高中物理教學特別是考試中，至少有一部分內容是與現實世界無關的“考試物理”，而且它們通常都能夠輕鬆地碾壓“真實物理”，因為誰也不願意和分數過不去。
撰文 | 姬揚（中國科學院半導體研究所研究員）
世界上有兩種物理，一種是真實物理，另一種是考試物理。
每年高考以後，都會有一些關於高考題目的爭議。討論當年的高考題會很麻煩，吃力不討好。而且爭議的結果通常是沒有結果，或者是和稀泥的結果——比如說，把爭議題當成送分題，使得本來就缺少的區分度變得更差勁了。
偶然看到一道物理練習題，當時就覺得怪怪的，後來發現它居然是一道高考物理題。好在這道題出現在15年以前，討論起來也許沒有那麼大的麻煩。
（04年全國卷Ⅱ）選擇題第14題
現有1200個氫原子被激發到量子數為4的能級上，若這些受激氫原子最後都回到基態，則在此過程中發出的光子總數是多少？假定處在量子數為n的激發態的氫原子躍遷到各較低能級的原子數都是處在該激發態能級上的原子總數的 1/(n-1)。
A．2200 B．2000 C．1200 D．2400
這道題的出題思路很簡單，考察的是玻爾的原子模型：原子可以處在不同的定態上，從高能級向低能級躍遷的時候，會發射光子，其能量等於兩個能級的能量差。
題目假定了原子從高能級向低能級的躍遷是等機率的：從量子數為4的能級出發，各有1/3的機率到達量子數為1、2、3的能級；從量子數為3的能級出發，各有1/2的機率到達量子數為1、2的能級；從量子數為2的能級出發，即只能到達量子數為1的能級了。每次躍遷發出一個光子。
1200個原子從量子數為4的能級出發，就會發射1200個光子，然後，量子數為1、2、3的能級上各有400個光子。400個原子再從能級3出發，又會發射400個光子，而量子數為1、2的能級上各多了200個光子。現在，能級2上有600個光子了，再出發一次又得到600個光子。所以，最後一共是2200個光子。
答案選A。
然而，這道題是有問題的。
原子從高能級向各個低能級躍遷的機率不是相同的。你可以說，我只是為了讓考生計算起來方便，即使換成不同的機率，也只是讓計算過程變得複雜一些而已。而且，玻爾的原子模型本身並不能給出躍遷的機率（高中物理當然不可能講玻爾後來提出的“對應原理”）。
更進一步說，量子數並不是決定躍遷的唯一因素，而且有些躍遷是禁戒的。為了描述原子的能級，必須給出4個量子數，而玻爾模型裡的量子數只是“主量子數”。發射光子的躍遷，不僅要改變主量子數，還要求躍遷前後兩個能級的波函數具有不同的對稱性。簡單地說，從偶對稱的能級出發，只能躍遷到奇對稱的能級。基態（主量子數為1）總是偶對稱的。要想從4直接跳到1，起初的4就必須是奇對稱的，那麼跳到2和3以後就成了偶對稱的，這些偶對稱的能級是不能跳到1的（禁戒躍遷）。
我們可以考慮得更復雜一些：起初在4裡的原子，有些是偶對稱的，有些是奇對稱的（這種情況是允許的）。那麼，有可能滿足本題所說的條件嗎？還是不行。只要4裡有偶對稱的原子，其中的一部分就必然成為2裡的偶對稱（4偶→3奇→2偶），還是不能躍遷到1裡。
所以說，這道題是有問題的。
當然，高中物理不可能講這些東西。但我想說的是：正是因為這道題裡涉及了很多高中物理不可能講的事情，所以在出考題的時候，就做了一些簡單（然而錯誤）的假設。這就使得這道題不再是真實的物理問題，而是與現實世界無關的考試物理題，考的也只是排列組合。
高中物理只是講述了物理學的概貌，其教學內容最多隻能算是走馬觀花、蜻蜓點水，可是高考總是要排出名次來，也就不得不變各種花樣，變著變著就變禿嚕了。題目只是考官的想象，與現實世界沒有關係，甚至會發生衝突。但是考官為什麼要這樣出題呢？因為刷題比思考更容易，每年的題都不能重樣，連類型也不能重。考官也是沒辦法，必須變著花樣來。
如果我在高考時碰到這道題，我會怎麼回答？我當然只能選擇A，因為我那時候不懂這些彎彎繞。即使我真的懂這些，我也只能選擇A，雖然我明知道這道題的出發點就是錯的，但是我知道考官想要的答案是什麼。更重要的是，高考是指揮棒啊，你讓我為了“真實的物理”而犧牲“考試的物理”，白白放棄這道題，莫不是失心瘋了？
這道題不僅是一道高考題，而且還有很多變型，出現在各種練習冊裡，網上還可以看到一些討論這道題的文章。雖然這道題是有問題的，但是高中教學的參與者們（老師和學生，當然還有出考題的人）並沒有認識到這一點，或者不願意挑明這一點。
從這個例子可以看出高中物理教學的一個困難：高中物理教學特別是考試中，至少有一部分內容是與現實世界無關的“考試物理”，而且他們通常都能夠輕鬆地碾壓“真實物理”，因為誰也不願意和分數過不去。
大家揣摩的不是自然的奧祕，而是考官的心理。
物理很簡單，心理太複雜。
