概述
二十世紀初，拉塞福(Rutherford11871-1937)由實驗結果(阿伐粒子散射實驗)推斷出原子模型。根據他的模型，原子是由原子核與核外的電子構成的。根據他的模型，原子是由原子核與核外的電子構成的。原子核帶正電，位居原子中心，體積極小，而質量比電子大很多，電子受原子核吸引，環繞原子核做鏇轉運動，如下圖所示，電子運動的範圍即視為原子的大小。原子核帶正電，位居原子中心，體積極小，而質量比電子大很多，電子受原子核吸引，環繞原子核做鏇轉運動，如下圖所示，電子運動的範圍即視為原子的大小。如果把電子在原子核外運動的範圍假想為操場，則原子核的大小如同放在操場中心的十元硬幣罷了。如果把電子在原子核外運動的範圍假想為操場，則原子核的大小如同放在操場中心的十元硬幣罷了。
模型特色
在拉塞福散射裏，原子的電子雲不會影響阿爾法粒子的散射運動。在拉塞福散射里，原子的電子云不會影響阿爾法粒子的散射運動。
原子所有的正電荷，都集中於原子中心的很小區域內，稱為原子核。原子所有的正電荷，都集中於原子中心的很小區域內，稱為原子核。原子核的庫侖位勢造成了阿爾法粒子的散射。原子核的庫侖位勢造成了阿爾法粒子的散射。
原子量大的原子（像金原子），稱為重原子，其質量幾乎全部都聚集於原子核。原子量大的原子（像金原子），稱為重原子，其質量幾乎全部都聚集於原子核。實驗結果的分析，顯示出高速度阿爾法粒子的散射並沒有使原子核移動。實驗結果的分析，顯示出高速度阿爾法粒子的散射並沒有使原子核移動。與電子的動量相比，高速度阿爾法粒子擁有很大的動量，可是比較重原子又小了很多。與電子的動量相比，高速度阿爾法粒子擁有很大的動量，可是比較重原子又小了很多。這事實建議大多數原子的質量都聚集於原子核。這事實建議大多數原子的質量都聚集於原子核。
實驗證據
拉塞福拉塞福散射實驗使用阿爾法粒子來探測原子的結構。拉塞福散射實驗使用阿爾法粒子來探測原子的結構。1909年，在恩師拉塞福的指導下，漢斯·蓋革和歐內斯特·馬士登發射阿爾法粒子射束於很薄很薄，只有幾個原子厚度的金箔紙[2]。1909年，在恩師拉塞福的指導下，漢斯·蓋革和歐內斯特·馬士登發射阿爾法粒子射束於很薄很薄，只有幾個原子厚度的金箔紙[2]。在那時代，原子被認為類比於梅子布丁（物理學家湯姆森提出的），負電荷（梅子）分散於正電荷的圓球（布丁）。在那時代，原子被認為類比於梅子布丁（物理學家湯姆森提出的），負電荷（梅子）分散於正電荷的圓球（布丁）。假若這梅子布丁模型是正確的，由於正電荷完全散開，而不是集中於一個原子核，庫侖位勢的變化不會很大，通過這位勢的阿爾法粒子，其移動方向應該只會有小角度偏差。假若這梅子布丁模型是正確的，由於正電荷完全散開，而不是集中於一個原子核，庫侖位勢的變化不會很大，通過這位勢的阿爾法粒子，其移動方向應該只會有小角度偏差。
