Урок-дебаты на тему "Модель атома Э. Резерфорда и Н. Бора"
презентация к уроку по физике (9 класс)

Тема урока "Модель атома Э. Резерфорда и Н. Бора"

Цель урока: уметь применять теоретиечские знания для поиска ответов на проблемный вопрос.

Класс 9 а.

Методы обучения:

• Словесные (дебаты, дискуссия)
• Исследовательские (ученики самостоятельно ищут ответ на поставленный учителем вопрос) 
• Работа в малых группах (поиск ответов, обсуждение происходят в маллых группах)

Средство обучения:

• Технические (презентация, проектор)
• Печатные (учебники и опорные конспекты, раздаточные карточки)

Методы оценивания: 

1 балл - за правильный ответ.

1 балл - за корректно заданный вопрос противоположной команде.

0,5 баллов - ответ частично верен.

0 баллов - ответ не верен.

Описание 

Подготовка:

• Класс расформировывают на две группа. Сажают напротив друг друга. С помощью жеребьевки выбирается, какая из команды будет отвечать от лица Э. Резерфорда, а какая от лица Н. Бора.
• Командам выдаётся лист с опорной информацией. Пример информации ниже.

Пример:

Кратко: Атом Резерфорда

Описание (сильные стороны):

• В центре атома — маленькое, тяжёлое, положительное ядро.
• Вокруг ядра — лёгкие отрицательные электроны (как планеты вокруг Солнца).
• Атом почти пуст (всё пространство между ядром и электронами — пустота).
• Резерфорд просто предположил, что электроны вертятся быстро, как искусственные спутники. Центробежная сила (стремление улететь) компенсирует электрическое притяжение ядра.

Слабые стороны:

• Модель НЕ является точной, но именно она ввела понятие атомного ядра.
• Вращаясь вокруг ядра, электрон непрерывно теряет энергию на излучение.

Энергия теряется — скорость падает.

Скорость падает — центробежная сила уменьшается.

Электрическое притяжение ядра становится сильнее центробежной силы.

Электрон начинает по спирали приближаться к ядру. Результат: За ничтожную долю секунды (около 10 ^{− 11} секунды) электрон должен упасть на ядро, и атом перестанет существовать.

Кратко: Атом Нильса Бора

Описание (сильные стороны):

• Постулат 1 (Стационарные орбиты): Электрон вращается вокруг ядра не по любым, а только по строго определённым (разрешённым) круговым орбитам. Находясь на них, электрон не излучает энергию (хотя и движется с ускорением). Центробежная сила тут уже не главное.
• Постулат 2 (Квантование энергии): На каждой такой орбите электрон имеет строго определённую энергию (E1,E2,E3...E1​,E2​,E3​...). Чем дальше орбита от ядра, тем больше энергия электрона.
• Постулат 3 (Правило частот): Электрон прыгает с одной орбиты на другую, излучая или поглощая квант света (фотон). Чем дальше прыжок, тем больше энергия фотона.

Описание (слабые стороны):

• Модель работала только для атома водорода (один электрон). Для более сложных атомов (с 2, 3 электронами) она давала неверные результаты.

Потому что электроны взаимодействуют не только с ядром, но и друг с другом, а модель Бора этого не учитывала. Она была создана для атома с одним электроном (водород), и её правила работали только для этого частного случая.

Начало дебатов:

• Каждая из команд представляет свою модель атома.
• Противоположная команда может задать уточняющие вопросы.

Первый вопрос:

"Электроны могут вращаться по любой орбите? Если да, то атомы одного элемента должны быть разного размера. Почему же тогда все атомы водорода в мире совершенно одинаковы и ведут себя идентично?"

• Ведущий слушает ответы команд.
• Команды могут задать уточняющие вопросы друг другу.

Ведущий объявляет правильный ответ: Не по любым. Электроны обладают определенной энергией, поэтому вращаются по определенным энергетическим орбитам. 

Второй вопрос:

"Каждый химический элемент светится строго определённым набором цветов, когда излучает энергию (например, водород даёт розовый свет с четырьмя чёткими линиями). Может ли ваша модель объяснить, почему каждый элемент по свету уникален, а эти линии именно такие, а не сплошная радуга?»

• Ведущий слушает ответы команд.
• Команды могут задать уточняющие вопросы друг другу.

Ведущий объявляет правильный ответ: Атом излучает свет разного цвета, в зависимости от того, с какой вернхней орбиты электрон и куда (на какую орбиту) перемещается.

Третий вопрос: Ваши модели описывают атом, в котором всего один электрон. Как будут вести себя атом и электроны, когда на орбитах их будет пара, несколько и больше?

• Ведущий слушает ответы команд.
• Команды могут задать уточняющие вопросы друг другу.

Ведущий объявляет правильный ответ: Это нарушит движение электронов, атом будет неустойчив.

Команды, послушав ответы друг друга, могу задать друг другу уточняющие вопросы. Если команды не могут этого сделать. Ведущий озвучивает заготовленные.

Вопрос команде Э. Резерфорда: «Электроны вращаются вокруг ядра, как планеты. Заряженная частица при ускоренном движении теряет энергию на излучение. Куда девается эта энергия? И почему за миллиарды лет ни один электрон не упал на ядро?»

• Ведущий слушает ответ команды. Если команда Н. Бора хочет ответить после команды Резерфорда, то это разрешено.

Ведущий объявляет правильный ответ: Резерфорд не смог ответить в этот вопрос. На него ответил Н. Бор.: Электрон вращается вокруг ядра не по любым, а только по строго определённым (разрешённым) круговым орбитам. Находясь на них, электрон не излучает энергию (хотя и движется с ускорением). 

Вопрос команде Н. Бора: «Электрон может перемещаться только по разрешённым орбитам, а между ними — нельзя. Скажите, как электрон перепрыгивает с одной орбиты на другую?»

• Ведущий слушает ответ команды. Если команда Э. Резерфорда хочет ответить после команды Н. Бора, то это разрешено.

Ведущий объявляет правильный ответ: Электрон перепрыгивает, когда получает определенную порцию энергии. Каждая орбита имеет свой энергетический уровень. Чем больше энергии, тем выше может прыгнуть электрон на другую орбиту.
Планк предположил, что электромагнитная энергия испускается и поглощается атомами не непрерывно, а дискретно, то есть порциями. Каждая порция энергии (квант) прямо пропорциональна частоте излучения.

Подведение итогов и подсчет баллов.

Домашнее задание: описать атом Шрёдингера с позиции команды, за которую выступал участник (в чем усовершенствование модели?).