Урок 28. Делимость электрического заряда. Электрон. Строение атомов.

Цели: убедить учащихся в дискретности электрического заряда; дать представление об

электроне как частице с наименьшим электрическим зарядом, ознакомить учеников со

строением атома, планетарной моделью атома по Резерфорду.

Демонстрации:

делимость

электрического

заряда; перенос заряда с заряженного

электроскопа на незаряженный с помощью пробного шарика; опыт Иоффе-Милликена,

схема опыта Резерфорда,

схема планетарной модели атома; таблица «Периодическая

система химических элементов Менделеева».

План: 1) Организационный момент. Актуализация знаний. Проверка Д/З.

2) Изучение нового материала.

3) Итог урока. Задание и объяснение домашней работы. Закрепление изученного.

Ход урока:

1)Организационный момент. Актуализация знаний. Проверка Д/З.

Повторение. Проверка домашнего задания.

№ 1187



Как можно при помощи электроскопа, стеклянной палочки и шелкового лоскута

ткани определить, зарядом какого знака заряжено тело?

Надо поднести тело к электроскопу и передать ему часть заряда. Электроскоп зарядится.

Затем потереть стеклянную палочку о шелк. Палочка зарядится положительно. Поднести

палочку к стержню электроскопа. Если листочки электроскопа разойдутся еще больше, то

тело имеет (+) заряд, если листочки электроскопа сходятся, то тело имеет (—) заряд.

№1201



В электрическом поле равномерно заряженного шара в точке А находится

заряженная пылинка. Как направлена сила, действующая на пылинку со стороны

поля?

№1205



Будут ли взаимодействовать близко расположенные электрические заряды в

безвоздушном пространстве, например на Луне, где нет атмосферы.

Будут. Так как вокруг каждого заряда существует электрическое поле.

2) Изучение нового материала

Сегодня на уроке мы узнаем, что такое электрический заряд и каковы его единицы,

как называется частица с самым малым зарядом, каков заряд и масса электрона, какие

частицы входят в состав ядра атома, что такое положительные и отрицательные ионы.

Все

наэлектризованные

тела

обладают

определенным

положительным

или

отрицательным зарядом. И этот заряд может быть разным по значению. Именно поэтому

листочки электроскопа или стрелка электрометра отклоняются на больший или меньший

угол. Из этого следует, что заряд характеризуется и знаком, и числовым значением.

Значит, электрический заряд – это физическая величина, которая может иметь

положительное или отрицательное значение. Заряд принято обозначать буквой q.

За единицу электрического заряда принят кулон (1Кл). Эта единица названа в честь

французского физика Шарля Кулона, открывшего основной закон взаимодействия

электрически заряженных тел.

Вам уже известно, что если взять два одинаковых электрометра, один из которых

заряжен, а другой – нет, и соединить их металлическим стержнем, то половина заряда

перейдет на незаряженный электрометр.

Соедините электрометры металлическим стержнем.

1

2

3

4

5

6

7

Продолжим опыт. Разъединим электрометры и коснемся второго шара рукой. Он

разрядится.

Еще раз соедините электрометры металлическим стержнем.

Оставшийся заряд снова разделится на две равные части, и на первом шаре

останется четвертая часть первоначального заряда.

Очевидно, что, продолжая подобное деление, можно получить одну восьмую, одну

шестнадцатую и т.д. часть первоначального заряда.

Возникают вопросы: как долго можно дробить первоначальный заряд? Существует

ли предел подобного деления? Школьные электрометры – не очень чувствительные

приборы. Довольно скоро их заряд настолько уменьшится, что электрометр перестанет его

фиксировать. Что ответить на эти вопросы нужно проводить более сложные и точные

опыты. Их провели два физика: российский А.Ф. Иоффе и американский Р.Милликен.

В своих опытах Иоффе и Милликен электризовали мелкие пылинки цинка. Заряд

пылинок меняли несколько раз. Измерения электрических зарядов пылинок показали, что

заряд пылинки всегда в целое число раз больше некоторого определенного наименьшего

заряда.

Это

можно

объяснить

только

следующим

образом:

при

уменьшении

электрического заряда пылинки всегда уходит (или приходит) какая-то частица, которая

имеет наименьший, неделимый далее электрический заряд. Эту частицу в 1897 г. открыл

английский ученый Дж.Дж. Томсон.

Частицу, имеющую самый маленький заряд, называли электроном. Заряд электрона

отрицателен и равен q

e

=-1.6



10

-19

Кл.

Электрический заряд – это одно из основных свойств электрона. В отличие от

обычных тел, которые можно зарядить, или разрядить, заряд электрона не может

исчезнуть, его также нельзя ни увеличить, ни уменьшить.

Масса электрона равна

m

e

=9.1



10

-31

кг

Эта масса примерно в 3700 раз меньше массы молекулы водорода, которая

является наименьшей из всех молекул.

Вы уже знаете, что все вещества в природе состоят из атомов и молекул. Но и

атомы, и молекулы в обычном состоянии электрически нейтральны, то есть не имеют

заряда. Но откуда тогда возникает заряд при электризации тел? И почему одни тела

заряжаются положительно, а другие отрицательно? Для ответа на эти вопросы рассмотрим

строение атомов.

В древности атом считали простейшей, не имеющей структуры частицей. (от греч.

atomos

- неделимый). Однако в настоящее время известно, что атом имеет довольно

сложную структуру.

Он состоит из ядра, которое окружено движущимися электронами.

Первоначально несколькими учеными были предложены различные теоретические

модели

строения

атома.

