高中语文专题14一名物理学家的教育历程测基础版含解析新人教版必修3

一岗双责落实还不到位。受事务性工作影响，对分管单位一岗双责常常落实在安排部署上、口头要求上，实际督导、检查的少，指导、推进、检查还不到位。专题14 一名物理学家的教育历程（测）（满分45分，时间45分钟）一、阅读下面文字，完成后面题目。（9分，每小题3分）1980年，德国科学家冯克利青发现整数量子霍尔效应，1982年，美国科学家崔琦和施特默发现分数量子霍尔效应，这两项成果均获得诺贝尔物理学奖。量子霍尔效应是整个凝聚态物理领域中最重要、最基本的量子效应之一。它的应用前景非常广泛。我们使用计算机的时候，会遇到计算机发热、能量损耗、速度变慢等问题。这是因为常态下的芯片中，电子运动没有特定的轨道，会相互碰撞从而发生能量损耗。而量子霍尔效应则可以为电子的运动制定一定的规则，让它们在各自的跑道上“一往无前”地前进。好比一辆高级跑车，常态下是在拥挤的农贸市场上前进，而在量子霍尔效应下，则可以在高速路上前进。然而，量子霍尔效应的产生需要非常强的磁场。为了一台计算机的量子霍尔效应，相当于需外加10个计算机大的磁铁，不但体积庞大，而且价格昂贵，不适合个人电脑和便携式计算机。1988年，美国物理学家霍尔丹提出可能存在不需要外磁场的量子霍尔效应，即“量子反常霍尔效应”。它与已知的量子霍尔效应具有完全不同的物理本质，是一种全新的量子效应；但它的实现也更加困难，需要精准的材料设计、制备与调控。多年来，人们一直未能找到能实现这一特殊量子效应的材料体系和具体物理途径。自1988年开始，就不断有理论物理学家提出各种方案，然而在实验上没有取得任何进展。2006年，美国斯坦福大学张首晟教授领导的理论组成功地预言了二维拓扑绝缘体中的量子自旋霍尔效应，并于2008年指出了在磁性掺杂的拓扑绝缘体中实现量子反常霍尔效应的新方向。2010年，我国理论物理学家方忠、戴希等与张首晟教授合作，提出磁性掺杂的三维拓扑绝缘体有可能是实现量子化反常霍尔效应的最佳体系。这个方案引起了国际学术界的广泛关注。德国、美国、日本等国有多个世界一流的研究团队沿着这个思路在实验上寻找量子反常霍尔效应，但一直没有取得突破。由清华大学薛其坤院士领衔，清华大学、中科院物理所和斯坦福大学研究人员联合组成的团队，经过近4年的研究，生长测量了1000多个样品。最终，他们利用分子束外延方法，生长出了高质量的Cr掺杂（Bi，Sb）2Te3拓扑绝缘体磁性薄膜，并在极低温输运测量装置上成功观测到了量子反常霍尔效应。这项研究成果将推动新一代低能耗晶体管和电子学器件的发展，可能加速推进信息技术革命进程。2013年3月14日，该成果发表于美国科学杂志。科学杂志的评审作出评价：“这篇文章结束了对量子反常霍尔效应多年的探寻，这是一项里程碑式的工作。”诺贝尔物理奖得主、清华大学高等研究院名誉院长杨振宁教授说，这是“诺贝尔奖级的发现”。1关于“量子霍尔效应”与“量子反常霍尔效应”的区别，以下表述不正确的一项是（ ）（3分）A前者是整个凝聚态物理领域中最重要、最基本的量子效应之一；后者具有与前者完全不同的物理本质，是一种全新的量子效应。B前者应用前景广泛；后者则属于特殊情况下的量子效应，应用前景限于低能耗晶体管和电子学器件方面。C前者的产牛需要非常强的磁场，应用时难免器件体积过大、成本过高；后者的产生不需要外磁场，应用时，能使得器件的体积小不至于过大。D前者于1980年被发现，后者于2013年被证实；后者的实现比前者的实现更难能可贵，需要精准的材料设计、制备与调控。【答案】B【解析】考点：理解文中重要概念的含义。能力层级为理解B。2下列理解，不符合原文意思的一项是（ ）（3分）A量子霍尔效应可以使电子的运动由无序变成有序，使得电子在各自特定的轨道上运动，在很大程度上避免电子相互碰撞，避免其能量的无谓损耗。B要在试验层面证实量子反常霍尔效应，对科学家而育足十分严峻的挑战，既需要有很特殊的材料体系，也需要有很特殊的物理途径。C薛其坤领衔的团队利用分子束外延方法，生长出了高质量的Cr掺杂（Bi，Sb）2Te3拓扑绝缘体磁性薄膜，在这一材料中，就存在着量子反常霍尔效应。D曾有科学家提出，磁性掺杂的三维拓扑绝缘体有可能是实现量子反常霍尔效应的最佳体系，但经德、美、日等多国科学家的实践证明，这条思路行不通。【答案】D【解析】试题分析：D“这条思路行不通”曲解文意。