Методическая разработка по теме "Атомная физика"
методическая разработка

Смоленское областное государственное бюджетное  

профессиональное образовательное учреждение

 «Рославльский многопрофильный колледж»

Преподаватель: Васильева З.Н.

На тему  «Атомная физика» по учебному плану отводится 6 часов.

Этот материал является одним из основных в квантовой физике, так как он знакомит учащихся с открытием сложного строения атома.

Открытие сложного строения атома – важнейший этап становления современной физики, наложивший отпечаток на все ее дальнейшее развитие. В процессе создания количественной теории строения атома, позволившей объяснить атомные спектры, были открыты новые законы движения микрочастиц – законы квантовой механики.

По учебному плану темы располагаются в таком порядке:

1. Строение атома. Опыты Резерфорда.
2. Постулаты Бора.
3. Излучение и поглощение света атомами.

Непрерывный и линейчатый спектры.

4. Спектральный анализ и его применение.
5. Лабораторная работа

«Наблюдение спектров излучения».

6. Лазер. Устройство и принцип действия.

Тема предложена в обзорно-изучающем аспекте с указанием практического применения. На лабораторной работе делается вывод на основании теоретических и практических знаний.

УРОК № 1

ТЕМА: «Строение атома. Опыты Резерфорда»

Цель урока: Ознакомить учащихся с моделями строения атома

                       предложенными раньше. Объяснить истинную модель строения

                       атома. Ввести понятие атомного ядра и его размеров,

                       планетарной модели строения атома.

ОБОРУДОВАНИЕ: Фиафильм «Строение атомного ядра», таблица.

Ход урока

1. Организационный момент.

2.  Изучение нового материала.

          Первая модель строения атома была предложена Томсоном. По этой модели атом представлял собой положительно заряженный шар в котором в свободном порядке располагается отрицательные электроны.

        Первую модель строения атома опроверг Резерфорд. Опыты Резерфорда заключались в следующем. Он облучал атом потоком       частиц (   частицы этого ядра атомов гелия   Не). Те       частицы, что проходили по краю атома практически не изменяли направления своего движения. А те      частицы, что попадали в центр атома отклонялись на большие углы. Резерфорд сделал вывод, что весь положительный заряд и почти вся масса электрона сосредоточена в ядре. А вокруг ядра по орбитам вращаются отрицательные электроны. Атом в целом нейтрален.

        Свою модель строения атома Резерфорд назвал планетарной. Электроны вращаются вокруг ядра как планеты вокруг солнца.

        Резерфорд понял, что       частица могла быть отброшен назад лишь в том случае, если положительный заряд атома и его масса сконцентрирована в малом пространстве. Проводя опыты Резерфорд смог оценить размеры ядра. Оказалось, что ядро имеет диаметр порядка 10 ¯¹² - 10 ¯¹³ см. Размер **** в 10 – 100 тыс. больше размера ядра.

        Простая и наглядная планетарная модель имеет прямое экспериментальное обоснование. Но на основе этой модели нельзя было объяснить устойчивость атома. Ведь движение электронов по орбитам происходит с ускорением. Заряд по законам электродинамики должен изучать электромагнитные волны с частотой, равной частоте его обращения вокруг ядра. Изучение сопровождается потерей энергии. Теряя энергию, электроны приближается к ядру и должны упасть на него.

        Атом должен был прекратить свое существование. Но этого не проходило. Атом был устойчив и этого резерфорд не мог объяснить.

3. Закрепление материала

1. Модель строения атома по Томсону ?
2. Модель строения атома по Резерфорду ?
3. Что представляет собой атомное ядро ?
4. Какой заряд имеет атом ?
5. Что представляет собой планетарную модель строения атома ?
6. Почему Резерфорд не мог объяснить устойчивость Атома ?

Домашнее задание: § 83

УРОК № 2

ТЕМА: «Постулаты Бора»

Цель урока: Изучить теорию Бора, которую он выдвинул в своих постулатах.