高中物理教學特別是考試中，至少有一部分內容是與現實世界無關的“考試物理”，而且它們通常都能夠輕鬆地碾壓“真實物理”，因為誰也不願意和分數過不去。
撰文 | 姬揚（中國科學院半導體研究所研究員）
世界上有兩種物理，一種是真實物理，另一種是考試物理。
每年高考以後，都會有一些關於高考題目的爭議。討論當年的高考題會很麻煩，吃力不討好。而且爭議的結果通常是沒有結果，或者是和稀泥的結果——比如說，把爭議題當成送分題，使得本來就缺少的區分度變得更差勁了。
偶然看到一道物理練習題，當時就覺得怪怪的，後來發現它居然是一道高考物理題。好在這道題出現在15年以前，討論起來也許沒有那麼大的麻煩。
（04年全國卷Ⅱ）選擇題第14題
現有1200個氫原子被激發到量子數為4的能級上，若這些受激氫原子最後都回到基態，則在此過程中發出的光子總數是多少？假定處在量子數為n的激發態的氫原子躍遷到各較低能級的原子數都是處在該激發態能級上的原子總數的 1/(n-1)。
A．2200 B．2000 C．1200 D．2400
這道題的出題思路很簡單，考察的是玻爾的原子模型：原子可以處在不同的定態上，從高能級向低能級躍遷的時候，會發射光子，其能量等於兩個能級的能量差。
題目假定了原子從高能級向低能級的躍遷是等機率的：從量子數為4的能級出發，各有1/3的機率到達量子數為1、2、3的能級；從量子數為3的能級出發，各有1/2的機率到達量子數為1、2的能級；從量子數為2的能級出發，即只能到達量子數為1的能級了。每次躍遷發出一個光子。
1200個原子從量子數為4的能級出發，就會發射1200個光子，然後，量子數為1、2、3的能級上各有400個光子。400個原子再從能級3出發，又會發射400個光子，而量子數為1、2的能級上各多了200個光子。現在，能級2上有600個光子了，再出發一次又得到600個光子。所以，最後一共是2200個光子。
答案選A。
然而，這道題是有問題的。
原子從高能級向各個低能級躍遷的機率不是相同的。你可以說，我只是為了讓考生計算起來方便，即使換成不同的機率，也只是讓計算過程變得複雜一些而已。而且，玻爾的原子模型本身並不能給出躍遷的機率（高中物理當然不可能講玻爾後來提出的“對應原理”）。
更進一步說，量子數並不是決定躍遷的唯一因素，而且有些躍遷是禁戒的。為了描述原子的能級，必須給出4個量子數，而玻爾模型裡的量子數只是“主量子數”。發射光子的躍遷，不僅要改變主量子數，還要求躍遷前後兩個能級的波函數具有不同的對稱性。簡單地說，從偶對稱的能級出發，只能躍遷到奇對稱的能級。基態（主量子數為1）總是偶對稱的。要想從4直接跳到1，起初的4就必須是奇對稱的，那麼跳到2和3以後就成了偶對稱的，這些偶對稱的能級是不能跳到1的（禁戒躍遷）。
我們可以考慮得更復雜一些：起初在4裡的原子，有些是偶對稱的，有些是奇對稱的（這種情況是允許的）。那麼，有可能滿足本題所說的條件嗎？還是不行。只要4裡有偶對稱的原子，其中的一部分就必然成為2裡的偶對稱（4偶→3奇→2偶），還是不能躍遷到1裡。
所以說，這道題是有問題的。
當然，高中物理不可能講這些東西。但我想說的是：正是因為這道題裡涉及了很多高中物理不可能講的事情，所以在出考題的時候，就做了一些簡單（然而錯誤）的假設。這就使得這道題不再是真實的物理問題，而是與現實世界無關的考試物理題，考的也只是排列組合。
高中物理只是講述了物理學的概貌，其教學內容最多隻能算是走馬觀花、蜻蜓點水，可是高考總是要排出名次來，也就不得不變各種花樣，變著變著就變禿嚕了。題目只是考官的想象，與現實世界沒有關係，甚至會發生衝突。但是考官為什麼要這樣出題呢？因為刷題比思考更容易，每年的題都不能重樣，連類型也不能重。考官也是沒辦法，必須變著花樣來。
如果我在高考時碰到這道題，我會怎麼回答？我當然只能選擇A，因為我那時候不懂這些彎彎繞。即使我真的懂這些，我也只能選擇A，雖然我明知道這道題的出發點就是錯的，但是我知道考官想要的答案是什麼。更重要的是，高考是指揮棒啊，你讓我為了“真實的物理”而犧牲“考試的物理”，白白放棄這道題，莫不是失心瘋了？
這道題不僅是一道高考題，而且還有很多變型，出現在各種練習冊裡，網上還可以看到一些討論這道題的文章。雖然這道題是有問題的，但是高中教學的參與者們（老師和學生，當然還有出考題的人）並沒有認識到這一點，或者不願意挑明這一點。
從這個例子可以看出高中物理教學的一個困難：高中物理教學特別是考試中，至少有一部分內容是與現實世界無關的“考試物理”，而且他們通常都能夠輕鬆地碾壓“真實物理”，因為誰也不願意和分數過不去。
大家揣摩的不是自然的奧祕，而是考官的心理。
物理很簡單，心理太複雜。
本文經授權轉載自姬揚科學網博客。
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