Imię i nazwisko autora:

Włodzimierz Natorf

Przedmiot:

Fizyka

Temat zajęć:

Doświadczenie Rutherforda jego interpretacja

Grupa docelowa:

III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres podstawowy, zakres podstawowy i rozszerzony; rozszerzenie zapisów podstawy programowej

Podstawa programowa:

Cele kształcenia - wymagania ogólne:
II. Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych.
III. Planowanie i przeprowadzanie obserwacji lub doświadczeń oraz wnioskowanie na podstawie ich wyników.

Zakres podstawowy
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
7) wyodrębnia z tekstów, tabel, diagramów lub wykresów, rysunków schematycznych lub blokowych informacje kluczowe dla opisywanego zjawiska bądź problemu; przedstawia te informacje w różnych postaciach;
15) wyodrębnia zjawisko z kontekstu, nazywa je oraz wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla jego przebiegu;
17) przedstawia wybrane informacje z historii odkryć kluczowych dla rozwoju fizyki.
VI. Elektrostatyka. Uczeń:
2) oblicza wartość siły wzajemnego oddziaływania ładunków, stosując prawo Coulomba.
XI. Fizyka jądrowa. Uczeń:
1) posługuje się pojęciami pierwiastek, jądro atomowe, izotop, proton, neutron, elektron do opisu składu materii; opisuje skład jądra atomowego na podstawie liczb masowej i atomowej.

Zakres rozszerzony
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
7) wyodrębnia z tekstów, tabel, diagramów lub wykresów, rysunków schematycznych lub blokowych informacje kluczowe dla opisywanego zjawiska bądź problemu; przedstawia te informacje w różnych postaciach;
17) przedstawia wybrane informacje z historii odkryć kluczowych dla rozwoju fizyki;
19) wyodrębnia zjawisko z kontekstu, nazywa je oraz wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla jego przebiegu.
VII. Elektrostatyka. Uczeń:
2) oblicza wartość siły wzajemnego oddziaływania ładunków stosując prawo Coulomba;
5) opisuje pole na zewnątrz sferycznie symetrycznego układu ładunków;
7) analizuje ruch cząstek naładowanych w polu elektrycznym;
9) oblicza zmianę energii ładunku w polu centralnym i jednorodnym.
XII. Elementy fizyki relatywistycznej i fizyka jądrowa. Uczeń:
5) posługuje się pojęciami pierwiastek, jądro atomowe, izotop, proton, neutron, elektron; opisuje skład jądra atomowego na podstawie liczb masowej i atomowej.

Kształtowane kompetencje kluczowe:

Zalecenia Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r.:

• kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji,

• kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii,

• kompetencje cyfrowe,

• kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne:

Uczeń:

1. opisze stan wiedzy o budowie atomu z przełomu XIX i XX wieku;

2. przedstawi założenia i cel doświadczenia Rutherforda, w tym problematykę rozmiarów tzw. rdzenia atomowego;

3. przeanalizuje warunki rozpraszania cząstek $\mathrm{\alpha }$ wstecz z punktu widzenia sił na nie działających;

4. przeanalizuje warunki rozpraszania cząstek $\mathrm{\alpha }$ wstecz z punktu widzenia przemian energii;

5. zinterpretuje wyniki symulacji różnych wariantów doświadczenia Rutherforda.

Strategie nauczania:

strategia odwróconej klasy

Metody nauczania:

wykład nauczyciela, wystąpienia uczniów

Formy zajęć:

wspólna praca całego zespołu klasowego

Środki dydaktyczne:

szkolna tablica, komputer z rzutnikiem, dostęp do Internetu

Materiały pomocnicze:

Niniejszy e‑materiał, przygotowane prezentacje uczniowskie; dowolne źródło prezentujące rozwój poglądów na budowę atomu – np. „Historia Fizyki” Andrzej K. Wróblewski, PWN

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Na poprzedniej lekcji nauczyciel zlecił wszystkim uczniom zapoznanie się z e‑materiałem, ze szczególnym uwzględnieniem Wprowadzenia i Przeczytaj oraz polecenia zawartego w tej ostatniej części. Wybranym trzem uczniom (lub dwuosobowym grupom) nauczyciel zlecił przygotowanie prezentacji, zgodnie z poleceniami powiązanymi z symulacją.
Nauczyciel rozpoczyna lekcję zaprezentowaniem (z wykorzystaniem informacji zawartych we Wprowadzeniu i Przeczytaj oraz innych źródłach) stanu wiedzy fizyków o budowie atomu z przełomu XIX i XX wieku oraz wybranych modeli budowy atomu z tego czasu. Podkreśla historyczne znaczenie pojęcia rdzeń atomowy.
Uczniowie przeprowadzają obliczenia masy oraz rozmiaru pojedynczego atomu złota.

Faza realizacyjna:

Uczniowie objaśniają, jakich wyników rozpraszania cząstek $\mathrm{\alpha }$ spodziewano się przy założeniu, że rdzeń atomowy ma rozmiar rzędu od 0,01 Å do 0,1 Å.
Wybrani uczniowie (lub grupy) prezentują przygotowane wyniki symulacji zależności kąta rozproszenia od trzech zmiennych.
Pozostali uczniowie zadają pytania związane z prezentacjami. W razie potrzeby nauczyciel wspomaga uczniów prowadzących przy udzielaniu odpowiedzi.

Faza podsumowująca:

Na podstawie grafiki interaktywnej (schematu), poprzez dobór ilustracji do opisów, uczniowie zapoznają się z energetyczną interpretacją doświadczenia Rutherforda. Procedurę doboru może prowadzić i nadzorować nauczyciel bądź chętny uczeń.
Uczniowie wskazują związek pomiędzy zasadą zachowania energii mechanicznej w układzie cząstka $\mathrm{\alpha }$ - jądro a pojawianiem się cząstek $\mathrm{\alpha }$ rozproszonych pod kątami znacznie większymi od 90°.

Praca domowa:

Uczniowie mają za zadanie wykonać polecenia powiązane z grafiką (schematem).

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium

Oba multimedia mogą być wykorzystane jako wstęp do lekcji o właściwościach atomów, np. o widmach, o zjawisku jonizacji itp.