Наибольшую

популярность

из

них

получила

модель,

предложенная Дж.Дж. Томсоном. Согласно модели Томсона атомы представляют собой

однородные шары из положительно заряженного вещества, в котором находятся

электроны. Эта модель напоминала булку с изюмом.

Эксперименты Резерфорда и теоретические труды Бора опровергли гипотезу

Томсона. В результате была создана современная модель атома. Согласно этой модели,

атом по своему строению напоминает Солнечную систему. Подобно Солнечной системе

внутри любого атома есть положительно заряженная центральная часть – атомное ядро.

Кроме того, в состав любого атома входит определенное число электронов, которые

8

9

10

11

12

движутся вокруг ядра по орбитам. Эту модель строения атома назвали планетарной

моделью.

Идея опытов Резерфорда состояла в том, чтобы выяснить, что происходит с

быстролетящими частицами, когда на их пути оказываются атомы вещества. В качестве

этих

частиц

Резерфорд предложил

использовать

так

называемые альфа-частицы

(положительно заряженные частицы). Направив узкий пучок этих частиц на золотую

фольгу, он обнаружил, что большинство альфа-частиц свободно проходят через фольгу.

Однако некоторые из них (примерно одна из 8 тысяч) резко отклонялись от

первоначального направления. Столкновение альфа-частицы с электроном не может так

существенно изменить траекторию ее движения, поскольку масса альфа-частицы в 7350

раз больше массы электрона. Резерфорд предположил, что отражение альфа-частиц

обусловлено их отталкиванием положительно заряженными частицами с массой

соизмеримой с массой альфа-частицы.

Оказалось, что по сравнению с размером самого атома (около 10

-10

м) ядро крайне

мало (около 10

-15

м). То есть ядро меньше атома в 100 000 раз. Чтобы представить себе,

что это означает, рассмотрим такую наглядную модель. Представьте себе, что атомное

ядро увеличено до размеров горошины. Тогда диаметр атома будет равен высоте

Останкинской телебашни.

Ядро атома тоже имеет сложное строение. В состав ядра входят протоны

(положительно заряженные частицы) и нейтроны (лишенные заряда частицы). Атом имеет

одинаковое число протонов и электронов. Отрицательный заряд электронов нейтрализует

положительный заряд протонов. Таким образом, атом в целом является электрически

нейтральным.

Основная масса любого атома сосредоточена в ядре, поскольку электрон является

очень легкой частицей по сравнению с протоном и нейтроном.

Итак, строение атома таково: в центре атома находится ядро, состоящее из

протонов и нейтронов, а вокруг ядра движутся электроны.

Атомы различных веществ отличаются друг от друга. Число протонов, нейтронов и

электронов в атомах различных веществ может быть разных. Например, самый простой из

встречающихся в природе атомов – атом водорода – состоит из одного протона и

вращающегося вокруг него электрона. Второй по сложности – атом гелия. В его ядре два

протона и два нейтрона, а вокруг вращаются два электрона. Атом углерода состоит из 6

протонов, 6 нейтронов и 6 электронов.

В нейтральном атоме число электронов Ne равно числу протонов Np

Ne=Np

Электроны могут иногда отрываться от атома, а иногда присоединяться к атому, и

тогда суммарный заряд электронов изменяется.

Атом, потерявший один или более электронов, называют положительным ионом.

Атом, получивший один или более электронов, называют отрицательным ионом.

3) Итог урока. Задание и объяснение домашней работы. Закрепление изученного.

Домашнее задание: §29, 30, вопросы к параграфам, упражнение 11.

Если на уроке остается время, его желательно посвятить разбору решения задач по

изученной теме, например:

Вопросы

1.

Чем отличаются друг от друга атомы различных химических элементов?

2.

Что является главной характеристикой определенного химического элемента?

3.

Какие частицы входят в состав ядра?

4.

Как на опыте показать, что электрический заряд делится на части?

14

13

15

16

17

18

19

20

5.

Электроскопу сообщили заряд, равный 1,6 • 10

-16

Кл. Какому числу электронов

соответствует этот заряд?

6.

Две легких одноименных заряженных гильзы из фольги подвешены на шелковых

нитях одинаковой длины в одной точке. Что произойдет, если коснуться одной из

гильз рукой?

7.

В ядре атома кислорода содержится 16 частиц. Вокруг ядра движутся 8 электронов.

Сколько в ядре этого атома протонов и нейтронов?

8.

Сколько протонов, нейтронов, электронов в положительном ионе лития?

9.

Во что превратится атом натрия, если «убрать» из его ядра один протон, не

изменяя количество электронов?

10. Что имеет большую массу: атом лития или положительный ион лития? Атом хлора

или отрицательный ион хлора?

Дополнительный материал

В начале века в физике бытовали самые разные и часто фантастические

представления о строении атома.

Например, ректор Мюнхенского университета Фердинанд Линдеман в 1905 г.

утверждал, что «атом кислорода имеет форму кольца, а атом серы - форму лепешки».

Продолжала жить и теория «вихревого атома» лорда Кельвина, согласно которой,

атом устроен подобно кольцам дыма, выпускаемым изо рта опытного курильщика.

Но большинство физиков склонялись к мысли, что прав Дж. Дж. Томсон: атом -

равномерно положительно заряженный шар диаметром 10

-8

см, внутри которого плавают

отрицательные электроны, размеры которых 10

-11

см. Сам Томсон относился к своей

модели без энтузиазма.

Джон Стоней еще в 1891 г. предполагал, что электроны движутся вокруг атома,

подобно спутникам планет.

21

22