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(chuàng)題，這些新題往往結合科技前沿，聯(lián)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(yǎng)的培養(yǎng)。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(xiàn)

下列各項排列中，按照尺度的數(shù)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(jù)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(jù)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(jù)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(fā)現(xiàn)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(fā)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?？淇死碚撜J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(xiàn)代物理的基礎理論是量子場論，電子和夸克都是場的激發(fā)態(tài)，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(fā)現(xiàn)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(jù)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(jù)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?。ǘ≌刂薪淌谝嗍抢蒙⑸錅y定電子所占據(jù)的空間的大?。?/p>

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(shù)據(jù)，僅有半徑上限。因此題中認為夸克尺度的數(shù)量級大于電子尺度的數(shù)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?，F(xiàn)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）