                           Сформировать основные положения новой теории. 

ОБОРУДОВАНИЕ: Таблица.

Ход урока

1. Организационный момент.
2. Опрос заданной на дом темы фронтально по вопросам, а затем индивидуально.

1. Кто предложил первую модель строения атома ?

      2. В чем заключались опыты Резерфорда ?

      3. Какую модель строения атома предложил Резерфорда ?

            4. Что не могла объяснить планетарная модель строения атома ? 

      Затем перейти к изучению новой темы

      Теория, которую выдвинул Нильс Бор объясняла, почему атом был устойчив и не притягивался к ядру. Последовательной теории Бор не дал, он в виде постулатов сформулировал положение новой теории. Бор нашел правильный путь развития теории, этот путь привел к созданию теории движения микрочастиц – квантовой механики.

        I постулат:

        Атомная система может находится только в особых стационарных или квантовых состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия Е, в стационарном состоянии атом не излучает.

        II постулат:

        При переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается квант электромагнитной энергии.

        Излучение происходит при переходе атома из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией.

        Поглощение атомов энергией сопровождается переходом атома из состояния с меньшей энергией в состояние с большей энергией.

        Энергия фотона равна разности энергий атома в двух его станционных состояниях.

        к и п – номера стационарных состояний.

При Ек > Еп происходит излучение фотона, а при Ек < Еп – его поглощение.

Частота колебаний, соответствующая испускаемому кванту равна.

Свои постулаты Бор применения для построения теории простейшей атомной системы – атома водорода.

Закрепление материала.

Домашнее задание: § 84

УРОК № 3

ТЕМА: «Излучение и поглощение света атомами.

             Непрерывный и линейчатый спектры»

Цель урока: Изучить законы, по которым происходит излучение и поглощение света

                           атомами. Рассмотреть спектры излучения и поглощения. Познакомиться с

                           видами спектров.

ОБОРУДОВАНИЕ: Таблицы, спектроскоп прямого зрения, спектральные трубки,

                                           прибор «Спектр» для наблюдения спектров излучения.

Ход урока

1. Организационный момент.
2. Изучение нового материала.

Излучение происходит при переходе атома из состояния с большей энергией в состояния с меньшей энергией.

Поглощение атомам энергии сопровождается переходом атома из состояния с меньшей энергией в состояние с большей энергией.

Спектральный состав излучения различных веществ разнообразен. Но все спектры можно разделить на 3 типа.

            I. Непрерывные спектры – это спектр дугового фонаря, в нем представлены все длины волн, в спектре нет разрывов, при наблюдении видим сплошную разноцветную полосу.

            Распределение энергии по частотам различно.

        Непрерывные спектры дают тела, находящиеся в твердом или жидком состоянии, а также плотные газы. Для получения непрерывного спектра нужно нагреть тело до высокой температуры.

        Непрерывный спектр дает и высоко температурная плазма.

            II. Линейчатые спектры.

Их дают все вещества в газообразном атомарном состоянии.

Изолированные атомы данного химического элемента излучают строго определенные длины волн.

Для наблюдения спектров используют свечение паров веществ в пламени или свечении газового разряда в трубке.

Поглощение света веществом тоже зависит от длины волны.

Газ поглощает наиболее интенсивно свет тех длин, которые он испускает в сильно нагретом состоянии. Темные линии на фоне непрерывного спектра – это линии поглощения.

Наблюдение спектров различных газов.

Закрепление материала.

Домашнее задание: § 72, 84

УРОК № 4

ТЕМА: «Спектральный анализ и его применение»

Цель урока: Ознакомить учащихся с методами исследования вещества с помощью

                           спектрального анализа. Рассмотреть его практическое применение.

ОБОРУДОВАНИЕ: Спектроскоп прямого зрения, прибор для наблюдения спектров

                                           «Спектр». Газонаполненные трубки.

