（1）了解原子结构模型的发展过程，从微观视角认识原子的构成、原子核外电子的运动特征和排布规律，能够解释原子的相互作用及化学反应的本质，发展“宏微结合”的学科认识视角。

（2）重走原子结构的发展之路，还原、再现历史上科学家们经典的实验场景，感受观察、归纳、演绎、分析、假说、类比等科学研究方法的应用，体会科学探究的一般过程和方法，培养问题解决能力和科学探究意识。

（3）以原子结构发展史为线索，体会科学模型的建立、修正和完善中的艰辛与智慧，认识到科学进步的不易和伟大，体会科学家勇攀高峰、敢为人先的创新精神，培养追求真理、严谨求学的科学态度。

如果在某场灾难中，所有科学知识都被毁灭了，只有一句话能传递给下一代的生物，哪句话可以用最少的字数包含最多的信息呢？著名的物理学家理查德费曼认为，这句话必然是“一切都是由原子构成的”。

世界是由什么构成的？这是从古至今人类一直在探索的问题。古人认为，世界是由几个基本元素构成的，如土、水、气、火是构成世界的四个基本元素。这是早期的“四元素说”，巧合的是，这和现代物理学中的四种物质形态非常相似，土、水、气、火分别对应固态、液态、气态、等离子态，随后也诞生了各种版本的元素说，然而这些都被“原子论”所取代了。世界真的是由“原子”构成的吗？

德谟克利特是“原子学说”最早的宣传者。其基本观点是：一切事物的始元是原子和虚空，其余一切都只是幻想；世界有无数东西，它们是有生有灭的，没有任何东西从无中来，无中不能生有，也没有任何东西在毁坏之后归于无。在德谟克利特的古希腊原子论中，物质实体的产生和消灭被解释为微小的、坚硬的、不可毁灭的粒子的联结和飞散，即原子。但他的原子论学说基本上还是属于一种哲理性的猜测和推想，是一种哲学思辨。他所倡导的原子论受历史的局限，没有也不可能有任何实验性的根据。

一直到19世纪初期，英国的化学家、物理学家道尔顿创建了科学原子论，人们对物质结构的一个基本层次——原子的认识才真正建立在科学的基础之上。并由于道尔顿首次把“原子量”的概念引入化学，才使化学真正走上了定量的发展阶段，近代化学发展的新时代终于开始了。道尔顿既具有敏锐的理论思维头脑，又具有卓越的实验才能，尤其是在对原子的研究方面取得了非凡的成果，因而被称为“近代化学之父”。

1803年，道尔顿提出他的原子论。主要观点如下：①化学元素均由不可再分割的微粒组成，这些微粒称作原子。原子在一切化学变化中均保持它的不可再分割性。②同一元素的所有原子，在质量和性质上都相同；不同元素的原子，在质量和性质上都不同。③不同元素化合时，这些元素的原子均按简单整数比结合成化合物，化合物的原子称为复杂原子。④在化学反应中，原子仅仅是重新排列，而不会被创造或消失。

道尔顿的“原子论”为近代科学原子论的创立构建了新的框架，是继拉瓦锡化学革命之后，化学发展史中又一座光辉灿烂的里程碑。它结束了“元素说”和“原子说”旷日持久的隔离状态，第一次把它们融合为一个统一的理论体系。道尔顿用的就是德谟克利特的那个“原子”名词。正是这一借用，才使德谟克利特的古典原子论卓尔不群，也使道尔顿的原子论找到了历史源头。

“近代原子之父”道尔顿认为原子是组成物质的最小微粒，具有不可分割性。那么，原子内部到底有没有结构？原子不可分割的神话能否被打破呢？

1897年，汤姆生系统地研究了阴极射线的性质。实验发现，阴极射线能在磁场和电场中偏转，说明阴极射线是带负电的粒子流。他利用阴极射线在电磁场中的偏转作用测出了这种粒子的荷质比。他发现，无论改变放电管的气体种类还是改变放电管内的阴极材料，所产生的阴极射线的性质都不改变。这说明阴极产生的粒子是所有原子共有的组分。汤姆生采纳了物理学家斯托内(G.J.Stoney)的建议，将这种带负电粒子定名为“电子”。汤姆生测电子荷质比是科学史上著名的定量实验。实验测得电子的质量比氢原子的质量要小得多，前者大约是后者的1/2000。汤姆生用实验证实了电子的存在，完全打破了“原子不可分割”这一传统观念，使人们对物质组成的认识进入了一个新阶段。由于其卓越贡献，汤姆生于1906年获诺贝尔物理学奖。

汤姆生继续进行更有系统的研究，尝试描绘原子结构。汤姆生提出的模型中，电子分布在球体内有点像葡萄干点缀在一块蛋糕里，故人们把汤姆生原子模型称为“葡萄干蛋糕”模型。它不仅能解释原子为什么是电中性的，电子在原子里是怎样分布的，而且能解释阴极射线和金属在紫外线照射下可发出电子的现象。根据这个模型还能估算出原子的大小约10-8cm，这是件了不起的事情。由于汤姆生模型能解释当时很多的实验事实，而且汤姆生本人威望甚高，所以他的模型很快被许多人所接受。

