从计算结果可以知道，质子的质量大约是电子质量的两千倍。可见，电子的质量仅占整个原子质量的很小一部分。
电子发现后的10多年间，经过许多物理学家的潜心研究、精确测量，这位不速之客的“脸谱”已被世人初步看清。人类第一个认识的小客体，神通越来越大。如今，已成为人们生产、生活当中离不开的、亲密无间的小伙伴了。
古原子论的“破产”
长期以来，人们一直认为原子是构成物质的最小单元，它不能再被分割了。这种物质的原子学说“统治”人们已长达2000多年。电子的发现，终于冲破了古原子论的桎梏，揭示了原子的可分性，人类对原子的认识由此揭开了新的篇章，古原子论也被送入了“历史博物馆”。
电子带有负电荷，而整个原子是显中性的，这表明原子内部必然存在着带有正电荷的部分。由此不难看出，原子并不是一个“实心球”，而是有着复杂的内部结构。这一结论，很快在物理学界引起共识，众多物理学家为此产生了广泛的兴趣，也必将引导人们去深入地研究与探索。于是，各种各样的原子模型便应运而生，揭开了以原子为对象，探寻微观世界奥秘的新时代。
众所周知，电子是微观世界大家族中一个主要成员，在生产、生活、科学研究各个方面扮演着非常重要的角色。从发现电子至今的百年间，它为人类的生存与发展做出了杰出的贡献。
西瓜模型
1897年电子的发现，是研究原子微观结构的一个重大突破。电子是一切原子的组成部分，又由电子荷质比的测定知道电子的质量比整个原子的质量小得多。根据这些实验事实和当时已经建立起来的理论知识，许多人提出的各种原子模型中，具有代表性的当属汤姆逊1898年提出的原子模型，后来又经过不断的修正和完善，成为早期的原子结构模型。这个模型的内容可以归纳为三个方面：
（1）原子中带正电荷的部分是一个原子大小的、具有弹性的、呈冻胶状的小球。正电荷均匀地分布在整个原子中；一个一个的电子就嵌在正电荷中；电子的多少刚好使它们带的负电荷恰好能够抵消掉正电荷，这样，整个原子就不会带电。
（2）电子围绕平衡位置作简谐振动，同时不断地向外辐射能量。
（3）电子振动的频率等于它向外辐射的频率，也就是原子发射光谱的频率。
针对汤姆逊原子模型的内容，有人形象地把这种模型比喻为西瓜，红的瓤好比正电荷的分布，“嵌在”上面的黑籽就像一个个带有负电荷的电子，于是便称为“西瓜模型”，也有人把这种模型叫做“葡萄干面包模型”。
汤姆逊模型似乎把当时已经知道的实验现象和理论都包括了，比如，正负电荷的存在及其分布、光谱现象等。为了能够解释元素周期表，汤姆逊还假定电子的分布呈现出环状，每一个环上只能放置有限个电子。第一个环可以摆放5个电子，第二个环上可以放10个电子，依此类推。
汤姆逊建立起来的原子模型是不是正确，符合不符合实际，这些需要通过实验来检验。1903年，勒纳特（1862—1947年）在做阴极射线被物质吸收的实验时，他发现高速运动的电子非常容易地就可以穿过金属薄膜，原子并不象具有半径为10-10米那样大小的一个实球体，原子内显得十分空虚。这样的实验结果与汤姆逊模型所描述的情况不一致，因而引起人们的思索。
1908年，卢瑟福（1871—1937年）和他的学生盖革（1882—1945年）与马斯顿设计了一个非常巧妙的实验，利用能量比较高的α粒子作为炮弹去轰击原子，用来检验汤姆逊原子模型的正确性，这就是物理学史上非常有名的α粒子散射实验。它在打开原子的大门，探索原子内部结构中起着十分重要的作用，也是近代物理实验中具有代表性的一个，正是这个实验进一步揭开了原子结构的秘密。
α粒子散射实验
实验装置示意图参看图2-6。图中R表示放射源，内装有天然放射性元素镭（Ra），利用放射源释放出来的α粒子直接与原子相碰，通过观察α粒子被原子散射的情况，来研究原子内部的结构。实验中使用的α粒子就是氦原子核，它带有两个单位的正电荷，质量差不多是氢原子质量的4倍，运动的速度为光速的1／15。图中D是一组档板，起到限制粒子流的作用，借此可以获得一窄束粒子流。F称为散射靶，选用重金属材料，如金、银、铂等。当时实验选用的是金箔，厚度仅有10-7米。S为荧光屏，M是观察镜，用以观察屏上的闪烁情况。整个装置放在抽成真空的一个大容器里，以避免空气的影响。
