第一节 电子的发现
人们一直认为，原子是物质的最小单位，不能再分割。直到19世纪末，科学家在实验中发射一种阴极射线，刚开始对它没有本质上的认识，后来汤姆孙不是证明电子波动性的汤姆逊，他用实验证明了该射线是带电的，其电量与氢离子电量大致相同，质量却是氢离子质量的几千分之一。后来科学家密立根通过“油滴实验”测出电子的电量，也得出其质量，最终引入了比荷的概念，就是粒子的电荷与质量的比值。后来人们把这种粒子叫做电子。
电子怎么产生的呢？它可以通过光电效应、金属受热、放射性物质等得到。汤姆逊是如何发现该粒子带电的呢？他是在粒子运动的区域放上电场，在电场作用下，粒子会发生偏转，从而确定该粒子带电。当然以前有科学家认为，该射线是不带电的电磁波，那是因为粒子没有在高真空中，受外界影响，看不到偏转罢了。
实验发现，不管加热什么金属材料，都会发射这种粒子，而且这种粒子比最轻的原子都更轻，至此科学家认为，原子里面有更微小的结构单元。电子的发现打开了微观世界的大门，使科学家们不断探寻微观世界的秘密。
第二节 原子的核式结构模型
原子里的正电与负电是如何分布的呢？汤姆逊提出“西瓜模型”，就是说原子是一个球体，正电荷均匀地分布，而负电荷像西瓜籽一样镶嵌其中。这个模型最终被卢瑟福的散射实验而否定。
1、散射实验
粒子射到金箔上，在另一侧用可以转动的放大镜观察，发现几乎所有粒子都可以穿过金箔，只有极少数发生较大偏转，甚至反向运动。这个实验结果用“西瓜模型”无法解释，因为电子质量相对于粒子很小，对粒子几乎没有影响，而如果正电荷均匀分布在原子中，正电荷对粒子的作用力几乎平衡，也不会发生较大的偏转。实验结果与理论矛盾，因此理论需要修正，甚至需要被推翻。根据实验结论，卢瑟福认为正电荷的体积很小，且几乎占据原子的全部质量；电子围绕正电体运动，这个正电体被叫做原子核，也就是原子的核式结构模型。卢瑟福用经典力学计算分析，得出的结果与实验数据相符合，证明这个结构的正确性。
2、原子核的尺寸
一般原子的半径数量级是10的-10次方数量级，而原子核是10的-15次方数量级，是原子半径的十万分之一。
第三节 氢原子光谱
1、光谱：用光栅或棱镜把各种颜色的光按波长展开，获得波长（或频率）与强度的记录，这种记录就是光谱。
光栅：由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件称为光栅(grating)。一般常用的光栅是在玻璃片上刻出大量平行刻痕制成，刻痕为不透光部分，两刻痕之间的光滑部分可以透光，相当于一狭缝。精制的光栅，在1cm宽度内刻有几千条乃至上万条刻痕。这种利用透射光衍射的光栅称为透射光栅，还有利用两刻痕间的反射光衍射的光栅，如在镀有金属层的表面上刻出许多平行刻痕，两刻痕间的光滑金属面可以反射光，这种光栅称为反射光栅。
光谱可以根据特征分为线状光谱、带状光谱与连续光谱，按条纹的明亮程度分成亮条纹与暗条纹。
实验发现，不同的原子发射出不同频率的光，形成不同的线状光谱，通过分析光谱，可以知道物质是由什么元素组成的，这种分析方法叫做光谱分析，它是研究原子世界的钥匙。
2、氢原子光谱的实验规律
气体在强电场中会电离形成正负电荷，其导电时会光，氢气就是这样获得氢原子光谱的。氢原子光谱在不同区域都有，有可见光区、紫外线区、红外线区等。科学家巴尔末在可见光区发现一个规律，用巴尔末公式表达，这个公式反映光谱是分立的，在其他区域也有类似的发现。
3、经典电磁理论遇到的困难
在黑体辐射与光电效应中，经典电磁理论都无法解释实验现象，现在它在解释氢原子光谱时更是遇到困难。按照经典理论，核外电子运动，会形成磁场，会在空间辐射电磁波，自身能量会变小，最终会被正电荷的库仑力所吸引而不稳定，事实是没有这个事情发生，也就是说经典电磁理论遇到了挑战。
而且，电子运动辐射的电磁波应该是连续的，而不是线状的，实验事实是氢原子光谱是线状的。电磁理论与实验不符合，需要提出新的理论来解释。
第四节 玻尔的原子模型
由于实验现象与电磁理论的矛盾，且在普朗克量子论与爱因斯坦光子概念的启发下，丹麦科学家玻尔把分立的观念应用到原子系统里，并提出原子结构假说。
1、玻尔原子理论的基本假说
轨道量子化：也就是说电子运动的轨道不是任意的，而只能取某一些特定的轨道，在这些轨道下电子运动是稳定的，不向外辐射电磁波，这与经典电磁理论完全是背道而驰的。
当电子处于不同的轨道运动时，原子就处于不同的状态，原子就具有不同的能量。因为电子的轨道是分立的，所以原子的能量也是分立的。把量子化的能量叫做能级，把具有确定能量的状态叫作定态，把最低能量的状态叫作基态，其他状态叫作激发态。
辐射条件：如何解释氢原子光谱呢？玻尔提出跃迁的概念，当电子从较高的定态跃迁到较低定态时，会辐射电磁波；相反，当电子从较低定态跃迁到较高定态时，会吸收电磁波。这个公式表示为。
2、玻尔理论对氢光谱的解释
由玻尔的假设出发，就是电子的轨道是分立的，原子的能量是分立的，再根据经典力学与电磁学得出氢原子中电子的轨道半径与相应的能量，如图所示：
从图可以看出，n表示量子数，对应于电子的半径与能量，能量是用ev做单位的，相当于将一个电量为电子电量的粒子移动电压1v时电场力做功的大小，这个单位可以简洁地表示能量，省去了复杂的数据。设离原子核无穷远处为电势能的零点，这时动能也为零，即总能量为零，当电子靠近原子核时，库伦力做正功，电势能减少，所以为负值。
那么减少的能量去哪里了呢？根据玻尔的原子假说，原子从一个高能级跃迁到另一个低能级时，会以光的形式辐射，这就是气体导电发光的原理。
根据玻尔原子理论推导出巴耳末公式，推导出了得伯常量，理论与实验数据符合地很好。巴耳末系是电子从其他激发态跃迁到第二激发态产生的谱线，当电子跃迁到第一、三、四、五时，就会产生其他的谱线，如上图所示。
以上是氢原子的光谱，不同的原子由于结构不同，能量也不同，就会辐射或吸收不同频率的光，就会有不同的谱线，所以说分析光谱，就可以知道原子的结构。
3、玻尔模型的局限性
玻尔的定态原子理论成功解释了氢原子的光谱，但对于复杂的原子，就无法解释，这体现了它的局限性。如何解释其他原子的光谱呢？那就需要更高级的理论了，如量子力学的理论。
量子力学的发展：黑体辐射、光电效应与原子的光谱，都提出了在微观世界里能量是分立的，是量子化的。这推动了对微观世界的探索，同时它解释了很多现象，如导体、绝缘体、半导体，为发展集成电路提供了理论支持。没有量子力学，就没有以计算机为主导的现代工业与信息化技术。
量子现象将继续引导技术的发展与更新，量子卫星也已经升空，希望科技日新月异发展，为人类创造更美好的家园！