据原文意，方忠、戴希、张首晟等人提出的“磁性掺杂的三维拓扑绝缘体有可能是实现量子化反常霍尔效应的最佳体系”的设想，是后来薛其坤团队证实“量子反常霍尔效应”的指路明灯。虽先前德、美、日等国科学家在此思路上未取得突破，但不能据此认为“这条思路行不通”。考点：筛选并整合文中的信息。能力层级为分析综合C。3根据原文内容，下列推断正确的一项是（ ）（3分）A常态下的芯片中，电子运动没有特定轨道，会相互碰撞，因而计算机会出现发热、能量损耗、速度变慢等问题。量子霍尔效应的具体应用，才能解决这些问题。 B由于量子霍尔效应的产生需要非常强的磁场，所以到目前为止，它并未获得实际应用；也正是因为这个原因，对量子反常霍尔效应的研究才显得十分必要。 C薛其坤领衔的研究团队之所以能率先证实量子反常霍尔效应，是因为他们不仅吸纳了其他科学家的研究成果，掌握了正确的研究途径，而且在方法上有自己的创新。D鉴于发现整数量子霍尔效应的德国科学家和发现分数量了霍尔效应的芙国科学家均获得诺贝尔物理学奖，我们可以断言薛其坤院士领衔的团队将获得诺贝尔物理学奖。【答案】C【解析】考点：筛选并整合文中的信息。能力层级为分析综合C。二、阅读下文，完成第后面题目（11分） 瑞士数学家、物理学家欧拉善用简洁的函数表达真理，欧拉公式至今仍被认为是最具美感、最有魅力的公式之一。他还曾写下音乐新理论的尝试，将数学与艺术美结合在一起。这位天才数学家富有创造力的一生，给后人有益的启示：探究真理的动力中饱含着对美的追求，科学之美可诱发出科学家无限的创造力。尽管科学家们对科学美的阐述大多是零散的、即兴的，但不难看出他们对科学之美的肯定和重视。英国数学家和哲学家罗素从欧几里德的几何原本中“读出音乐般的美妙”，德国生物学家海克尔从达尔文物种起源中“见出生物世界无与伦比的统一之美”。我国科学家杨振宁则引用高适在答侯少府中的诗句“性灵出万象，风骨超常伦”，来描述狄拉克方程和反粒子理论带来的精神震撼。他还曾以虹与霓为例描述科学之美：小时候看虹和霓，被极美的表面现象所吸引，长大懂得测量后发现这种现象的物理原因，体会到了一种极深层的理论架构的美。 在这些大科学家眼里，科学美是自然和谐之美的映射，是人们发现自然之秘而产生的自我超越感，是从科学和谐统一的思想中产生的愉悦自由的心理体验，是促使他们勇攀科学高峰的重要原动力。 科学美还包括审美直觉和审美灵感，不少科学家在科学创造过程中最初的粗略选择，往往是依靠审美直觉来完成。 比如狄拉克的“单磁核”假说，就是从磁与电共有的对称美中获得启示，后来被实验证实；物理学家卢瑟福探索原子和结构时有种直觉，感到原子核是一颗“小太阳”；哥白尼在观察太阳系运动景象时这样描述：“太阳乘坐的宝座率领着它周围的行星家族”。正是这些审美想象，启发了科学家的灵感，引导着他们前往成功的彼岸。 反观我们的现实，科学美却被有意无意地冷落甚至剥夺，近乎一件奢侈品。备受推崇的奥林匹克竞赛，已异化为机械的题海战术，孩子们很难在独立思考中享受数学的韵律之美。在科研领域，不少人急功近利，把科学当做追名逐利的敲门砖，失去了探寻更高层次的科学美的机会。 正如但丁所说，美是真理的光辉。漠视科学的美感，就很难探寻到真理的内核。如果在教育中，先让孩子欣赏“虹与霓”的现象美，再引导他们去挖掘背后的科学原理，是否更能激发其学习的兴趣？在科研中，少一些功利、多一份对美的追寻之心，把单调枯燥的实验变成美的探险，或许更容易到达真理的彼岸。在科普活动中，多一些日升月落、星辰闪耀、遥望火箭腾空而起的美感体验，可能会让不从事科学活动的普通人也能更加崇尚自然、走近科学。 科学本来就是美的，探索未知世界的过程应是充满新奇体验的美的旅程。 4根据原文提供的信息，下列对“科学美”内涵的理解不正确的一项是（ ）（3分） A科学家探究科学真理对极深层理论架构的美的体会和感悟。 B自然和谐之美的映射和科学家发现自然之秘而产生的自我优越感。 C研究科学过程中受审美直觉和审美灵感启发产生的审美想象。 D促使科学家勇攀科学高峰追求美、探索美的重要原动力。 【答案】D【解析】考点：理解文中重要概念的含义。能力层级为理解B。5根据文中提供的信息，下列关于科学成果的表述符合原意的一项是（ ）（3分） A欧拉的音乐新理论的尝试以数学美与艺术美的结合呈现了科学美。 B欧几里德的数学专著几何原本具有音乐般的美妙品格。 C狄拉克的反粒子理论具有唐诗“性灵出万象，风骨超常伦”般的境界。 