Интегрированный урок химия + физика
по теме «Строение атома. Физика атомного ядра».
Авторы: Маркова Л.Н. – учитель химии,
Пирогова Т.Г. – учитель физики.
Роль и место данной темы в курсе.
В школьном курсе физики и химии довольно много времени отводится на изучение темы «строение атома, физика атомного ядра», в тестах ЕГЭ предлагаются задания по этой теме, они включены в тесты централизованного тестирования. Эта тема изучается в 8-х,9-х классах, но более углубленно изучается в 11-м классе.
Тип урока.
Вид урока.
Цель урока.
Задачи:
Обобщить знания из курсов физики и химии о строении атома.
Познакомить учащихся с историей открытия атома и его сложного строения.
Рассмотреть факты, доказывающие сложное строение атома.
Показать, что заряд ядра является главной характеристикой химического элемента.
Развивать познавательный интерес к предметам. Показать значение опытных фактов.
Оборудование. Таблица периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, презентации учителей, компьютер для учителя, проектор, экран.
План урока.
В течение урока 30 мин
Беседа по презентации.
II
Изучение нового материала: понятие
Рассказ учителя. Работа с таблицей. Беседа. Записи в тетради. Показ презентации. Работа с учебником.
III
Физминутка: «Зарядка для глаз»
3 мин
Фронтальная работа
IV
Обобщение урока
10 мин
Работа в группах
V
Подведение итогов. Домашнее задание.
3-5 мин.
Беседа. Сообщение учителя.
Ход урока. I этап
Учитель химии. Сегодня мы покажем взаимосвязь двух наук, а вы в ходе урока попытайтесь найти эту взаимосвязь и ответить, что является главной характеристикой атома?
Проблемная ситуация. Составляя свою периодическую систему, Д.И. Менделеев расположил все элементы по возрастанию массового числа, но есть противоречия, которые он объяснить не мог. Например: Ar и K, Te и I. Почему? Нужна была новая теория, которая бы объяснила эти противоречия. На помощь пришла физика. Ученые физики предложили теорию строения атома.
Итак, тема урока: “Строение атома, Физика атомного ядра”.
Учитель физики. Историческая хронология экспериментов в области физики, свидетельствующие о делимости атома.
Гипотеза о том, что вещества состоят из большого числа атомов, зародилась свыше 2,5-тысячелетий назад в лице древнегреческого ученого Демокрита. Позиция Демокрита: «Существует предел деления – атом». Он говорил: «Ничего не существует, кроме атомов и пустоты…». «Атом» в переводе с греческого обозначает «неделимый» и до конца XIX века это считалось верным. Но открытия конца XIX – начала XX вв. показали, что атом устроен сложно.
Вспомним, какие это открытия?
1897 г. Дж. Дж. Томсон открыл электрон при исследовании «катодных лучей». Исследуя отклонения катодных лучей в магнитном и электрическом полях, Томсон показал, что катодные лучи представляют собой поток отрицательно заряженных частиц - электронов. Он измерил удельный заряд этих частиц и нашел, что их масса приблизительно в 1837 раз меньше массы атома водорода. Это было прямым и надежным открытием электрона.
1906 – 1914 г.г. Роберт Милликен и Абрам Иоффе провели эксперименты по точному определению массы и заряда электрона (приводим современные данные). me=9,1∙10-31кг; qе=1,610– 19 Кл.
1896 г. Анри Беккерель открыл явление радиоактивности.
Радиоактивность – способность атомов к самопроизвольному (спонтанному) излучению.
4. 1899 г. Эрнест Резерфорд обнаружил, что это излучение неоднородно;
Цель опыта: обнаружить состав радиоактивного излучения.
Оборудование. Свинцовый цилиндр. Радиоактивное вещество. Электрическое поле (или магнитное поле). Люминесцентный экран.
Результат опыта: излучение имеет три составляющих: α-лучи, βлучи, γ-лучи.
Вывод: атом имеет сложное строение.
Резерфорд установил, что α-лучи состоят из частиц с зарядом в 2раза большим, чем у водорода, а масса – в 4раза. Из этого следует, что это ядро атома гелия.
5. 1903 г. Модель строения атома Томсона - «Кекс с изюмом».
