Уроки физики в 11 классе
план-конспект урока по физике (11 класс) по теме

УРОКИ ФИЗИКИ   В  11  КЛАССЕ              

  Учитель физики ГБОУ Школа 1362 г.Москва

                             Арданкина Наталья Степановна

ТЕМА:  «СТРОЕНИЕ АТОМА. ОПЫТЫ РЕЗЕРФОРДА. КВАНТОВЫЕ ПОСТУЛАТЫ БОРА.                                 МОДЕЛЬ АТОМА ВОДОРОДА ПО БОРУ»

   «…Сущность Вселенной не имеет в себе силы, которая могла бы противостоять мужеству познания»          Г. Гегель

      Урок открытия нового знания.

ЦЕЛИ УРОКА

Для учеников

Обучающие: освоение нового материала; сравнение теоретических предсказаний с экспериментом.

Развивающие:  тренировка выдвижения гипотез на основании исходных знаний и наводящих вопросов;  формулирование выводов по результатам собственных экспериментов.

Воспитательные: тренировка совместной работы в группе, рационального разделения труда, умения уважать чужую точку зрения и аргументированно защищать свою.

Для учителя

1. Создание условий для развития познавательных и творческих способностей учащихся.
2. Текущий контроль, формирование целостной картины темы.
3. Включение в работу всех учащихся; формирование понятия о научном методе исследования.
4. Выявление интеллектуальных лидеров, их привлечение к объяснению материала более слабым ученикам в процессе работы.

Планируемые результаты

Метапредметные результаты:

-умение соотносить свои действия с планируемыми результатами;

-умение осуществлять контроль своей деятельности;

-формулировать, аргументировать, отстаивать свое мнение;

-умение делать обобщения и устанавливать причинно-следственные связи.

Предметные:

-приобретение опыта экспериментального исследования;

-формирование умения безопасного и эффективного использования лабораторного оборудования;

-умение определять значения величин экспериментально.

Личностные:

-овладение навыками сотрудничества в коллективе;

-формирование этических чувств доброжелательности, терпимости по отношению к другим;

-творческий подход к решению различных задач;

-умение управлять своими эмоциями.

ЗАДАНИЯ, НЕОБХОДИМЫЕ К НАЧАЛУ УРОКА

- опыты Резерфорда по «зондированию» атомов альфа-частицами;

- оптические спектры атомов;

- явления, свидетельствующие о квантовом характере света.

ХОД  УРОКА

1.Вступительное слово учащихся с демонстрацией фрагментов.

АТОМ (греч. Atomos – неделимый)

Наверно, справедливо полагать, что идея атомарного строения вещества возникла из давнего стремления человека как-то упорядочить окружающий его мир. Поиски вечной и неизменной материи начались в древности, продолжались столетиями, не прекращаются и сегодня. Оказывается окончательного ответа нет до сих пор!

Но какие находки обнаружились на этом пути!        

Сложное строение атома, ядро которого оказалось составным.

Причем из таких частиц, которые сами по себе, вне ядра, не способны существовать продолжительное время. Несколько последних десятилетий ознаменовалось потоком открытий, изменивших взгляды ученых на строение материи и поставивших много проблем.

АТОМ КАК ЦЕЛОЕ

Историю возникновения самых общих представлений об атоме обычно ведут со времен греческого философа Демокрита (ок. 460 – ок. 370 до н. э.), много размышлявшего о наименьших частицах, на которые можно было бы поделить любое вещество. Группу греческих философов, придерживавшихся того взгляда, что существуют подобные крошечные неделимые частицы, называли атомистами. Греческий философ Эпикур (ок. 342–270 до н.э.) принял атомную теорию, и в первом веке до н.э. один из его последователей, римский поэт и философ Лукреций Кар, изложил учение Эпикура в поэме «О природе вещей», благодаря которой оно и сохранилось для следующих поколений. Аристотель (384–322 до н.э.), один из крупнейших ученых древности, атомистическую теорию не принимал, и его взгляды на философию и науку преобладали впоследствии в средневековом мышлении. Атомистической теории как бы не существовало до самого конца эпохи Возрождения, когда на смену чисто умозрительным философским рассуждениям пришел эксперимент.

В эпоху Возрождения начались систематические исследования в областях, именуемых ныне химией и физикой, принесшие с собой новые догадки о природе «неделимых частиц». Р.Бойль (1627–1691) и И.Ньютон (1643–1727) исходили в своих рассуждениях из представления о существовании неделимых частиц вещества. Однако ни Бойлю, ни Ньютону не потребовалось детальной атомистической теории для объяснения интересовавших их явлений, и результаты проведенных ими экспериментов не сказали ничего нового о свойствах «атомов».

