Интегрированный урок. Физика и астрономия

Интегрированный урок.

Физика и астрономия

Тема: «Становление теории атома.

Строение солнечной системы.»

(Историческое путешествие по страницам атомной физики.)

Цель урока: Раскрыть сложное понятие единства строения мира, показать материальное единство мира, с одной стороны, и качественное своеобразие форм движения материи и описание их в различных теориях — с другой.

Задачи урока:
а. образовательная: Показать как на основе различных гипотез, происходило становление теории строения атома и строения солнечной системы.

б. воспитательная: Выработать естественно- научное отношения к миру, для формирования активной жизненной позиции. Это также необходимо для любой целеполагающей, целенаправленной деятельности

с. развивающая: Показать, что физическая картина мира входит в диалектико-материалистическое мировоззрение в качестве элемента, обеспечивающего фундамент научного миропонимания.

План урока:

1.     Введение.

2.     Актуализация знаний.

3.     Изучение нового материала.

4.     Мини-конференция по изучению строения солнечной системы.

5.     Закрепление знаний по теме «Становление теории атома»

6.     Закрепление знаний по теме «Строение солнечной системы»

7.     Рефлексия.

Средства обучения:

Интерактивная установка, рабочая тетрадь по теме «Атомная физика»

В том, что известно пользы нет ,

Одно неведомое нужно.

И. В Гёте

Прилепись паутинкой к звезде…

Повернись к мирозданью лицом.

Н. Заболоцкий.

Ход урока.

Сегодня я вас приглашаю в удивительное путешествие по городу открытий. Путешествовать будем небольшими экскурсионными группами, у каждой группы свой гид. Координировать наше путешествие буду я.

Практически все, что вы изучали на уроках физики до этой темы, было уже известно к концу 19 века. Многие ученые физики в это время стали считать, что физика, как наука, представляющая собой систему известных к тому времени теорий, почти закончила свое развитие. Т.е  человечеству уже все известно и больше нечего искать. Осталось решить несколько частных задач, в том числе о строении атома и его взаимодействии со светом. Но именно решение этой задачи поставило все стройные теории с ног на голову, здесь выяснилась непригодность классических моделей движения к объяснению процессов, происходящих в микромире.

Первый сигнал о необходимости пересмотра классической модели движения применительно к атому исходил от Макса Планка в 1900 году

- В.Первая остановка в нашем путешествии. В чем заключалась гипотеза Планка?

-О. Планк пришел к гипотезе, что атомы могут излучать и поглощать энергию света только отдельными порциями, пропорциональными  частоте световой волны. E=hv. (слайд 1)

- О. Гипотеза Планка не раскрывала ни закономерностей взаимодействия света с атомами, ни их строения. Оставалась неясной внутренняя структура атома.

- О том что мир состоит из отдельных мельчайших частиц человечество  догадывалось уже давно. Само слово «атомос» ввел в науку древнегреческий ученный Демокрит ( означает оно неделимый).  Сейчас каждый ребенок знает, что материальный мир состоит из атомов. А кто может точно ответить, что такое атом? Выберите в вашей рабочей тетради наиболее точное на  ваш взгляд определение атома.

Даже сейчас трудно ответить на вопрос о строении атома.

Вторая остановка. Внутренняя структура атома. (слайд 2)

Первый шаг в этом направлении сделал Томсон, который в 1897 г доказал существование электрона и определил его заряд и массу. В 1903-1904 годах он выдвинул теории, что атом представляет собой, положительно заряженную сферу внутри которой находятся электроны. Эта модель получила название «кекс с изюмом». В рабочих тетрадях напротив этой модели подпишите модель Томсона и зачеркните ее.  Оправляемся дальше.

Третья остановка.  Опыты Резерфорда.

Решающий вклад в создание современной теории строения атома внес Э. Резерфорд, который в  1911 году совместно со своими ассистентами Гейгером и Марсденом  экспериментально обосновал ядерную модель атома.  В свинцовый контейнер с отверстие поместили крупицу радия. Из отверстия выходит тонкий пучок альфа частиц, который рассеивается в тонкой фольге. Рассеянные альфа частицы попадают  на экран, покрытый сульфидом цинка. Каждая альфа- частица, попавшая на экран, вызывает вспышку. Эти вспышки наблюдались глазом в микроскоп и подсчитывались. Экран с микроскопом мог поворачиваться, что позволяло изменить угол, под которым частицы попадали на экран. Опыт показал, что подавляющая часть альфа частиц проходит сквозь фольгу практически без отклонений. Однако небольшая часть при прохождении отклоняется на значительные углы. Проанализировав результаты опыта Резерфорд пришел к такому выводу: (запишите его в рабочие тетради)

1.     Положительный заряд сосредоточен в малой части атома, в так называемом ядре.

2.     Практически вся масса сосредоточена в этом ядре

3.     Отклонения альфа – частиц происходят в результате столкновения их с ядром атома.

Резерфорду удалось оценить размеры атомного ядра. Они оказались 10-¹⁴ мм, размеры самого атома 10-10 мм, т.е в 10000 раз больше. Нам трудно представить себе величины такого порядка.  Если бы ядро атома было 1мм – это булавочная головка, то размер самого атома был бы 10 ⁴ мм это 10 м. Размер 3 этажного дома.