Атом представлял собой шар. Он состоит из положительного заряда, равномерно распространенного по всему объему атома, и электронов, колеблющихся внутри этого заряда около своего положения равновесия. Положительный заряд шара равен по модулю суммарному отрицательному заряду электрона, поэтому электрический заряд атома в целом равен нулю. Модель «Кекс с изюмом», не нашла экспериментального подтверждения.
6. 1911-13 г.г. Опыт Резерфорда «Планетарная модель атома».
Модель строения атома Томсона нуждалась в экспериментальной проверке. Поэтому в 1911 г. Резерфорд совместно со своими сотрудниками провел ряд опытов по исследованию состава и строения атомов.
Опыт Резерфорда. Наибольшее количество вспышек расположено в центре экрана. Значит, основная часть всех α-частиц прошла сквозь фольгу, почти не изменив начального направления (рассеялось на малые углы). При удалении от центра экрана количество вспышек становится все меньше и меньше. Следовательно, с увеличением угла рассеяния количество рассеянных на эти углы частиц резко уменьшается. Также некоторое число частиц рассеялось на углы, близкие к 90°, а некоторые – на углы порядка 180°.
Выводы из опыта Резерфорда. Именно случаи рассеяния α-частиц на большие углы привели Резерфорда к выводу:
Направление полета α-частиц зависит от того, на каком расстоянии от ядра они пролетают. Оно сильно меняется только в том случае, если частица проходит очень близко к ядру.
Столь сильное отклонение α-частиц возможно только в том случае, если весь положительный заряд занимающее ничтожную часть объема атома, и почти вся масса атома сосредоточены в центре.
Таким образом, в результате опытов по рассеянию α-частиц была доказана несостоятельность модели атома Томсона. Резерфорд предложил ядерную (планетарную) модель атома.
7. 1919 г. Э. Резерфорд открыл протон. α-частицы, испускаемые ядрами радия взаимодействовали с ядрами азота. В результате получились ядра кислорода и протоны.
8. 1932 г. Джеймс Чедвик открыл нейтрон.
Конец 20-х – начало 30-х годов XX века по праву можно считать золотым веком атомной физики.
Строение ядра. Нуклоны ядра.
Электрон имеет массу 9,1·10-31 кг и заряд -1,6·10-19 Кл.
Ядро состоит из нуклонов – протонов и нейтронов.
Сумма чисел протонов и нейтронов равна массовому числу атома.
Масса протона 1,6726∙10-27 кг, масса нейтрона 1,6749∙10-27 кг.
Физкультминутка для глаз.
Учитель химии. Рассмотрим планетарную модель атома.
АТОМ – электронейтральная система взаимодействующих элементарных частиц, состоящая из ядра (образованного протонами и нейтронами) и электронов.
Распределение электронов по электронным уровням. Осталось неясным, где расположены электроны в атоме?
Электрон движется хаотично и с большой скоростью. Электрон может находиться в любой части околоядерного пространства, занимая определенную орбиталь.
Заполнение электронами четвертого энергетического уровня.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ – составляет орбитали и электроны с одинаковым значением энергии. Электроны внешнего энергетического уровня обладают максимальным запасом энергии наименее прочной связью с ядром.
Максимальное количество электронов на уровне.
1 энергетический уровень – 2 электрона
2 энергетический уровень – 8 электронов
3 энергетический уровень – 18 электронов
4 энергетический уровень – 32 электрона
Проблемные вопросы. На основе поставленных проблемных вопросов, дается определение понятия «ионы», «изотопы» и утверждается, что главной характеристикой является заряд ядра.
Что следует ожидать, если в атомном ядре изменить число электронов?
[pic] Ионы – заряженные частицы.
Что следует ожидать, если в атомном ядре изменить число нейтронов?
[pic]
ИЗОТОПЫ – разновидности атомов одного и того же химического элемента, имеющие одинаковый заряд ядра, но разные массовые числа.
Что следует ожидать, если в атомном ядре изменить число протонов?
[pic] получим новый вид атома.
ХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ – это вид атомов, характеризующихся одинаковым зарядом ядра, то есть содержащих одинаковое число протонов.
ЗАРЯД ЯДРА – главная характеристика атома.
