Реализация проектной деятельности в школе. Создание действующей модели опыта Резерфорда.

• 1 слайд

  Реализация проектной деятельности
  в школе.
  Создание демонстационной модели
  опыта Резерфорда
  
  Смирнова Ольга Владимировна
  МОУ СОШ №10 г. Рыбинск
  Учитель физики
  

• 2 слайд

  Введение
  
  Явления, происходящие в микромире нельзя
  увидеть невооруженным глазом, и крайне трудно организовать эксперимент на уровне частиц. На уроках физики некоторые такие эксперименты можно визуализировать с помощью демонстрационной модели.
  

• 3 слайд

  Проблема
  Процессы, происходящие в микромире, сложно представить и изучить ввиду их малых размеров. Для демонстрации законов микромира нужна физическая модель.
  
  

• 4 слайд

  Гипотеза
  Природу явлений, происходящих в микромире можно объяснить на основе закономерностей в окружающем нас макромире.
  
  

• 5 слайд

  Цель
  Цель:
  Создать механическую модель и с ее помощью продемонстрировать явления, происходящие в микромире.
  Задачи:
  Собрать сведения об опыте Резерфорда и предложенной им модели строения атома.
  Продумать ситуацию, в которой явления, происходящие с заметными невооруженным взглядом физическими объектами, будут основываться на математической модели, схожей с математической моделью опыта Резерфорда, и на её основе спроектировать демонстрационную модель.
  Выполнить расчеты для создания демонстрационной модели, демонстрирующей опыт Резерфорда.
  Изготовить демонстрационную модель
  Провести эксперименты с созданной демонстрационной моделью
  
  

• 6 слайд

  Актуальность
  Для совершенствования современных нанотехнологий, позволяющих создать методы производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами, необходимо иметь четкое представление о строении атома и понимать связь законов микро- и макромира.
  

• 7 слайд

  Исследование
  Объект исследования:
  теоретическое обоснование опыта Резерфорда
  Предмет исследования:
  установление закономерностей, действующих на атомном уровне, схожих с закономерностями макромира.
  Методы исследования:
  1. Поиск и изучение информации об опыте Резерфорда и его модели атома
  2. Анализ закономерностей опыта Резерфорда
  3. Моделирование демонстрационной модели опыта Резерфорда, построение теоретического обоснования.
  4. Физический эксперимент
  5. Обобщение результатов эксперимента
  Итоговый продукт проекта:
  демонстрационная модель опыта Резерфорда
  
  

• 8 слайд

  Опыт Резерфорда
  В этом опыте α-частицы, испускаемые радиоактивным источником, пропускались через тонкие пленки золота. При прохождении через пленку α-частицы отклонялись от первоначального направления на различные углы. Рассеянные α-частицы попадали на экран, покрытый сернистым цинком, и вызывали вспышки (сцинтилляции). Наблюдая за этими сцинтилляциями в микроскоп, можно было определить, насколько изменяется траектория движения частиц при прохождении слоя металла.
  
  

• 9 слайд

  Результаты Эксперимента
  Большинство α-частиц отклонялось от первоначального направления движения на незначительные углы. Но некоторые частицы отклонялись довольно значительно, и, в редких случаях (примерно 1 на 20 000), α-частицы меняли направление движения почти на противоположное. Рассеяние α-частиц происходит в результате взаимодействия их с положительным зарядом атома.
  Существовавшая в те годы модель атома Томсона, согласно которой положительный заряд был распределен равномерно по всему объему атома, была не в состоянии объяснить результаты экспериментов по рассеянию α-частиц.
  а – модель Томсона
  b – модель Резерфорда
  

• 10 слайд

  Объяснение результатов
  Рассеяние на большие углы Резерфорд объяснил тем, что положительный заряд сосредоточен в очень небольшой (по сравнению с размером атома) области внутри атома. Этот положительный заряд — ядро атома — создает сильное электростатическое поле, и на α-частицу, попадающую в поле ядра, действует кулоновская сила отталкивания.
  Резерфорд сделал теоретический расчет количественного распределения числа частиц по разным углам рассеяния. Его расчеты дали прекрасное согласование с результатами эксперимента.
  