然而，他們得到的實驗結果非常詭異，大約每8000個阿爾法粒子，就有一個粒子的移動方向會有很大角度的偏差（超過90°）；而其它粒子都直直地衝過金箔紙，沒有任何偏差。然而，他們得到的實驗結果非常詭異，大約每8000個阿爾法粒子，就有一個粒子的移動方向會有很大角度的偏差（超過90°）；而其它粒子都直直地衝過金箔紙，沒有任何偏差。從這結果，拉塞福斷定，大多數的質量和正電荷，都集中於一個很小的區域（原子核）；電子則包圍在區域的外面。從這結果，拉塞福斷定，大多數的質量和正電荷，都集中於一個很小的區域（原子核）；電子則包圍在區域的外面。當一個（正價）阿爾法粒子移動到非常接近原子核，它會被很強烈的排斥，以大角度反彈。當一個（正價）阿爾法粒子移動到非常接近原子核，它會被很強烈的排斥，以大角度反彈。原子核的小尺寸解釋了為什麼只有少數的阿爾法粒子被這樣排斥。原子核的小尺寸解釋了為什麼只有少數的阿爾法粒子被這樣排斥。從純屬對稱性和審美性的觀點，這個質量與電荷集中的區域，應該處於原子中心。從純屬對稱性和審美性的觀點，這個質量與電荷集中的區域，應該處於原子中心。
1911年，拉塞福提出他自己的物理模型，詮釋這些突如其來的答案。1911年，拉塞福提出他自己的物理模型，詮釋這些突如其來的答案。原子，是由一個帶正電荷的中心區域（這就是現代的原子核，雖然拉塞福沒有想到這術語），和環繞在這區域外面的電子雲層，所構成的。原子，是由一個帶正電荷的中心區域（這就是現代的原子核，雖然拉塞福沒有想到這術語），和環繞在這區域外面的電子云層，所構成的。
從能量守恆定律，拉塞福推理，知道阿爾法粒子的速度，就可以知道阿爾法粒子的撞擊能夠達到與原子核的最小距離。從能量守恆定律，拉塞福推理，知道阿爾法粒子的速度，就可以知道阿爾法粒子的撞擊能夠達到與原子核的最小距離。稍加計算，他得到金原子的原子核半徑必小於稍加計算，他得到金原子的原子核半徑必小於（真實值只是這數值的五分之一）。（真實值只是這數值的五分之一）。金原子的半徑大約是金原子的半徑大約是。。這是一個令人驚訝的結果，所有的正電荷都聚集於原子中心一個很小區域，其半徑小於三千分之一原子半徑！這是一個令人驚訝的結果，所有的正電荷都聚集於原子中心一個很小區域，其半徑小於三千分之一原子半徑！
拉塞福模型並沒有給予電子的環繞運動任何結構。拉塞福模型並沒有給予電子的環繞運動任何結構。在拉塞福的1911年論文裏，他提到了長岡半太郎的半太郎模型，一個從馬克士威的土星環穩定理論得到的點子[3]，建議電子的軌道就像土星環。在拉塞福的1911年論文裡，他提到了長岡半太郎的半太郎模型，一個從馬克士威的土星環穩定理論得到的點子[3]，建議電子的軌道就像土星環。
拉塞福更進一步地建議原子中間的單位電荷數目可能與其原子量成比例（大約一半）。拉塞福更進一步地建議原子中間的單位電荷數目可能與其原子量成比例（大約一半）。那時，金的原子量估計為197amu。那時，金的原子量估計為197amu。所以，拉塞福猜想單位電荷數目是98個單位電荷左右。所以，拉塞福猜想單位電荷數目是98個單位電荷左右。這數子與金原子的原子序79（那個年代，在週期表的位置次序）相差甚遠，拉塞福並沒有正式地建議兩個數量可能完全一樣。這數子與金原子的原子序79（那個年代，在周期表的位置次序）相差甚遠，拉塞福並沒有正式地建議兩個數量可能完全一樣。
有核原子模型
拉塞福在1898年研究放射性時發現a、B射線，並經過多年工作，在1908一1909年證明a粒子就是氦離子He。他在研究a射線對物質的作用時，發現a射線在底片上形成的圖像會由於極薄物質的散射作用而變得邊緣模糊。根據J.J.湯姆生的散射理論可以解釋這個現象。
