對貴港市2017年中考物理第8題的商榷

任少鐸

[摘? ?要]廣西貴港市2017年中考物理第8題，存在一定的缺陷，值得商榷。通過查閱相關書籍和資料，具體分析了題目中的缺陷及其影響，以期能引起命題者的重視，促進各地中考命題的嚴謹性和科學性。

[關鍵詞]貴港市;2017年;中考物理;第8題

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）14-0066-01

每年中、高考，都會有很多令人耳目一新的原創題，這些新題往往結合科技前沿，聯系生活經驗，在考查學生知識掌握程度的同時，又注重對學生核心素養的培養。但編制試題時，應當深入了解科技前沿、深入考證所列舉的物理知識是否科學嚴謹，從而避免錯誤。下面結合廣西貴港市2017年中考物理第8題進行分析。

一、中考原題再現

下列各項排列中，按照尺度的數量級由大到小排列的是（）。

A.銀河系、太陽系、地球、生物體、分子、原子核、夸克、電子

B.太陽系、銀河系、地球、生物體、原子核、分子、電子、夸克

C.銀河系、太陽系、地球、生物體、原子核、分子、夸克、電子

D.太陽系、銀河系、地球、生物體、分子、原子核、夸克、電子

根據題意，按照空間尺寸由大到小排列，應該是：銀河系、太陽系、地球、生物體、分子、原子核。因此根據排除法可得答案為A。但是A選項卻認為按照空間尺度，夸克比電子大，這一點是沒有任何理論依據的。

二、夸克和電子的大小目前仍未確定

1.電子的大小目前仍未確定

從1897年湯姆生發現電子起，人們便一直試圖測量電子的大小。

1965年，著名物理學家丁肇中（1976年諾貝爾物理學獎獲得者）打破權威，在德國使用不同的方法測量電子半徑，證明電子是沒有體積的，它的半徑小于10-16米。

德國-美國物理學家漢斯·格奧爾格·德默爾特因“開發離子阱技術”而獲得1989年諾貝爾物理學獎，他從1956年開始研究怎樣建造離子阱，且不斷改善此技術，并最終取得成果。通過勢阱對電子進行了長達3個月的限制，并不斷減小勢阱，但是，并沒有做出小到電子放不進去的勢阱，由此得出電子半徑小于10-22米。

到目前截止，包括丁肇中在內的許多科學家都一直在找電子的半徑，但仍沒有答案。

2.夸克的大小目前也仍未確定

從1964年蓋爾曼提出夸克理論，到1995年費米實驗室觀測到最后一種夸克頂夸克，目前，實驗中已經觀測到六味夸克。夸克理論認為，夸克都是被囚禁在粒子內部的（稱為夸克禁閉），不存在單獨的夸克。迄今為止，人類尚未觀測到“獨立”的夸克。對于夸克的大小，目前尚無結論，只能給出其半徑上限，小于10 -19米。

目前，夸克半徑究竟多大，仍沒有答案。

3.半徑概念是宏觀概念，微觀世界里不存在半徑概念

現代物理的基礎理論是量子場論，電子和夸克都是場的激發態，場理論的自洽性要求所有基本粒子都是無測度的點，也就是說基本粒子沒有大小。

2012年7月，歐洲大型強子對撞機發現了希格斯玻色子（即所謂“上帝粒子”），填補了標準模型所缺失的這最后一片拼圖。彼得·希格斯亦因為從理論上預測了萬物質量之源——希格斯玻色子的存在而獲得2013年諾貝爾物理學獎。根據標準模型，每一種基本粒子都有不同的質量、電荷、自旋、磁矩等特性。標準模型并不是很關心基本粒子的“大小”，因為基本粒子在一般的理論上， 都被直接當作“質點”，都是無內部結構的零直徑粒子。

量子力學認為，包括夸克，弦在內的物質單元都是量子，即波粒二象性物質形式。粒子性決定了粒子是有半徑的，但量子力學的測不準原理不允許我們精確測量基本粒子的大小;波動性決定了粒子不會有固定占據多少空間的量（也就是我們所謂的沒有體積），波有頻率、有波長、有振幅……但是不會有體積。

因此，物理學里通常不會論及基本粒子的半徑大小，因為半徑概念是宏觀概念，微觀世界里不存在半徑概念。如果硬要說粒子大小，亦不是其線度大小，而是其相互作用的尺度大小（丁肇中教授亦是利用散射測定電子所占據的空間的大小）。

三、題目錯誤分析及修改建議

目前夸克和電子的大小都未有具體數據，僅有半徑上限。因此題中認為夸克尺度的數量級大于電子尺度的數量級顯然是不合理的。

更重要的是，半徑概念是宏觀概念，微觀世界里不存在半徑概念。現代物理學中，夸克與電子都屬于基本粒子，具有波粒二象性，題目用宏觀概念去恒量微觀粒子，并不妥當。

初中階段，學生主要掌握物質的基本結構即可，不必深究基本粒子與量子力學。因此，筆者建議，每個選項里可以把電子或夸克去掉，考查學生對物質的基本結構是否了解即可。

（責任編輯 易志毅）