Законы Дальтона. Первым действительно научным обоснованием атомистической теории, убедительно продемонстрировавшим рациональность и простоту гипотезы о том, что всякий химический элемент состоит из мельчайших частиц, явилась работа английского школьного учителя математики Дж.Дальтона (1766–1844), статья которого, посвященная этой проблеме, появилась в 1803.

Дальтон изучал свойства газов, в частности отношения объемов газов, вступавших в реакцию образования химического соединения, например, при образовании воды из водорода и кислорода. Он установил, что отношения прореагировавших количеств водорода и кислорода всегда представляют собой отношения небольших целых чисел. Так, при образовании воды (H2O) в реакцию с 16 г кислорода вступают 2,016 г газообразного водорода, а при образовании пероксида водорода (H2O2) с 2,016 г водорода соединяются 32 г газообразного кислорода. Массы кислорода, реагирующие с одной и той же массой водорода при образовании этих двух соединений, соотносятся между собой как небольшие числа:

16:32 = 1:2.

Число Авогадро. В 1811 А.Авогадро (1776–1856) выдвинул гипотезу, которая значительно упрощала анализ того, как из элементов образуются соединения, и устанавливала различие между атомами и молекулами. Его мысль состояла в том, что равные объемы газов, находящиеся при одинаковых температуре и давлении, содержат одно и то же число молекул; первые оценки числа Авогадро дали представление об атомных размерах.

Открытие электрона. Экспериментальные данные, связанные с образованием химических соединений, подтверждали существование «атомных» частиц и позволили судить о малых размерах и массе отдельных атомов. Однако реальная структура атомов, в том числе и существование еще меньших частиц, составляющих атомы, оставалась неясной до открытия Дж.Дж.Томсоном электрона в 1897. До той поры атом считался неделимым и различие в химических свойствах различных элементов не имело своего объяснения. Еще до открытия Томсона был выполнен ряд интересных экспериментов, в которых другие исследователи изучали электрический ток в стеклянных трубках, наполненных газом при низких давлениях. Такие трубки, названные трубками Гейсслера по имени немецкого стеклодува Г.Гейсслера (1815–1879), который первым начал изготовлять их, испускали яркое свечение, будучи подключены к высоковольтной обмотке индукционной катушки.

2. Почему модель Томсона подверглась проверке Э. Резерфордом?

• не объясняла дискретный характер излучения атома и его устойчивость;
• не дает возможности понять, что определяет размеры атомов;
• оказалась в полном противоречии с опытами по исследованию распределения положительного заряда в атоме (опыты, проводимые Эрнестом Резерфордом).

3. Какие выводы могли бы вы сделать из опыта Э. Резерфорда?

Рефлексия

1.  Какой вывод сделал Резерфорд из своих опытов?

2. Какие явления позволяют считать, что в атомах имеются электроны,  движущиеся неравномерно?

3. Почему классическая электродинамика и механика Ньютона не применимы к объяснению модели?

4. В чем состоят основные положения теории Бора о строении атома водорода?

5.  От чего зависит энергия фотона, испускаемого атомом водорода?

(демонстрация: спектр. трубки Kr,  Ne,  Ar. Почему разл. цвет?)

6.  Когда атом водорода испускает УФ, видимые, ИК лучи?

7.  В каком случае энергия атома больше – когда электрон находится на удаленной орбите или на самой близкой к ядру?

8.  В каком случае сила взаимодействия больше? Как определить скорость электрона и радиус его орбиты?

9. Имеются газоразрядные трубки с криптоном, аргоном, гелием. Определите, какой из газов, заполняющий газоразрядную трубку, излучает максимальную энергию.

Составление синквейна.

Задания группам

1. Вычислить массу атома гелия по известной атомной массе:

m(He)=M(He)/NА

2. Скорость альфа-частиц 20 см/с.

Может ли положительный заряд, распределенный по всему объему атома, обеспечить силу, необходимую для отклонения альфа-частицы на столь большие углы?

По модели Томпсона «+»часть атома имеет R=10-10м.

3. Как разрешить противоречия планетарной модели строения атома Резерфорда с электродинамикой Максвелла?
4. Какие новые идеи в 1 постулате?

«Решу ЕГЭ» - задания для закрепления полученных знаний.

1. На рисунках А, Б и В приведены спектры излучения атомарных газов А и В и газовой смеси Б.