1908年拉塞福的助手蓋革(H．Geiger，1882一1945)在用閃爍法觀測a散射時，發現金箔的散射作用比鋁箔強。拉塞福建議蓋革系統地考察不同物質的散射作用，以便在"這些物質的散射能力和遏止能力之間建立某種聯繫"，並讓學生馬斯登(E.Marsden)協助工作。他們的射線管長達4米，本來是希望使a射束儘量地窄，以便測出準確數據。然而，出乎意料地卻在閃鋅屏上總出現不正常的閃光，有可能是經管壁反射所致。為此，拉塞福建議他們試試讓a粒子從金屬表面上直接反射，這就導致了馬斯登發現了a射線大角度散射的驚人結果。1909年，他們報導說:
"a粒子的漫反射取得了判決性證據。一部分落到金屬板上的a粒子方向改變到這樣的地步，以致於重現在入射的一邊。"a粒子經反射後落到閃鋅屏上，平均角度為90，在屏上不同位置統計反射粒子數，得到"入射的a粒子中每8000個粒子有一個要反射回來的統計結果。
當拉塞福知道這個結果時，實在難以置信，因為這無法用J.J.湯姆生的實心帶電球原子模型和散射理論解釋。即使用湯姆生後來提出的多次散射理論，也祇能定性地說明這一反常現象，而多次散射的幾率則小到微不足道，比1/800O的結果相差太遠了。
後續模型
拉塞福模型很快地，學者們發覺拉塞福模型，雖然擁有一些引人欣賞的性質，但也引起一個很嚴重的問題。很快地，學者們發覺拉塞福模型，雖然擁有一些引人欣賞的性質，但也引起一個很嚴重的問題。由於環繞著原子核的電子，不斷地做加速度運動。由於環繞著原子核的電子，不斷地做加速度運動。根據電動力學的經典理論，加速度運動中的電子會發射輻射，同時失去能量，造成了原子的不穩定。根據電動力學的經典理論，加速度運動中的電子會發射輻射，同時失去能量，造成了原子的不穩定。為了挽救模型的主要性質，尼爾斯·波耳認為必須修改電子的軌域運動規則。為了挽救模型的主要性質，尼爾斯·波耳認為必須修改電子的軌域運動規則。因此，他發表了波耳模型。因此，他發表了波耳模型。過了不久，拉塞福模型就被性質比較優秀的波耳模型取代了。過了不久，拉塞福模型就被性質比較優秀的波耳模型取代了。這模型引用了一些早期量子力學的實驗結果來設定電子的物理行為，限制電子的軌道為平面的圓形軌道。這模型引用了一些早期量子力學的實驗結果來設定電子的物理行為，限制電子的軌道為平面的圓形軌道。擴展亨利·莫塞萊的成果，波耳認定原子核的單位電荷數目與原子序有直接的關係。擴展亨利·莫塞萊的成果，波耳認定原子核的單位電荷數目與原子序有直接的關係。由於波耳模型是拉塞福模型的改良，有些物理學書本將兩個模型合併，將波耳模型稱為拉塞福-波耳模型。由於波耳模型是拉塞福模型的改良，有些物理學書本將兩個模型合併，將波耳模型稱為拉塞福-波耳模型。
這些二十世紀初期的發展，研究原子的物理結構，關鍵地開啟了現代的原子物理學和量子力學。這些二十世紀初期的發展，研究原子的物理結構，關鍵地開啟了現代的原子物理學和量子力學。
拉塞福簡介
拉塞福
第一個改變元素的拉塞福第一個改變元素的拉塞福
他成功的證明了氮原子核，會被快速的阿伐粒子撞擊而分裂，並放出氧原子核，這個偉大的實驗，使得拉塞福成為第一個改變元素的人。他成功的證明了氮原子核，會被快速的阿伐粒子撞擊而分裂，並放出氧原子核，這個偉大的實驗，使得拉塞福成為第一個改變元素的人。
