阴极射线与原子结构探索
有一种被称为阴极射线（cathode ray）的射线引起了科学家的浓厚兴趣。这种射线的本质是什么？存在两种主要的观点：一种认为它是电磁辐射，另一种则认为它是带电微粒。
电子的发现及其历程
英国物理学家J.J.汤姆孙对这一争议进行了深入研究。他从1890年开始进行了一系列实验，目的是为了验证哪种观点更接近真相。他利用气体放电管，观察到由阴极K发出的带电粒子形成的细细射线穿过金属板的空间，并达到荧光屏上。
J.J.汤姆孙发现，这些射线的产生机制是管中残存气体分子在强电场作用下被“拉开”，形成正负电荷。正电荷在电场加速下撞击阴极，从而释放出更多的粒子流，即阴极射线。通过实验和精密计算，他证实了阴极射线的本质是带负电的粒子流。
这些粒子的比荷（即电荷量与质量之比）被发现是恒定的，无论使用何种材料的阴极进行实验。这表明不同物质都能发射这种带电粒子，它是构成各种物质的共有成分。
电子的精确测定与原子模型
电子的发现是物理学史上的重要里程碑。人们逐渐认识到原子并非物质的最小微粒，其内部也有结构。电子的电荷量及其质量的精确测定，为科学家们提供了深入研究原子的线索。
J.J.汤姆出的“西瓜模型”或“枣糕模型”曾被用来描述原子的结构，但后来被证明并不完全准确。尤其是当α粒子散射实验的结果出来后，科学家们开始重新思考原子的结构。
卢瑟福的原子核式结构模型
德国物理学家勒纳德的实验表明，原子不是一个实心球体。而英国物理学家卢瑟福则通过α粒子散射实验，提出了一个性的理论：原子的绝大部分质量和正电荷都集中在很小的空间内，即原子核。
卢瑟福的理论解释了大角度散射的实验结果。按照他的模型，当α粒子接近原子时，只有极少数粒子会受到原子核的强烈斥力而发生大角度偏转。这个理论得到了实验数据的支持。
原子核的电荷与尺度
通过对不同元素的α粒子散射实验数据进行分析，科学家们可以确定不同元素原子核的电荷量。他们也发现了原子是按电子数来排列的，这一发现为元素周期表的编制提供了基础。
原子确实是由带电的原子核与核外电子组成的。原子核的电荷就是核中的质子数。后来又发现原子核由质子和中子组成。
经典物理学的挑战与量子力学的诞生
尽管经典物理学曾试图解释电子在原子中的运动，但最终发现这是行不通的。因为按照经典物理学理论，电子会失去能量并最终坠入原子核内。而事实上，电子在原子中是稳定的。
为什么卢瑟福的实验没有用轻金属箔，例如铝箔，而是选择了金箔等重金属箔？除了金的延展性好以外，还因为金原子核较大，易于被α粒子击中。
从阴极射线的探索到原子核模型的建立，是人类对物质本质认知的一次重大飞跃。它不仅推动了物理学的发展，也对其他领域产生了深远影响。