На основании анализа этих участков спектров можно сказать, что смесь газа содержит

1) только газы А и В

2) газы А, В и другие

3) газ А и другой неизвестный газ

4) газ В и другой неизвестный газ

2. На рисунке приведены спектр поглощения разреженных атомарных паров неизвестного вещества (в середине) и спектры поглощения паров известных элементов (вверху и внизу).

По анализу спектров можно утверждать, что неизвестное вещество содержит

1) только кальций (Са)

2) только стронций (Sr)

3) кальций и еще какое-то неизвестное вещество

4) стронций и еще какое-то неизвестное вещество

3. На рисунке приведены фрагмент спектра поглощения неизвестного разреженного атомарного газа (в середине), спектры поглощения атомов водорода (вверху) и гелия (внизу).

В химический состав газа входят атомы

1) только водорода

2) только гелия

3) водорода и гелия

4) водорода, геля и еще какого-то вещества

4. На рисунках А, Б, В приведены спектры излучения паров стронция, неизвестного образца и кальция.

Можно утверждать, что в образце

1) не содержится ни стронция, ни кальция

2) содержится кальций, но нет стронция

3) содержатся и стронций, и кальций

4) содержится стронций, но нет кальция

5. Длина волны фотона, излучаемого атомом при переходе из возбужденного состояния с энергией  в основное состояние с энергией , равна (c — скорость света, h — постоянная Планка)

1) 

2) 

3) 

4) 

6. Каков спектр энергетических состояний атомного ядра и какие частицы испускает ядро при переходе из возбужденного состояния в нормальное?

1) cпектр линейчатый, испускает гамма-кванты

2) cпектр сплошной, испускает гамма-кванты

3) cпектр сплошной, испускает бета-частицы

4) cпектр линейчатый, испускает альфа-частицы

7. На рисунке показаны энергетические уровни атома водорода. Если атом находится в основном состоянии, то для его перехода в ионизированное состояние необходимо

1) получить от атома энергию 3,4 эВ

2) сообщить атому энергию 3,4 эВ

3) получить от атома энергию 13,6 эВ

4) сообщить атому энергию 13,6 эВ

8. Каков заряд ядра  (в единицах элементарного заряда)?

9. Атом бора  содержит

1) 8 протонов, 5 нейтронов и 13 электронов

2) 8 протонов, 13 нейтронов и 8 электронов

3) 5 протонов, 3 нейтрона и 5 электронов

4) 5 протонов, 8 нейтронов и 13 электронов

10. На рисунке приведены спектры поглощения атомарных паров неизвестного вещества и трех известных элементов. По виду спектров можно утверждать, что неизвестное вещество содержит в заметном количестве атомы

1) только стронция (Sr) и кальция (Са)

2) только натрия (Na) и стронция (Sr)

3) только стронция (Sr), кальция (Са) и натрия (Na)

4) стронция (Sr), кальция (Са), натрия (Na) и других элементов

11. Линейчатые спектры поглощения и испускания характерны для

1) любых тел

2) любых нагретых тел

3) для твердых нагретых тел

4) для нагретых атомарных газов

12. На рисунке изображена схема электронных переходов между энергетическими уровнями атома, происходящих с излучением фотона. Минимальный импульс имеет фотон, излучаемый при переходе

1) 1

2) 2

3) 3

4) 4

13. Схема низших энергетических уровней атомов разреженного атомарного газа имеет вид, изображённый на рисунке. В начальный момент времени атомы находятся в состоянии с энергией  Согласно постулатам Бора данный газ может излучать фотоны с энергией

1) 0,3 эВ, 0,5эВ и1,5 эВ

2) только 1,5 эВ

3) любой в пределах от 0 до 0,5 эВ

4) только 0,3 эВ

14. На рисунке указаны три низших значения энергии атома натрия. Атомы находятся в состоянии . При освещении атомарных паров натрия светом с энергией фотонов  Дж

1) произойдёт переход атомов в состояние 

2) произойдёт переход атомов в состояние 

3) произойдёт ионизация атомов

4) атомы не будут поглощать свет

15. На рисунке показана схема низших энергетических уровней атома. В начальный момент времени атом находится в состоянии с энергией . Фотоны какой энергии может излучать атом?