  
  

• 11 слайд

  Демонстрационная модель
  Создадим демонстрационную модель, в которой α-частицы заменены небольшими шариками. Шарики, которым сообщают скорость в горизонтальном направлении, катятся по горизонтальной плоскости, «взбираются» на горку определенного профиля, а затем скатываются с нее вновь на горизонтальную плоскость. Профиль горки должен быть таким, чтобы потенциальная энергия шариков изменялась по тому же закону, что и потенциальная энергия α-частиц положительного заряда атомного ядра.
  

• 12 слайд

  Демонстрационная модель
  

• 13 слайд

  Создание модели
  Созданная мной модель представляет собой гиперболоид вращения
  

• 14 слайд

  Создание модели
  Модель была создана на 3D-принтере Hercules Strong
  

• 15 слайд

  Демонстрационная модель
  Движение шариков в этой демонстрационной модели аналогично движению α-частиц в кулоновском поле атомного ядра. По одинаковому закону изменяется потенциальная энергия в зависимости от расстояния до рассеивающего центра (оси гиперболоида). Одинаковой будет и зависимость минимального расстояния между частицей и рассеивающим центром от так называемого прицельного расстояния (расстояния от рассеивающего центра до первоначального направления движения частицы).
  Имея потенциальный пик такой формы, можно на опыте изучить зависимость угла рассеяния β от прицельного расстояния d и начальной энергии шариков. Зависимость β от d определяется законом взаимодействия частицы c рассеивающим центром и в данном случае определяется профилем пика.
  
  

• 16 слайд

  Проведение эксперимента
  Пусковая установка
  
  
  
  
  Eп=mgh
  Eп - потенциальная энергия тела,
  Поднятого над зелей
  g - ускорение свободного падения
  h - высота
  

• 17 слайд

  Проведение эксперимента
  Модель вместе с пусковой установкой
  

• 18 слайд

  Результаты эксперимента
  В ходе эксперимента шарикам, имитирующим движение α-частицы, придавалась начальная скорость, имеющая одинаковое направление. Однако траектория их движения зависела от того, насколько близко шарики перемещались относительно потенциального пика модели, имитирующего положительно заряженное ядро атома.
  
  

• 19 слайд

  Результаты эксперимента
  - Шарики, катящиеся достаточно далеко от потенциального пика, аналогично α-частицам, пролетающим между ядрами, практически не изменяли свою траекторию.
  
  - Угол отклонения от первоначально траектории шарика увеличивается с приближением к потенциальному пику. Движение этих шариков демонстрирует движение α-частиц, попадающих в силовое поле атома ядра и отталкивающихся, так как они имеют положительный заряд, как и ядро атома. Чем ближе к ядру стремится пролететь α-частица, тем сильнее кулоновское взаимодействие с ядром, и тем больше ее отклонение от первоначальной траектории.
  - Шарики, начальная скорость которых направлена на потенциальный пик, отлетают в противоположную сторону. Они демонстрируют движение α-частиц, направление движения которых пришлось на ядро.
  
  

• 20 слайд

  Выводы
  Моя гипотеза подтвердилась. Природу явлений, происходящих в микромире можно объяснить на основе закономерностей в окружающем нас макромире. Это позволило создать демонстрационную модель опыта Резерфорда и продемонстрировать движение α-частиц в силовом поле ядра атома на примере движения шариков в потенциальном поле силы тяжести.
  Эксперименты подтвердили работоспособность демонстрационной модели.
  Данная модель может применяться на уроках физики при объяснении опыта Резерфорда и строения атома.
  
  

Краткое описание документа:

В презентации представлен реальный пример реализации проектной деятельности в школе. Продуктом проекта является модель опыта Резерфорда, демонстрирующая схожесть закономерностей, действующих на атомном уровне и в макромире.Модель может использоваться на уроках физики для демонстрации потенциальной энергии ядра. Проект рекомендован для учащихся 10-11 класса.