按照汤姆逊模型，α粒子被原子散射以后，一般来说散射角度不会很大，平均应小于万分之一弧度。通过理论计算，散射角大于3度的α粒子的数目占α粒子总数要小于1％；而散射角大于90度的仅为10-3500。实验中实际观察的结果又如何呢？被散射的α粒子绝大部分确实属于小角度散射，这一点与理论预言是相符的；然而观察到的大角度散射所占的百分比却远远大于理论计算的数值。盖革和马斯顿所得到的实验结果为1／8000，而且有少数的α粒子散射角度接近180度。这种现象通常称为大角度散射。
面对这样的实验事实，卢瑟福感到异常惊奇，把这看成是他一生中从来未有过的最难以置信的事情，就好像一枚38厘米的炮弹打在一张薄纸上，又被这张纸反弹回来打在自己身上一样。卢瑟福作为汤姆逊的一名学生并没有回避矛盾。他充分尊重这样一个实验结果，并经过严谨的理论推证之后，摒弃了汤姆逊原子模型，并于1911年提出了新的原子结构理论。
太阳系的启示
汤姆逊模型的困境
α粒子的散射过程是α粒子与原子内正、负电荷相互作用的过程。由于α粒子的质量M远大于电子的质量m，电子对α粒子的阻挡作用就如同螳臂挡车，不会引起α粒子运动方向有明显的改变。因此，原子内负电荷的作用完全可以不考虑，只需研究正电荷的作用就可以了。按照汤姆逊模型的思想，正电荷均匀分布在半径为10-10米的原子内，那么α粒子与正电荷之间的相互作用，就相当于两个带电小球之间的相互作用。
假设原子的半径为a，所带的正电荷数用Ze表示，其中的Z为原子序数。α粒子带的正电荷为2e。当α粒子接近以至于接触到原子表面时，α粒子将受到整个原子正电荷的作用。由大家知道的库仑（1736—1806年）定律，两个带电小球之间的作用力为：
F外=14πε02Z2er2
式中，r表示α粒子与原子中心间的距离。当r=α时，作用力的大小变为：
F表=14πε02Z2ea2
由前面的分析，我们已经知道α粒子在库仑力的作用下，不会产生大角度的偏离。
如果α粒子进入到原子内部，如图2-7所表示的位置，情况又会怎么样呢？在这种情况下，对α粒子真正起作用的正电荷只是以r为半径的小球体内的部分，其数值用字母Q来表示。由于正电荷在原子内均匀分布，于是得到：
Q=Ze43πa3·43πr3=Zea3r3
这时，α粒子与带正电荷Q的小球之间的作用是：
F内=14πε02e·Qr2=14πε02Z2ea3r
由表示式不难看出，F内的大小是与r成正比的，α粒子越深入到原子内部，r的数值就越小，F内的数值也越小。这样，α粒子在原子内部受到的作用力要小于在原子外部的情况。因而α粒子产生大角度的散射就根本不可能。
从上面分析可以清楚地表明，用汤姆逊原子模型解释α粒子的大角度散射现象是行不通的。由于这种模型的基本思想与实验事实不符，因而被彻底否定了。
缩小的太阳系
为了解决这个矛盾，原子内部的正电荷只能有一种分布形式——整个原子的正电荷完全集中在原子中心处一个很小的范围内。这时，α粒子深入到原子内部以后，仍然受到整个原子正电荷的作用。由库仑定律可知，作用力的大小与r2（r为α粒子到原子中心的距离）成反比。这样，α粒子越靠近原子的中心，受到的作用力就越大，定会引起α粒子运动的方向发生明显的改变。如果是对心相碰的话，α粒子被反弹回来，散射角可达到180°。
依据这种理论，卢瑟福分析了α粒子散射实验以后，明确地指出：“经过思考，我认为反向散射必定是单次碰撞的结果。而当我做出计算时看到，除非采用一个大部分质量都集中在微小核内的原子系统，否则无法得到符合上述数量级的结果，这就是我后来提出的原子有一个体积很小而质量却很大的核心的想法。”这个“核心”后来被称为原子核。这段话非常生动地描述了卢瑟福有核模型提出的实验依据和思想基础。
在汤姆逊模型的基础上，受太阳系组成的启示，卢瑟福于1911年建立起新的原子模型，内容可以概括为：
（1）原子是由带正荷的原子核和带负电荷的电子构成的；
（2）原子核的体积要比整个原子的体积小得多；
（3）原子绝大部分的质量都集中在原子核里；
（4）电子在核外围绕着原子核运动。
这种模型称为原子有核模型。由于原子的结构与太阳系的组成非常相似，于是又称这种模型为“行星式模型”（图2-8）。
为了进一步阐明新模型的正确性，卢瑟福在核式模型的基础上建立了可以通过实验直接进行验证的理论——α粒子散射理论。
依据这个理论，α粒子与原子核之间的相互作用，给出一些可以通过实验检验的结论。1913年，盖革和马斯顿对这些结论逐一加以验证。