拉塞福的個子不高，身體很強壯，雖然長期在實驗室裏工作，但是非常喜歡戶外生活，有人說他的外表看起來像是一個典型的農夫。拉塞福的個子不高，身體很強壯，雖然長期在實驗室里工作，但是非常喜歡戶外生活，有人說他的外表看起來像是一個典型的農夫。不錯，他的確是個性情溫和而有理想的農夫，在科學的園地裏，始終努力不懈的耕耘著。不錯，他的確是個性情溫和而有理想的農夫，在科學的園地里，始終努力不懈的耕耘著。這個偉大的原子物理學家是英國人，出生與少年時代在紐西蘭，曾經因為研究元素的放射性理論，獲得了一九０八年的諾貝爾化學獎。這個偉大的原子物理學家是英國人，出生與少年時代在紐西蘭，曾經因為研究元素的放射性理論，獲得了一九０八年的諾貝爾化學獎。
拉塞福五歲的時候，就開始接受小學教育，說來你也許不相信，在那小小的年紀，他就已經擁有一本「物理學入門」的書，他還在書的封面寫上自己的名字呢。拉塞福五歲的時候，就開始接受國小教育，說來你也許不相信，在那小小的年紀，他就已經擁有一本「物理學入門」的書，他還在書的封面寫上自己的名字呢。那個時候，他的父親正忙著生產枕木和切割亞麻的工作。那個時候，他的父親正忙著生產枕木和切割亞麻的工作。亞麻是一種生長在沼澤地帶的植物，有堅韌狹長的葉子，父親為了採割亞麻，每天都得待在偏僻而荒涼的地方工作，只有等到週末，才能回家團聚，教育孩子的責任，幾乎都落在母親的身上。亞麻是一種生長在沼澤地帶的植物，有堅韌狹長的葉子，父親為了采割亞麻，每天都得待在偏僻而荒涼的地方工作，只有等到周末，才能回家團聚，教育孩子的責任，幾乎都落在母親的身上。他的母親是一位節儉而勤勉的婦人，更有一顆仁慈的心腸，家裏孩子多，收入也有限，在她的精打細算下，不但使一家過著快樂的日子，還時常捐款救濟貧苦的印第安人。他的母親是一位節儉而勤勉的婦人，更有一顆仁慈的心腸，家裡孩子多，收入也有限，在她的精打細算下，不但使一家過著快樂的日子，還時常捐款救濟貧苦的印第安人。
獲得獎學金
拉塞福的國中生活，是在紐西蘭狐崗和海夫洛克的郡立中學度過的。拉塞福的國中生活，是在紐西蘭狐崗和海夫洛克的郡立中學度過的。國中畢業，他決定爭取尼爾生學院高院中學的獎學金，如果被選上了，不但可以免費就讀高中，每年還補助四十英磅的膳宿費。國中畢業，他決定爭取尼爾生學院高院中學的獎學金，如果被選上了，不但可以免費就讀高中，每年還補助四十英磅的膳宿費。不過，這個獎學金以前一直都由城市的學生獲得，因為鄉下學生的知識比城市的學生落後太多了，拉塞福卻以總分五八０分（滿分為六００分）的優異成績，取得了獎學金。不過，這個獎學金以前一直都由城市的學生獲得，因為鄉下學生的知識比城市的學生落後太多了，拉塞福卻以總分五八０分（滿分為六００分）的優異成績，取得了獎學金。一八八七年二月，拉塞福在父親的陪同下，從他居住的鄉村，騎著馬，翻山越嶺到尼爾生學院報到。一八八七年二月，拉塞福在父親的陪同下，從他居住的鄉村，騎著馬，翻山越嶺到尼爾生學院報到。當時，這個學校的學生只有八十人，課餘時間，老師常常帶他們到附近的鄉間郊遊，把他們當做自己的孩子般，悉心照顧著，師生之間，建立了濃厚的感情。當時，這個學校的學生只有八十人，課餘時間，老師常常帶他們到附近的鄉間郊遊，把他們當做自己的孩子般，悉心照顧著，師生之間，建立了濃厚的感情。拉塞福喜歡討論幾何問題。拉塞福喜歡討論幾何問題。這段求學的時光，在拉塞福的腦海留下難忘的回憶，他離開尼爾生學院很多年了，還常常對著夜空，輕輕呼喚著尼爾生、尼爾生．這段求學的時光，在拉塞福的腦海留下難忘的回憶，他離開尼爾生學院很多年了，還常常對著夜空，輕輕呼喚著尼爾生、尼爾生．．．．．。。這個令他懷念的學府，即使在他臨終的時候，還不忘叮嚀他的太太：這個令他懷念的學府，即使在他臨終的時候，還不忘叮嚀他的太太：
