На момент проведения урока учащиеся должны знать: квантовую гипотезу Планка, законы фотоэффекта, корпускулярные и волновые свойства фотонов, гипотезу де-Бройля о волновых свойствах частиц, модели атомов, трудности модели атома Резерфорда.
Главная цель урока – сформировать представления об атоме на основе современных научных знаний. Особенностью изложения материала на этапе «Изучение нового материала» является то, формулы для расчета энергии электрона в атоме и значений радиусов орбит, выводятся без использования понятия момента импульса, как это сделано в учебнике. Учащиеся не знакомы с этим понятием, а в учебнике оно впервые вводится в параграфе «Теория атома водорода», причем в контексте.
На этапе «Применение полученных знаний» планируется самостоятельная работа в парах. Задачи взяты из учебника (стр.339). Работа носит обучающий характер, поэтому отметки выставляются по желанию учащихся. Домашнее задание включает творческое задание, и всего лишь одну задачу, поскольку объем теоретического материала двух параграфов учебника велик.
Тип урока: урок формирования новых знаний.
Методы обучения: эвристическая беседа.
Форма: проблемный урок.
Средства обучения: учебник, электронная презентация.
Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор.
Цель: сформировать представления об атоме на основе современных научных знаний.
Задачи:
- обучающая: научить рассчитывать энергию электрона в атоме, значения радиусов орбит атома, энергию фотона при переходе атома из одного энергетического состояния в другое; совершенствовать вычислительные навыки;
- развивающая: учить анализировать, сравнивать, выделять главное, видеть проблему и предлагать пути решения, применять полученные знания на практике.
- воспитательная: способствовать формированию научного мировоззрения.
Этапы урока:
- Постановка цели и задач урока (1 мин.)
- Повторение основных вопросов предыдущего урока (4 мин.)
- Изучение нового материала (I часть) (15 мин.)
- Закрепление и совершенствование приобретенных ЗУН (5 мин.)
- Изучение нового материала (II часть) (5 мин.)
- Применение полученных ЗУН (самостоятельная работа) (7 мин.)
- Проверка и оценка новых ЗУН (4 мин.)
- Комментарии к домашнему заданию и его запись (2 мин.)
- Подведение итогов урока, выставление оценок (2 мин.)
Ход урока
I. Постановка цели и задач урока
Учитель сообщает тему, цель, основные этапы урока.
II. Повторение основных вопросов предыдущего урока
На этапе повторения учащиеся вспоминают особенности модели атома Резерфорда. У доски работает ученик, который, опираясь на слайд «Модель атома водорода», проговаривает трудности модели атома Резерфорда, описывая движение электрона, который вращается вокруг покоящегося ядра. Учащиеся повторяют вывод, что ускоренно движущийся заряд излучает электромагнитные волны, значит, электрон будет терять энергию на излучение, пока не упадет на ядро и атом перестанет существовать.
Предполагаемый результат: учащиеся мобилизуют резервы памяти, включают внимание, ощущают интригу, видя остроту проблемы.
III. Изучение нового материала (12 мин.)
Учитель: «Мы рассматривали электрон как частицу массой m, которая движется по определенной траектории. Но такое представление не применимо к электрону, потому что электрон как и любая частица обладает двойственной природой. Вспомните гипотезу Луи де Бройля, согласно которой любой материальный объект обладает корпускулярно-волновым дуализмом». Учащиеся формулируют гипотезу и повторяют ранее выполненные расчеты длины волны де Бройля для пули массой 10 г и электрона (открывают стр. 322 учебника, где примеры приведены) затем, чтобы убедиться, что для электрона волновые свойства нельзя не учитывать, поскольку длина волны де Бройля оказывается сравнимой с размерами атома.
Далее учитель формулирует правило квантования орбит (демонстрируется слайд «Волны де Бройля»). Приводит аналогию с собственными колебаниями струны, закрепленной на концах. Что из этого следует? Помогут ли «новые» знания в ответе на вопрос: Почему устойчив атом? (включается слайд «Классическая физика») Обсуждается план дальнейших действий: надо изменить систему уравнений (**), исключив из нее уравнение II закона Ньютона, и дополнить ее формулами для длины волны де Бройля и правилом квантования орбит.
Подведение итога после этапа «Изучение нового материала (I часть)» Учитель возвращает учащихся к началу беседы, где была поставлена проблема устойчивости атома, акцентирует внимание на главных выводах.
