обзорные лекции / АФ
.doc2. Анализ научного содержания и методики изучения атомной физики в курсе физики средней школы. Модель урока: «Модели атома. Квантовые постулаты Бора».
Изучение строение атома в старшей школе начинают с повторения материала этой темы, известного учащимся из курса физики основной школы и анализа явлений, подтверждающих сложную структуру атома: открытие электрона, периодический закон Менделеева, линейчатые спектры и радиоактивность.
Для развития представлений о строении атома рассматривают модели атома (Томсона и планетарная). Затем подробно останавливаются на опыте Резерфорда, который демонстрируют либо с использованием видеофрагмента, либо на основе компьютерной модели. Рассматривая траекторию движения -частиц обращают внимание учащихся на 2 факта: 1) большое число -частиц проходит через тонкую фольгу металла не отклоняясь; 2) отдельные частицы (примерно 1 из 8000) испытывают отклонение на угол больше 90º. Анализ результатов опыта позволяет сделать вывод, что положительный заряд атома и его масса сконцентрированы в очень маленькой области пространства – ядре. Резерфорд предложил планетарную модель атома, которая тоже оказалась несовершенной: обладая ускорение, электрон должен непрерывно излучать энергию, в конечном итоге он должен упасть на ядро. Кроме того, спектр излучения атома должен быть сплошным.
Уточнение модели атома Резерфорда было сделано Н. Бором в 1913 г.
Следующим этапом изучения строения атома является изучение постулатов Бора и следствий из них.
1 постулат (постулат стационарных состояний) – атом может находиться только в особых стационарных состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия; в стационарных состояниях атом энергии не излучает.
2 постулат (правило частот) – при переходе атома из одного стационарного состояния в другое атом испускает или поглощает один фотон, энергия которого равна разности энергий стационарных состояний: h = Em – En.
При углубленном изучении физики некоторые методисты считают уместным сформулировать правило квантования орбит, что позволяет количественно объяснить природу линейчатого спектра и подробно остановиться на спектре атома водорода. Введение правила квантования орбит возможно при условии, что учащиеся знакомы с понятием момента импульса. Бор предположил, что момент импульса электрона, движущегося по круговой орбите пропорционален постоянной Планка:
, или , где n – квантовое число, принимающее целые значения.
Для объяснения линейчатого характера спектра атома водорода используется формула энергии, которой обладает атом в различных стационарных состояниях:
Учащиеся могут подсчитать энергию атомов в основном состоянии (первый энергетический уровень, n = 1). Е1 = - 13,6 эВ. Учитывая, что Е , получают, что Е2=1/4Е1 = - 3, 39 эВ;
Е3=1/9Е1 = - 1, 51 эВ;
Е4=1/16Е1 = - 0, 85 эВ.
Энергия атома при n стремится к нулю. Это дает возможность построить диаграмму энергетических уровней атома водорода:
Отмечают, что по мере увеличения n расстояние между уровнями уменьшается, дискретность смазывается, возникает «квазинепрерывность».
Объясняя с помощью постулатов Бора линейчатый характер спектра атома водорода, рассматривают серию линий видимой части спектра, названную серией Бальмера, а также спектральные линии, обнаруженные в ультрафиолетовой (серия Лаймана) и инфракрасной (серия Пашена) частях спектра.
Изучение строения атома продолжается формированием представления о волновых свойствах частиц, которые были обнаружены при наблюдении поведения электронов при их прохождении через кристаллическую решетку (дифракция электронов).
Модель урока
Тема: «Модели атома. Квантовые постулаты Бора»
Цель: развить представление учащихся о строении атома; сформулировать постулаты, объясняющие ряд физических явлений.
Оборудование: таблицы или компьютерные модели атомов.
Тип урока: комбинированный
Ход урока.
-
Повторение материала основной школы.
Фронтальный опрос, позволяющий восстановить знания о составе атома, заряде и массе электрона, планетарной модели атома.
-
Объяснение нового материала.
-
Модель Томсона
-
Опыты Резерфорда
-
Ядерная модель атома
-
Проблемы ядерной модели
-
Квантовые постулаты Бора и их пояснения
-
Закрепление
Решение задач