第 14 題 ：基本交互作用

 

第 14 題 ：基本交互作用

概念：原子核尺度的基本力（強作用力、靜電力、萬有引力）的量值大小比較。

 

14. 一個氦原子的原子核內有兩個質子與兩個中子，而原子核外則有兩個電子環繞。若氦原子裡兩質子間的靜電力量值為甲，兩中子間的重力量值為乙，一個質子與一個電子間的靜電力量值為丙，兩質子間的強力量值為丁，則這四個量值間的大小關係為下列何者？

(A)甲＝丁＞丙＞乙        

(B)丁＞甲＝乙＞丙        

(C)甲＞丙＞乙

(D)甲＝丙＞乙               

(E)甲＞乙＞丙＞丁

 

出題老師把四大天王全部丟進一個小小的「氦原子」裡，要你當裁判，判斷他們誰的力量最大！ 不要被「靜電力」、「重力量值」、「強力量值」這些名詞嚇到，我們直接召喚國中的大直覺與高一的「四大天王」設定，來一場微觀世界的武道大會吧！ 💡 實戰演練：微觀世界的武道大會 首先，我們來認識一下參賽的四位選手（物理量）： 甲選手（質子推質子的靜電力）： 原子核內兩個帶正電的質子，距離超級無敵近，彼此互相排斥的力量。 乙選手（中子吸中子的重力）： 原子核內兩個中子，因為擁有「質量」而互相吸引的力量。 丙選手（質子吸電子的靜電力）： 躲在原子核內的質子，與在外面很遠很遠軌道上繞圈圈的電子，彼此互相吸引的力量。 丁選手（質子吸質子的強力）： 負責把原子核捏在一起的「強交互作用（強力）」。 準備好了嗎？我們分三個回合來分出勝負！ 【第一回合：誰是全宇宙最強的綠巨人？】兩個帶正電的質子靠得那麼近，理當會因為「同性相斥（甲）」而大爆炸。但是氦原子核卻好端端地存在，這代表什麼？ 代表裡面有一個全宇宙最強的力——「強力（丁）」，死死地把質子給捏住了！既然它能克服質子間的靜電排斥力，那丁絕對大於甲（丁 ＞ 甲）！ 👉 目前排名：丁 ＞ 甲 【第二回合：近戰攻擊 vs. 遠程攻擊（甲與丙的靜電對決）】 甲和丙都是電磁力（靜電力），但它們的「攻擊距離」差很多！ 甲（質子與質子）： 它們都被擠在小小的原子核裡，距離超級近。 丙（質子與電子）： 電子在外圍軌道繞圈圈。你要知道，如果原子是一個棒球場，原子核就只是一顆放在投手丘上的小彈珠！質子跟電子的距離是非常遙遠的。 國中理化教過（庫侖定律），靜電力是**「距離越近，力量越大」。所以距離超近的甲，力量絕對遠大於距離遙遠的丙！（甲 ＞ 丙）** 👉 目前排名：丁 ＞ 甲 ＞ 丙 【第三回合：尋找最弱的角落生物（乙的重力）】 我們說過，重力（萬有引力）是宇宙的建築師，負責管星球運轉。但在微觀的原子世界裡，質子跟中子的「質量」實在是太輕、太輕了！輕到它們之間的重力（乙）簡直微弱到可以完全忽略不計。在四大基本力中，重力絕對是墊底的最後一名！（丙 ＞ 乙） 👉  最終排名出爐：丁 ＞ 甲 ＞ 丙 ＞ 乙 🎯 選項對決：秒殺出題老師的考卷 根據我們的推論，這四個力量的大小完整順序就是：丁 ＞ 甲 ＞ 丙 ＞ 乙。 我們來看看選項： (A) 甲＝丁＞丙＞乙 （錯，強力丁比靜電力甲大） (B) 丁＞甲＝乙＞丙 （錯，重力乙超級弱，不可能等於甲） (C) 甲＞丙＞乙 （這完美符合我們推斷的後半段：甲＞丙＞乙） (D) 甲＝丙＞乙 （錯，距離不同，甲大於丙） (E) 甲＞乙＞丙＞丁 （完全寫反了）   🚀 給探險家的小叮嚀： 這題的正確答案就是 (C)！ 你看！破解這種看似高深的量子或原子結構題，我們根本不需要帶入什麼複雜的常數去計算 還是 。只要你搞懂「強力的本質（宇宙最強）」、「距離對靜電力的影響（越近越強）」以及「重力在微觀世界的無力感」，就能像在看戰鬥力排行榜一樣，三秒鐘把這題 115 年的最新學測題漂亮秒殺喔！恭喜你，你的物理直覺已經無敵啦！

 