1895年，在荷兰出生并长大的英籍物理学家卢瑟福来到英国卡文迪许实验室，跟随汤姆生学习，成为汤姆生第一位来自海外的研究生。卢瑟福勤奋好学，在汤姆生的指导下，1898年，卢瑟福在做他的第一个实验——放射性吸收实验时发现了α射线。1908年，他辨明了α射线其实是带两个单位正电荷的粒子流，粒子的质量等于氢原子的4倍，也就是等于氦原子的质量。卢瑟福对α射线情有独钟，利用它进行了一系列实验。1910年，他指导研究生盖革、马斯登进行了著名的“a粒子散射实验”。他们用一束带正电、质量比电子大得多的α粒子轰击金箔时发现：①大部分α粒子(即氦核)遇到金片后“如入无人之境”，可以大摇大摆地通过；②少数α粒子偏转一定角度；③极少数α粒子偏转得特别厉害，好像遇到了坚不可摧的硬物被反射回来。

为什么大多数α粒子不改变原来的运动方向？为什么少数α粒子改变了原有的运动路径？为什么极少数α粒子会被反弹回来？为什么α粒子被弹回来了，核却没有被弹出呢？卢瑟福推想，α粒子一定是碰到某种极为坚硬并与α粒子带有同种电荷的东西。在做了大量实验和理论计算与深思熟虑后，受“大宇宙和小宇宙相似”哲学思想的启发，他于1911年大胆地提出了有核原子模型，推翻了老师汤姆生的“葡萄干蛋糕”原子模型。

卢瑟福认为：“原子内部大部分是空空洞洞的空间，原子由原子核和核外电子构成，带正电的核位于原子中心，质量很大，原子的质量主要集中在原子核上；电子带负电，在核的周围空间沿着不同的轨道高速运动，就像行星环绕太阳运转一样。”卢瑟福的理论开拓了研究原子结构的新途径，为原子科学的发展立下了不朽的功勋。

卢瑟福理论吸引了一位来自丹麦的年轻人玻尔，他在卢瑟福模型的基础上提出了电子在核外的量子化轨道，解决了原子结构的稳定性问题，描绘出了完整而令人信服的原子结构学说。玻尔发现原子的“太阳行星”模型存在严重的缺陷：首先这是一个不稳定的电子运动系统，因为当电子绕核运动时应该不断地辐射电磁波，电子的运动能量也应不断减少，最后会使电子坠落到原子核上，原来的原子很快就会毁灭，这显然与事实不符。其次，电子在绕核运动中能量逐渐减少，辐射的电磁波的频率应是逐渐变化的，发出的光谱应是连续的；但实际测得的原子光谱，却不是连续的光谱，而是由分立的谱线组成，这又是“太阳行星”模型无法解释的。

1913年玻尔依据普朗克的量子理论，提出了原子的量子化轨道模型的假说。他描绘出绕核运转的电子，仅在某些一定的轨道上运行，电子在这些特定轨道上运动时，既不吸收能量也不辐射能量。而且电子可以从一个轨道跳到另一个轨道上，当电子从能量高的轨道向能量低的轨道跃迁时，它们就发射电磁波；反之就吸收电磁波。显然，由于电子在原子中各稳定态(轨道)的能量是分立的(不连续的，即量子化的)，所以所获得的光谱线的频率自然也是分立的。玻尔的量子化轨道模型成功地解释了氢原子的原子线状光谱，也解答了电子为什么不会落到原子核上的问题。

玻尔的原子模型可以说是最后一个易于描绘的原子模型。实际上，电子这样的微观粒子的运动都具有粒子和波的二象性，比上述的模型要复杂得多。直到1925年，表述微观粒子波粒二象性的量子力学建立后，人们才认识到原子没有一定的形状，电子也没有精确的轨道。1935年，科学家们提出了原子结构的“电子云模型”。

这样，原子结构模型的研究和发展经历了以下过程：道尔顿的“实心球”模型→汤姆生的“葡萄干蛋糕”模型→卢瑟福的“行星太阳”模型→玻尔的量子化轨道模型→电子云模型。

人们认识事物的过程，是反复实践和认识的过程，在实践中人类对事物的认识逐渐深入。对于科学规律的认识过程也符合这种循环关系。科学发展史告诉我们，许多理论并不是真理，只是人们具有阶段性的认识，只有经过实践的检验，这些理论才能更正确、更丰富，不断接近真理。比如原子结构模型的发展历程，在当时看来，每一种模型的提出都是具有创造性并且非常符合客观规律的，但是随着科学技术的不断发展，人们发现了更多新的实验事实，从而推动了原子结构理论继续补充、修正和发展。正是通过每一次的修正和完善，原子结构理论才越来越清晰。这也告诉我们：创新是对原有思想的解放性突破，是科学发展的驱动力。科学没有终极真理，科学探索永无止境。

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