Эта модель атома была названа планетарной моделью. Как вы думаете почему? Что напоминает модель атома Резерфорда?

-- Эта модель напоминает строение солнечной системы. В центре атома, как солнце, находится ядро, а вокруг него в одной плоскости вращаются электроны.

- как называется такая модель?

- Такая модель солнечной системы называется гелиоцентрической. Она была предложена Николаем Коперником. В центре солнечной системы находится Солнце., а вокруг него обращаются планеты.

-- До этого существовала геоцентрическая модель, создателем которой был Птолемей. В центре находится земля, а солнце луна и планеты, обращаются вокруг Земли. Эта была  официальная точка зрения, принятая правящей церковью.

Представление о Вселенной, по Птолемею, соответствовало библейской картине мира с неподвижной Землей в центре. Поднять руку на теорию Птолемея значило начать революцию в науке, бросить вызов могущественной церкви.

Этот революционный шаг осуществил великий польский ученый Николай Коперник (1473—1543). Долго размышляя над геоцентрической системой мира   Птолемея, Коперник пришел   к  выводу о ее принципиальной ошибочности. Взамен ее Коперник выдвинул гелиоцентрическую систему мира с Солнцем в центре (Солнце— по-гречески — Гелиос). Тем самым Коперник объявил Землю не центром Вселенной, а лишь одной из планет, обращающихся вокруг Солнца. Это был величайший переворот в понятиях, имевший колоссальное влияние на все дальнейшее развитие наук.

Коперник объяснил смену дня и ночи суточным вращением Земли, смену времен года наклоном оси вращения Земли к плоскости земной орбиты и обращением Земли вокруг Солнца, Кажущееся годовое перемещение Солнца по эклиптике Коперник объяснил движением Земли вокруг Солнца. Он правильно расположил планеты по их расстоянию от Солнца и Земле отвел в этом ряду третье место. Петлеобразное движение планет на фоне звезд Коперник объяснил сочетанием движения наблюдателя с Землей и движения планеты. Истинность новой, гелиоцентрической системы мира была подтверждена открытиями Галилея.

4.Остановка обсерватория.  Рассмотрим вкратце строение солнечной системы. В центре находится звезда, которую мы называем солнце.

Ближайшая к солнцу планета Меркурий. Сообщения по планетам.

Отмечаем в рабочих тетрадях на рисунке название планеты и основные параметры.

5.Следующая остановка.  Мирный атом. Всем группам предлагается на этой остановке  поработать на благо нашего города и увидеть как можно использовать энергию атома в мирных целях. Но прежде давайте выясним, с точки зрения, нас жителей 21 века, какую неточность содержала модель атома Резерфорда.

- По современным данным в центре атома находится ядро, которое состоит из протонов и нейтронов. Протон это частица, обладающая положительным зарядом и массой, нейтрон обладает массой, но не имеет заряда. А вокруг ядра по разноплоскостным орбитам обращаются электроны. Суммарный заряд электронов равен заряду протонов, в целом атом нейтрален. В модели атома Резерфорда электроны обращались вокруг ядра в одной плоскости.

Еще можно что-нибудь добавить?

- планеты не могут изменять свои орбиты, атомы же могут переходить с одной орбиты на другую, излучая при этом кванты света. Об этом мы узнали изучая постулаты Бора. На этом основано действие лазера.

- хорошо, давайте на станции Мирный атом устроим маленькое соревнование

В ваших рабочих тетрадях есть несколько задач. Эти задачи различаются по уровню сложности, по методу решения. Пусть каждый в группе выберет ту задачу, которую сможет решить и объяснить. Та группа, которая первая справится со всеми задачами, отправится на следующую станцию.

1.     Определить частоту излучения при переходе атома с орбиты с энергией 5,12 *10^-19 Дж на орбиту с энергией 4,02*10^-19 Дж.

2.     Определите длину волны излучения при переходе атома водорода из одного энергетического состояния в другое. Разница в энергиях состояний 1,89 эВ.

3.     При облучении паров ртути электронами энергия атома ртути увеличивается на 4,9 эВ. Какова длина волны излучения, которое испускают атомы при переходе в невозбужденное состояние.

Показать и прокомментировать решение на доске.

Станция «Астрономическая единица»

Мы посетили обсерваторию, прослушали обстоятельный рассказ о строении солнечной системы. Выясним теперь, что же вы запомнили. Перед вами таблица, в которую вы должны внести основные сведения о планетах солнечной системы. Гид каждой экскурсионной группы тем временем составит небольшую презентацию на компьютере на одну из заданных тем. Темы: Планеты земной группы, планеты гиганты, планеты ледяные карлики. Фотографии на компьютерах, а  информация в голове. ( Собрать таблицы, просмотреть презентации).

- Когда говорят мирный атом, на ум приходит атомная электростанция Как вы думаете мы будем делать там остановку? Энергия получается за счет деления атомного ядра, а это уже темы следующих занятий. оценки

Вернемся к эпиграфу, как вы думаете какой пользы нет в том, что известно. Исследовательской пользы нет. Пока человечество досконально не изучит строение нашего мира, (а это вряд ли когда-нибудь  произойдет) у нас всегда есть пища для раздумий и пред нами всегда будет стоять мрак  неведомого.