八年级科学/第一节：原子模型
- 解释科学家是如何发现亚原子粒子的。
- 解释现代原子模型是如何发展起来的。
- 描述核原子的结构。
- 词汇：元素、电子、质子、中子和电子云。
- 思考不同的原子模型，画出它们并进行比较。
- 姓名：道尔顿，卢瑟福，查德威克，汤姆逊，玻尔
你喜欢谜题吗？你好奇吗？不要害羞！人类一直都很好奇。人们总是想知道一些不容易被发现的东西，或者看看那些看不见的东西。例如，人们在 2500 多年前就开始思考物质了。一些希腊哲学家认为物质是由微小的粒子组成的。他们推断，你可以取一块物质，把它切成两半，再把一半切成两半，然后继续切下去。最终，你将无法再切了。你将只剩下一个粒子。他们将这些粒子命名为“atomos”，这个词的意思是“不可分割”。另一种想象方法是想象一串珠子。如果你不断地将珠子分成几部分，最终你会得到一个单一的珠子。
希腊哲学家没有像现在的科学家那样试图通过做实验来证明他们的理论。他们的理论是推理、辩论和讨论的结果，而不是证据或证明。如今，科学家不会接受没有实验证据支持的理论。但即使希腊哲学家做了实验，他们也不能证明原子的存在。人们还没有发现现在称为化学的东西，即物质的研究。研究物质所需的设备距离发明还有很长一段路要走。即使在 500 年前，原子仍然是一个谜。
最早发表的原子理论之一是由约翰·道尔顿提出的，他是一位 1766 年出生的英国化学家。他的理论有五个要点。1) 元素是由称为“原子”的微小部分组成的。2) 给定元素的原子与任何其他元素的原子不同，并且可以通过它们的原子量来区分。3) 给定元素的所有原子都是相同的。(现在已知是错误的 - 请参阅同位素部分 [即将推出])。4) 一种元素的原子可以与另一种元素的原子结合形成化合物。给定的化合物将始终具有相同数量的不同原子。5) 原子不能在化学反应中被创造或分割，只能以不同的方式组合在一起。
关于克鲁克斯实验的消息激起了当时科学界的兴趣。但许多科学家并不相信阴极射线是粒子流。那绿色的辉光究竟是光还是带电粒子的流呢？1897 年，英国物理学家 J.J. 汤姆逊试图澄清这种混乱。他在克鲁克斯实验的管子旁边放置了一个磁铁。光无法被磁铁弯曲，因此光束不可能是光。因此，汤姆逊得出结论，光束一定是由来自阴极的带电物质粒子组成的。
然后，汤姆逊重复了 CRT 实验，使用不同的金属作为阴极，并在管中使用不同的气体。他发现，无论使用什么元素作为阴极或管中的气体，都会产生相同的带电粒子。汤姆逊得出结论，阴极射线是由带负电的物质粒子组成的。汤姆逊是如何知道这些粒子带负电的呢？他知道异性相吸。他观察到这些粒子被带正电的阳极吸引，所以他推断这些粒子一定带负电。
这些带负电的粒子现在被称为“电子”。汤姆逊还推断，电子是所有原子的一部分，因为它们是由所有类型的阴极材料产生的。也许汤姆逊实验中最大的惊喜是，实验结果证明了比原子更小的粒子确实存在。
展示电子量子跃迁到基态 n=1
根据汤姆逊的实验结果，科学家提出的部分问题得到了解答。然而，这些答案引发了新的问题。如果原子包含一个或多个带负电的粒子，那么所有由原子组成的物质也应该带负电。但所有物质并不带负电。如何解释呢？可能原子也包含一些正电荷？然后，带负电的电子和未知的正电荷将在原子中相互抵消。汤姆逊得出了这个结论，并在他的原子模型中加入了正电荷。
利用他的新发现，汤姆逊修改了道尔顿的原子模型。汤姆逊没有将原子描述为一个内部均匀的实心球体，而是将其描绘成一个带正电的球体。带负电的电子均匀地分布在正电荷中。这可以用一个粘土球来模拟。粘土的正电荷等于电子的负电荷。因此，原子是中性的。后来发现，并非所有原子都是中性的。元素中的电子数量可能会有所不同。如果正电荷多于负电子，那么原子整体带正电。如果负电子多于正电荷，那么原子整体带负电。Kent-Meridian 高中 - Austin Shelfoe
在科学界，模型只有在经过测试并且测试结果支持之前的观察结果后才会被接受。1906 年，欧内斯特·卢瑟福和他的同事开始了一项实验，以确定汤姆逊的原子模型是否正确。他们想看看当他们向一块薄薄的金属箔（例如金箔）发射快速移动的带正电的物质，即α粒子时会发生什么。α粒子来自不稳定的原子。α粒子带正电，因此它们会被带正电的物质粒子排斥。
α粒子源对准了一块只有 400 纳米厚的薄金箔。金箔周围环绕着一个荧光屏，每次被带电粒子击中时都会发出闪光。“我观察到了α粒子的散射，......这就像你向一张薄纸发射了一枚 15 英寸的炮弹，结果炮弹直接弹回来击中了你......就在那时，我想到了一种原子模型，它有一个微小的中心，带有电荷。”来源：卢瑟福等人，Project Physics Unit 5 Text, 1971
大多数原子结构模型都很难理解，尤其是在入门级别。Kreswell 建议了一个更直观的原子模型，使人们能够更深入地理解自然界在最基本层面的运作方式。
参见：原子新模型