「要捐一百鎊給尼爾生學院，你會了解我的理由．．．．。」「要捐一百鎊給尼爾生學院，你會了解我的理由．．．．。」
說完，又再一次叮嚀：「記住，一百鎊．．．給．．．尼爾生學院．．．．」說完，又再一次叮嚀：「記住，一百鎊．．．給．．．尼爾生學院．．．．」
無疑的，尼爾生學院，是一所設備完善的學校。無疑的，尼爾生學院，是一所設備完善的學校。
拉塞福在學校的表現相當突，出成績也一直名列前矛，他在數學及物理上的良好基礎，可說是在這個學院奠定起來的。拉塞福在學校的表現相當突，出成績也一直名列前矛，他在數學及物理上的良好基礎，可說是在這個學院奠定起來的。拉塞福有一顆聰明的腦袋和堅強的意志。拉塞福有一顆聰明的腦袋和堅強的意志。但是他不像書呆子那般，整天埋首在書堆中。但是他不像書呆子那般，整天埋首在書堆中。假日，他除了整理庭園、幫忙家務外，並且常到父親的鋸木廠和亞麻廠工作。假日，他除了整理庭園、幫忙家務外，並且常到父親的鋸木廠和亞麻廠工作。
一八九０年，拉塞福進入坎特布里學院。一八九０年，拉塞福進入坎特布里學院。就在這個時候，不幸的事情接連發生了。就在這個時候，不幸的事情接連發生了。有一天，拉塞福的兩個弟弟乘著一條船，行駛在桑德斯河上，風浪很大，船在大河中不穩的搖擺著，忽然，一個大浪打來，船就翻覆了，他的兩個弟弟隨即失去了蹤影。有一天，拉塞福的兩個弟弟乘著一條船，行駛在桑德斯河上，風浪很大，船在大河中不穩的搖擺著，忽然，一個大浪打來，船就翻覆了，他的兩個弟弟隨即失去了蹤影。父親和哥哥們沿著河岸，找尋了三個月，卻找不到兩個弟弟的屍體。父親和哥哥們沿著河岸，找尋了三個月，卻找不到兩個弟弟的屍體。他的母親悲傷不已，臉上也看不見往日的歡笑了，拉塞福也難過好些日子。他的母親悲傷不已，臉上也看不見往日的歡笑了，拉塞福也難過好些日子。不，久他的父親又在工作中受了傷，折斷五根肋骨。不，久他的父親又在工作中受了傷，折斷五根肋骨。康復以後，政府卻中止了購買枕木的合約，父親覺得這樣下去，無法維持一家的生活，便騎著馬從威靈頓出發，往北方走去，打算尋找一塊適合種植亞麻的地方，終於在旁加列胡，買下了一塊土地，全家也隨著搬到旁加列胡。康復以後，政府卻中止了購買枕木的契約，父親覺得這樣下去，無法維持一家的生活，便騎著馬從威靈頓出發，往北方走去，打算尋找一塊適合種植亞麻的地方，終於在旁加列胡，買下了一塊土地，全家也隨著搬到旁加列胡。父親專心做著亞麻生產的工作一不久就發達起來了。父親專心做著亞麻生產的工作一不久就發達起來了。
在坎特布里學院，拉塞福很幸運的遇見了兩位他最敬仰的教授，一位是教數學的科克；一位是教物理和化學的畢克頓。在坎特布里學院，拉塞福很幸運的遇見了兩位他最敬仰的教授，一位是教數學的科克；一位是教物理和化學的畢克頓。在他們的引導下，拉塞福對科學研究的好奇心，愈來愈強烈，尤其是畢克頓的實驗室，使他獲得許多基本的技術和知識。在他們的引導下，拉塞福對科學研究的好奇心，愈來愈強烈，尤其是畢克頓的實驗室，使他獲得許多基本的技術和知識。