Ход урока

1. Организационный момент.
2. Опрос пройденного материала фронтально и индивидуально.
3. Изучение нового материала.

Характер линейчатых спектров прямо связан со строением атома.

Главное свойство линейчатых спектров состоит в том, что длины волн линейчатого спектра зависит от свойств атомов данного вещества, но совершенно не зависит от способа возбуждения свечения атомов.

Атомы любого химического элемента дают спектры, не похожий на спектры всех других элементов, они способны излучать строго определенный набор длин волн.

Спектральный анализ – это метод определения химического состава вещества по его спектру.

Линейчатые спектры различных веществ имеют неповторимую индивидуальность.

В настоящее время определены спектры всех атомов и составлены таблицы спектров.

С помощью спектрального анализа определим химический состав солнца и звезд.

Спектральный анализ может определить процентное содержание каждого вещества в металлической отливке.

Спектральный анализ можно производить не только по спектрам испускания, но и по спектрам поглощения.

В астрофизике по спектрам определяют температуру, давление, скорости движения, магнитную индукцию звезд, газовых облаков.

Закрепление материала:

1. Что такое спектральный анализ ?
2. По каким спектрам его можно производить ?
3. Что можно определить с помощью спектрального анализа ?

Домашнее задание: § 73

УРОК № 5

ТЕМА: «Лабораторная работа»

Цель урока: Практическое применение полученных знаний при выполнении

                            лабораторной работы.

ОБОРУДОВАНИЕ: Спектроскоп прямого зрения, прибор для зажигания

                                           спектральных трубок  «Спектр», набор спектральных трубок.

Ход урока

1. Организационный момент.
2. Выполнение лабораторной работы.

Домашнее задание: повторение пройденного материала.

УРОК № 6

ТЕМА: «Лазер. Устройство и принцип действия»

Цель урока: Знакомство учащихся с лазерным излучением. Изучение устройства

                           лазерных приборов. Изучение свойств лазерного излучения и его

                           практического применения.

ОБОРУДОВАНИЕ: Кодоскоп, кодограммы, таблицы.

Ход урока

1. Организационный момент.
2. Изучение нового материала.

1. Индуцированное излучение
2. Лазеры
3. Свойство лазерного излучения
4. Принцип действия лазеров
5. Устройство рубинового лазера
6. Типы лазеров
7. Применение лазеров

3. Закрепление нового материала.
4. Повторение материала по теме «Атомная физика».

          Индуцированное излучение – это вынужденное излучение света атомами.

        Под индуцированным излучением понимается излучение возбужденных атомов по действием падающего на них света. Особенностью этого излучения является то, что возникшая волна не отличается от падающей волны на частотной, ни фазой, ни номеризацией.

        Вынужденное излучение означает переход атома из высшего энергетического состояния в ***, но не самопроизвольно, а под влиянием внешнего воздействия.

        Лазеры – это приборы, в которых используется вынужденное излучение – квантовый генератор электромагнитных волн в видимом диапазоне спектра. В переводе с английского означает «усиление света при помощи индуцированного излучения».

        Свойства лазерного излучения:

1. Способы создавать пучки света с очень малым углом прохождения (около 10 ¯    рад).
2. Отличается исключительной монохромотичностью.
3. Являют мощными источниками света. Напряженность поля в электромагнитной волне, излучаемой лазерными, превышает напряженность поля внутри атома.

Принципы действия – в обычных условиях атомы находятся в  *** энергетическом состоянии и поэтому при низких температурах вещества не светятся.

При прохождении электромагнитной волны через вещество ее энергия поглощается. За счет поглощения энергии волны часть атомов возбуждается, т.е. переходит в высшее энергетическое состояние. При этом от светового пучка отмечается энергия                          

равная разности энергий между этими уравнениями

Электрон находится на нижнем уровне. Возбужденный атом может отдать свою энергию соседним атомам при столкновении или не пустить фотон в любом направлении.

Домашнее задание: § 87