這道題目（第 14 題）是一道高度經典的「文字符號對照」與「跨尺度概念比對」的文本判讀題 。雖然它沒有給予任何圖形，但純文字的編碼方式卻隱藏了非常高的認知負荷。 從閱讀理解（Reading Comprehension）與資訊解碼的角度來看，干擾學生判讀的核心點主要有以下四個： 1. 「文字型矩陣」造成的符號配對疲勞與記憶滑脫 這是本題在閱讀時最直覺的干擾點。 文本表象：題目將四種受力情境與四個天干符號（甲、乙、丙、丁）揉雜在一句話裡 ： 「兩質子間的靜電力」  甲 「兩中子間的重力」  乙 「一質子與一電子間的靜電力」  丙 「兩質子間的強力」  丁 閱讀理解的障礙： 這種「多主體、多受力、多代號」的平面敘述，在心理學上會強烈消耗學生的工作記憶（Working Memory）。學生在讀完題目進入選項比對時，大腦必須不斷在「丁是什麼力？丙是誰跟誰？」之間來回切換。 如果缺乏「邊讀邊畫表格（如將文字轉譯為符號矩陣）」的閱讀策略，學生的眼球極易在（甲、乙、丙、丁）高度重疊的句子中產生視覺滑脫，導致在最後排大小時，把「丁（強力）」的物理意義誤植給「甲（靜電力）」，造成非概念性的低級判讀錯誤。   2. 微觀尺度的「距離基模陷阱」（同種力的量值比較） 文本表象：同時出現了「甲（兩質子間的靜電力）」與「丙（一質子與一電子間的靜電力）」 。 閱讀理解的障礙： 這考驗的是學生能否從文本字面擷取出「隱含的空間距離」。 質子與質子（甲）：都在原子核內，距離極短（約 ）。 質子與電子（丙）：一個在核內、一個在核外，距離相對極遠（約 ，相差十萬倍）。 根據庫侖定律，距離越短，靜電力越大（甲  丙）。然而，在學生的語意基模中，質子和電子的電量都是 ，很多學生一讀到「靜電力」，大腦的直覺會立刻跳過距離，直接認定「反正電量都一樣，所以甲＝丙」（完美掉入錯誤選項 A、D 的設計）。文本在此處利用了「文字表面條件的對稱性（都是靜電力、電量都一樣）」，去掩蓋了「空間尺度的不對稱性（核內 vs 核外）」。   3. 「重力與強力」極端數值的心理不確定感 文本表象：出現了「乙（重力）」與「丁（強力）」 。 閱讀理解的障礙： 在自然科學閱讀中，個體對於「極端大」與「極端小」的數值往往缺乏直覺感知。 強力的干擾：在原子核尺度下，強力（丁）必須壓倒質子間的靜電排斥力（甲），否則原子核會炸開，因此「丁 ＞ 甲」 。 重力的干擾：微觀粒子的質量極小，萬有引力（乙）在核內小到可以完全忽略（約  數量級），因此「乙」毫無疑問是墊底的 。 但對於閱讀習慣不夠精準、只靠模糊記憶的學生來說，讀到「重力」時，會因為日常生活中（宏觀世界）重力無處不在的既有經驗，產生語意干擾，不敢果斷地把「重力（乙）」排在最後面，從而在選項比對中陷入猶豫。   4. 殘缺選項（選項 C、D）的認知不對稱干擾 文本表象：選項 (A)(B)(E) 包含了甲、乙、丙、丁四個變數，但選項 (C)(D) 卻刻意漏掉了「丁」，只寫了「甲＞丙＞乙」與「甲＝丙＞乙」。 閱讀理解的障礙： 這種選項排版屬於「不對稱干擾」。習慣「完美對稱」的讀者，看到選項少了一個變數（沒有丁），會產生短暫的閱讀中斷與心理防線動搖，懷疑是不是題目出錯，或是丁有什麼特殊狀況不需要參與比較。這種排版上的小巧思，能有效測試出考生是否具備堅定的文本邏輯，還是容易被外部排版干擾。   ⚖️ 總結：科學文本的「解碼對照表」 要破解這題的文字迷宮，高階讀者在閱讀第一遍時，就會在考卷空白處將文本「表格化」： 代號（擷取） 受力主體（分析） 作用力類型（轉譯） 空間距離與量值特性（推導） 丁 兩質子間 強力 最強（核內，負責拉住質子） 甲 兩質子間 靜電力（排斥） 次強（核內距離極短，排斥力極大） 丙 質子與電子 靜電力（吸引） 較弱（核內到核外，距離遠，力變小） 乙 兩中子間 重力（萬有引力） 極微弱（質量太小，可忽略，必定墊底） 將這四個階段的解碼拼圖完成後，大小順序一目了然：丁 ＞ 甲 ＞ 丙 ＞ 乙。   這道題目的精妙之處在於，它完全不考任何數學計算，純粹用高密度的文字敘事，去考驗學生能不能在腦中把「微觀空間的距離概念」與「四大基本交互作用的量值特徵」進行精準的圖文互譯與排列。