1) только 2 эВ

2) только 2,5 эВ

3) любой, но меньшей 2,5 эВ

4) любой в пределах от 2,5 до 4,5 эВ

16. На рисунке приведён спектр поглощения неизвестного газа и спектры поглощения атомарных паров известных элементов. По виду спектров можно утверждать, что неизвестный газ содержит атомы

1) азота (N), магния (Mg) и других элементов, но не калия (К)

2) только азота (N) и калия (К)

3) только магния (Mg) и азота (N)

4) магния (Mg), калия (К) и азота (N)

17. На рисунках А, Б и В приведены спектры излучения паров кальция Са, стронция Sr и неизвестного образца. Можно утверждать, что в неизвестном образце

1) не содержится стронция

2) содержатся кальций и ещё какие-то элементы

3) не содержится кальция

4) содержится только кальций

18. На рисунке приведены спектры поглощения паров натрия, атомарного водорода и атмосферы Солнца.

Об атмосфере Солнца можно утверждать, что в ней

1) не содержится натрия

2) не содержится водорода

3) содержится только натрий и водород

4) содержится и натрий, и водород

19. На рисунке приведены спектр поглощения разреженных атомарных паров неизвестного вещества и спектры поглощения атомарных паров известных элементов. Проанализировав спектры, можно утверждать, что неизвестное вещество содержит

1) только водород (Н) и гелий (Не)

2) водород (Н), гелий (Не) и натрий (Na)

3) только натрий (Na) и водород (Н)

4) натрий (Na), водород (Н) и другие элементы, но не гелий (Не)

20.

Схема низших энергетических уровней атома имеет вид, изображённый на рисунке. В начальный момент времени атом находится в состоянии с энергией . Согласно постулатам Бора атом может излучать фотоны с энергией

1) только 0,5 эВ

2) только 1,5 эВ

3) любой, меньшей 0,5 эВ

4) любой в пределах от 0,5 до 2 эВ

21. Бета-частица представляет собой

1) нейтрон

2) электрон

3) ядро гелия

4) ион гелия

22. Спектр какого типа наблюдается у излучения атомарного водорода?

1) линейчатый

2) полосатый

3) сплошной

4) ответ зависит от разрешающей силы используемого спектроскопа

23. Спектр какого типа наблюдается у излучения атомарного гелия?

1) линейчатый

2) полосатый

3) сплошной

4) ответ зависит от разрешающей силы используемого спектроскопа

24. В таблице приведены значения энергии для второго и четвёртого энергетических уровней атома водорода.

Какой должна быть энергия фотона, при поглощении которого атом переходит со второго уровня на четвёртый? (Ответ дать в 10−19 Дж.)

25. В таблице приведены значения энергии для третьего и четвёртого энергетических уровней атома водорода.

Какой должна быть энергия фотона, при поглощении которого атом переходит с третьего уровня на четвёртый? (Ответ дать в 10−19 Дж.)

26. На рисунке приведены спектр поглощения неизвестного газа и спектры поглощения атомарных паров известных элементов. По виду спектров можно утверждать, что неизвестный газ содержит атомы

1) только азота ()

2) азота (), магния () и другого неизвестного вещества

3) только магния ()

4) только магния () и азота ()

27. На рисунке приведены спектр поглощения неизвестного газа и спектры поглощения атомарных паров известных металлов. По виду спектров можно утверждать, что неизвестный газ содержит атомы

1) только стронция ()

2) стронция (), кальция () и другого вещества

3) только стронция () и кальция ()

4) только кальция ()

28. На рисунке изображена упрощённая диаграмма энергетических уровней атома. Нумерованными стрелками отмечены некоторые возможные переходы атома между этими уровнями.

Установите соответствие между процессами поглощения света наибольшей длины волны и испускания света наименьшей длины волны и стрелками, указывающими энергетические переходы атома. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Цифры в ответе могут повторяться.

29. На рисунке изображена диаграмма энергетических уровней атома. Какой цифрой обозначен переход, который соответствует поглощению фотона с наибольшей частотой?

1) 1

2) 2

3) 3

4) 4

30. На рисунке изображена упрощённая диаграмма энергетических уровней атома. Нумерованными стрелками отмечены некоторые возможные переходы атома между этими уровнями.

Установите соответствие между процессами поглощения света наименьшей длины волны и испускания света наибольшей длины волны и стрелками, указывающими энергетические переходы атома.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Цифры в ответе могут повторяться.

Домашнее задание: решение теста

ПОВТОРЕНИЕ                            

1.Закон Кулона.                                             2.Потенциал заряженного шара

           4.Закон сохранения энергии.

5.Потенциальная энергия взаимодействия двух точечных зарядов.

6.Центростремительное  ускорение.