле, способное отбросить α-частицы назад. Электрическое поле однородного заряженного шара максимально на его поверхности и убывает до нуля по мере приближения к центру шара. Если бы радиус шара, в котором сосредоточен весь положительный заряд атома, уменьшился в n раз, то максимальная сила отталкивания, действующая на α-частицу по
закону Кулона
, возросла бы в n2 раз. Следовательно, при достаточно большом значении n α- частицы могли бы испытать рассеяние на большие углы вплоть до 180°. Эти соображения привели Резерфорда к выводу, что атом почти пустой, и весь его положительный заряд сосредоточен в малом объеме. Эту часть атома Резерфорд назвал
атомным

ядром
. Так возникла
ядерная

модель
атома. Рис. 9.1.3 иллюстрирует рассеяние α-частицы в атоме Томсона и в атоме Резерфорда. 3 Рисунок 9.1.3. Рассеяние α-частицы в атоме Томсона (a) и в атоме Резерфорда (b). Таким образом, опыты Резерфорда и его сотрудников привели к выводу, что в центре атома находится плотное положительно заряженное ядро. Заряд ядра должен быть равен суммарному заряду всех электронов, входящих в состав атома. Впоследствии удалось установить, что если заряд электрона принять за единицу, то заряд ядра в точности равен номеру данного элемента в таблице Менделеева. Информационная справка
Дж.Дж. Томсон высказал гипотезу об устройстве атомов. Он предположил, что нейтральный атом состоит из положительного электрического заряда, равномерно распределённого по сферическому объёму, и отрицательно заряженных электронов внутри этого объёма. По представлениям Томсона, электроны внутри положительно заряженного шара не могут быть неподвижными, а должны вращаться по плоским концентрическим орбитам. (зарисовывается учителем на доске и учащимися в своих тетрадях). Атомы разных элементов в обычном состоянии отличаются друг от друга числом электронов, движущихся вокруг ядра. Но, главной характеристикой данного химического элемента является не число электронов, а
заряд ядра
. Так как заряд ядра равен по абсолютному значению общему заряду электронов атома, то в составе ядра находятся
положительно заряженные

частицы
.
Их назвали
протонами. Каждый протон имеет массу, в 1840 раз большую, чем масса электрона. Дальнейшее изучение состава ядра позволило предположить, что в ядрах содержаться ещё нейтральные (не имеющие заряда) частицы. Они получили название нейтронов.
Атом в целом
не имеет заряда, он
нейтрален
, потому что положительный заряд его ядра равен отрицательному заряду всех его электронов. Атом, потерявший один или несколько электронов, уже не является нейтральным, а будет иметь положительный заряд. Его называют тогда
положительным ионом.

И наоборот, лишний электрон присоединяется к нейтральному атому.
В этом случае атом приобретает отрицательный заряд и становится
отрицательным ионом.
Информационная справка Планетарная модель Резерфорда Радикальные выводы о строении атома, следовавшие из опытов Резерфорда, заставляли многих ученых сомневаться в их справедливости. Не исключением был и сам Резерфорд, опубликовавший результаты своих исследований только через два года (в 1911 г.) после выполнения первых экспериментов. Опираясь на классические представления о движении микрочастиц, 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 (рис. 9.1.4). Находиться в состоянии покоя электроны не могут, так как они упали бы на ядро. 4 Рисунок. Планетарная модель атома Резерфорда. Показаны круговые орбиты четырех электронов. Планетарная модель атома, предложенная Резерфордом, несомненно явилась крупным шагом в развитии знаний о строении атома. Она была совершенно необходимой для объяснения опытов по рассеянию α-частиц. Однако она оказалась неспособной объяснить сам факт длительного существования атома, то есть его устойчивость. По законам классической электродинамики, движущийся с ускорением заряд должен излучать электромагнитные волны, уносящие энергию. За короткое время (порядка 10–8 с) все электроны в атоме Резерфорда должны растратить всю свою энергию и упасть на ядро. То, что этого не происходит в устойчивых состояниях атома, показывает, что внутренние процессы в атоме не подчиняются классическим законам.