IV. Закрепление и совершенствование приобретенных ЗУН (5 мин.)
Учитель предлагает посмотреть к каким проверяемым на опыте результатам может привести полученная теория? Вопрос учителя: «Чему равен размер атома?» Учитель сообщает, что поскольку используемая модель атома является грубой моделью, то можно ограничиться точностью до порядка величины размера атома. Ожидаемый результат: в ходе обсуждения плана действий, учащиеся приходят к выводу, что надо в формуле (9) взять n=1, тогда атом находится в основном состоянии, имеет минимальный размер, который равен:
=
м – первое совпадение теории с опытом
Вопрос учителя: «Чему равна энергия связи электрона с ядром, если атом находится в основном квантовом состоянии?» Ожидаемый результат: в ходе обсуждения плана действий, учащиеся приходят к выводу, что надо в формуле (8) взять n=1, подставить числовые значения. Учитель предлагает учащимся сделать оценку энергии, затем записывает табличное значение.
; 
= -13,6 эВ – энергия ионизации атома водорода
Вопрос учителя: «Какую энергию надо сообщить электрону, чтобы он стал свободным?» (открыт слайд «Переходы между энергетическими уровнями») Ожидаемый результат: учащиеся приходят к выводу, что она равна 13,6 эВ. Учитель сообщает, что эта энергия есть энергия ионизации атома.
V. Изучение нового материала (II часть)
Переходя к вопросу об излучении и поглощении энергии атомом, учитель вспоминает с учащимися, что ученые столкнулись с проблемой объяснения линейчатости спектров нагретых газов (на экране слайд «Видимые линии излучения в серии Бальмера»). Учащимся известно, что трудности в объяснении спектров удалось преодолеть после принятия идеи о том, что свет распространяется и поглощается отдельными порциями. Далее учитель сообщает учащимся, что развитие эта идея получила во II постулате Бора (на экране слайд «Переходы между орбитами стационарных состояний», учитель формулирует II постулат Бора). Учитель: «Исходя из закона сохранения энергии, запишите формулу для энергии испущенного фотона». Учащиеся приходят к выводу формулы: h
= Wk-Wn (на экране слайд «Переходы между энергетическими уровнями»). Учитель вновь открывает слайд «Видимые линии излучения в серии Бальмера», чтобы обратить внимание учащихся на заметное различие интенсивности линий и сближение линий концу фиолетовой области спектра. Учитель сообщает, что этот вопрос будет обсуждаться на следующем уроке и задает его учащимся в качестве домашнего задания. Далее учитель ставит перед учащимися задачу научиться рассчитывать энергию испущенного фотона. Для этого надо получить рабочую формулу.
У доски работает ученик.
– постоянная Ридберга
оценка числового значения R по порядку величины
R = 3,2 *1015 с-1 – табличное значение постоянной Ридберга (сообщает учитель)
VI. Применение полученных ЗУН (самостоятельная работа в парах).
Учитель ставит перед учащимися задачу применить полученные знания на практике. Для этого требуется решить задачи №1, 2, 4 на стр. 339 учебника.
VII. Проверка и оценка новых ЗУН (4 мин.)
На момент проверки у учителя есть полная картина о количестве и номерах решенных задач, поскольку в ходе работы учитель следил за деятельностью учащихся. Работа носит обучающий характер, поэтому отметку в журнал учитель выставляет по желанию ученика. Уровень сложности задач различен, учащиеся могут выполнять их в любом порядке, при этом обсуждать ход решения друг с другом. По истечении отведенного времени, на экране появляются решения задач. Учитель объясняет задачи, указывает на ошибки, которые он заметил, отвечает на вопросы учащихся.
VIII. Комментарии к домашнему заданию и его запись (2 мин.)
Д/з: §78-79; задача № 3 на стр. 339 .
Учитель напоминает вопрос, заданный в ходе обсуждения спектра атома водорода. «Почему наблюдается различие интенсивности линий и сближение линий концу фиолетовой области спектра?» Учитель обращает внимание, что для построения теории в §78 используется понятие момента импульса, при этом в этом же параграфе коротко дается объяснение этого понятия. Учитель предлагает учащимся сделать выбор в пользу того или иного пути построения теории.
IX. Подведение итогов урока, выставление оценок (2 мин.)
При подведении итога урока учитель еще раз напоминает его цель. Задает вопросы: «Что для вас было самым сложным на уроке?», «Что больше всего запомнилось?»
В заключении для создания положительного эмоционального фона, учитель зачитывает короткие высказывания великих физиков 20 века. Эти высказывания ярко демонстрируют с каким трудом рождались новые идеи, которые составили фундамент сегодняшней физики.
Литература:
- Бутиков Е.И. Физика в примерах и задачах. – М.: Наука, 1983.
- Китайгородский А.И. Фотоны и ядра. – М.: Наука, 1979.
- Соуэрц Кл.Э. Необыкновенная физика обыкновенных явлений. – М.: Наука, 1987. Том 2.
- Радунская И. Безумные идеи. n-t.ru/ri/rd/bi.htm