Электронное облако и формы электронных орбиталей.
ЭЛЕКТРОННОЕ ОБЛАКО определяет состояние электрона в атоме.
ОРБИТАЛЬ – это пространство вокруг ядра атома, в котором наиболее вероятно пребывание электрона. Формы электронного облака (орбитали):
s – сферическая форма (форма шара)
р - форма объемной восьмерки (форма гантели)
d – сложная пространственная конфигурация
f - сложная пространственная конфигурация
II этап. Обобщение урока.
Для закрепления и углубления знаний работа в группах. (Приложение)
III Подведение итога. Теперь мы можем ответить на вопрос: «Почему в периодической системе химических элементов есть элементы, которые Д.И. Менделеев расположил не в порядке возрастания атомных масс?»
Ожидаемый ответ ученика: Главная характеристика атома является заряд ядра. Изменяя количество электронов и нейтронов, вид атома сохраняется, но меняется соответственно заряд атома и атомная масса. Изменяя число протонов, получается новый химический элемент.
IV. Домашнее задание.
Система понятий . Записать определения. (Составляется учениками дома)
Приложение. Задания для групп
1. Запишите “домашний адрес”, т.е. положение в периодической системе химического элемента Д.И.Менделеева.
[pic]
2. Определите заряд ядра, общее количество электронов.
3. Каков состав ядра атома?
4. Изобразите схему распределения электронов по слоям (уровням).
5. Сравните изотопы [pic] . [pic]
6. Запишите схему образования иона Na +1 .
7. Изобразите схему распределения электронов по слоям (уровням) в ионе.
8. Каков электронный заряд ядра атома, если [pic] Кл?
1. Запишите “домашний адрес”, т.е. положение в периодической системе химического элемента Д.И.Менделеева.
[pic]
2. Определите заряд ядра, общее количество электронов.
3. Каков состав ядра атома?
4. Изобразите схему распределения электронов по слоям (уровням).
5.Сравните изотопы [pic] .
6. Запишите схему образования иона O -2 .
7. Изобразите схему распределения электронов по слоям (уровням) в ионе.
8. Каков электронный заряд ядра атома (если [pic] Кл).
1. Запишите “домашний адрес”, т.е. положение в периодической системе химического элемента Д.И.Менделеева.
[pic]
2. Определите заряд ядра, общее количество электронов.
3. Каков состав ядра атома?
4. Изобразите схему распределения электронов по слоям (уровням).
5. Сравните изотопы [pic] [pic] .
6. Запишите схему образования иона S -2
7. Изобразите схему распределения электронов по слоям (уровням) в ионе.
8. Каков электронный заряд ядра атома, если [pic] Кл?
1. Запишите “домашний адрес”, т.е. положение в периодической системе химического элемента Д.И.Менделеева.
[pic]
2. Определите заряд ядра, общее количество электронов.
3. Каков состав ядра атома?
4. Изобразите схему распределения электронов по слоям (уровням).
5. Сравните изотопы [pic] [pic] .
6. Запишите схему образования иона Mg +2 .
7. Изобразите схему распределения электронов по слоям (уровням) в ионе.
8. Каков электронный заряд ядра атома, если [pic] Кл?
1. Запишите “домашний адрес”, т.е. положение в периодической системе химического элемента Д.И.Менделеева.
[pic]
2. Определите заряд ядра, общее количество электронов.
3. Каков состав ядра атома?
4. Изобразите схему распределения электронов по слоям (уровням).
5. Сравните изотопы [pic] [pic] .
6. Запишите схему образования иона Si +4 .
7. Изобразите схему распределения электронов по слоям (уровням) в ионе.
8. Каков электронный заряд ядра атома, если [pic] Кл?
1. Запишите “домашний адрес”, т.е. положение в периодической системе химического элемента Д.И.Менделеева.
1531Р
2. Определите заряд ядра, общее количество электронов.
3. Каков состав ядра атома?
4. Изобразите схему распределения электронов по слоям (уровням).
5. Сравните изотопы 1531Р и 1530Р
6. Запишите схему образования иона Р +5 .
7. Изобразите схему распределения электронов по слоям (уровням) в ионе.
8. Каков электронный заряд ядра атома, если [pic] Кл?