D狄拉克的“单磁核”假说经实验证实出核与电共有的对称之美。 【答案】B【解析】试题分析：本题考查正确理解原文信息的能力。根据原文信息进行筛选比对，与原文表述一致（符合原意）的即是题干要求的答案。A“数学美与艺术美的结合”错。原文“将数学与艺术美结合在一起”，偷换概念。B表述正确。C与原文“用性灵出万物，风骨超常伦来描述狄拉克的反粒子理论带来的精神震撼”而不是狄拉克的反粒子理论本身具有“性灵出万物，风骨超常伦”的境界，曲解文意。D本末倒置。原文“从磁与电共有的对称美中获得启示”说明狄拉克的“单磁核”假说是源于“磁与电共有的对称美”而不是证实它。考点：筛选并整合文中的信息。能力层级为分析综合C。6作者说，学习数学时机械的题海战术很难让人享受到数学的韵律之美，你赞同吗？结合原文提供的信息说明理由。（5分）【答案】（1）赞同。（2）美是真理的光辉，学习数学会有韵律美的体验和感悟。机械的题海战术是急功近利的表现，使孩子们失去了探寻科学美的机会。【解析】试题分析：本题考查分析评价文中观点态度的能力。本题题干包含两个问题，第一个问题表面上是是非问，但从文本表述“机械的题海战术”和人们共识可知，只能回答“赞同”，剩下的就是根据上下文说明赞同的理由。上文“科学美被有意无意地冷落甚至剥夺”是论点，题干部分是论据，下文就是论证了，联系题干把论证部分表述为自己的话就是对自己观点的说明。考点：分析概括作者在文中的观点态度。能力层级为分析综合C。三、阅读下面的文章，完成后面题目。（25分）顽童的成长1939年，费因曼进入普林斯顿大学高等研究院深造。麻省理工是一所完全美国化的学院，学生不修边幅，学风自由散漫，但却充满了灵气；而普林斯顿则具有浓厚的美国传统，优雅而严谨。费因曼不喜欢繁文缛节，不过，普林斯顿有些地方很合他的胃口。学校规定晚餐时，学生必须穿上统一的又宽又大的长袍，费因曼很快发现了它的好处，每次打完球回来，大家不用洗澡换衣服，套上长袍就直奔餐厅，从而省了不少麻烦，费因曼觉得穿这样的长袍太方便了。普林斯顿和麻省理工都有回旋加速器。麻省理工的回旋加速器放在一间洁净的房间里，控制室则在另一间房间，那里一尘不染，学生一般是不能接触这台机器的。而普林斯顿的那台回旋加速器，则放在一幢陈旧的大楼的地下室，房间里爬满了电线，许多开关悬在电线上，冷却水从水阀不住地滴出来，各式各样的工具扔得到处都是，世界上没有比它更乱的实验室了。费因曼面对这“一团糟”的实验环境兴奋不已，这里表面上看乱糟糟的，但正说明这台仪器是科学家们自己亲手安装的，每个人都知道这部机器的来龙去脉和每一部分的功能，普林斯顿之所以出了那么多的研究成果，正是因为科学家们真正在使用这台仪器，而不是把这台昂贵的机器做摆设。费因曼的导师是著名的物理学家约翰。惠勒。在惠勒的指导下，他开始致力于解决如何消除量子电动力学中诸如电子自能等困扰物理学的老大难问题。他的想法是：一个电子对附近的电子作用，使他们产生效应，这才是辐射反应力的来源。为此，他试图用超距作用来避免自由场，并且使用推迟势和超前势的叠加来建立新的模型。费因曼的这套想法虽然和标准的量子力学理论有很大的差异，但是它却有可能解决古典物理中电子自我作用这一困难，从而展出一套量子理论表达的新形式。惠勒觉得费因曼的想法很有创意，因此建议他就这个问题做一次学术报告。尽管这是费因曼生平第一次做学术报告，他仍然大大咧咧满不在乎。直到有一天他遇到了主持报告会的维格纳教授，他才感到了紧张。维格纳教授告诉他，罗素将来参加研讨会。罗素的大名把费因曼吓了一跳。维格纳接着说：“我想冯。诺伊曼教授也会有兴趣的。”诺伊曼教授是当时世界上最著名的数学家，费因曼吓得脸都黄了。维格纳接着又说：“爱因斯坦很少参加我们地研讨会，可是你这个题目太有趣了，因此他也会来。”费因曼这时已是面无人色了。不过，等到真的上了讲台，费因曼却一点也不紧张了，只要一思考物理问题，他就会全神贯注与要说明的问题上，一切杂念都会飞到九霄云外，下面的听众是谁对他来说根本无所谓了。1941年12月，美国卷入世界大战，从而暂时中断了费因曼的研究工作。军队到普林斯顿校园招聘科学家，特别声明要物理学家。军队招聘物理学家的消息，使费因曼十分兴奋，也激起了他的爱国热情，他毅然放弃了到著名的贝尔实验室工作的机会，参加了研制原子弹的“曼哈顿计划”。在洛斯阿拉莫斯，科学大师云集，而刚刚获得博士学位的费因曼只是个无名小卒，但他以大胆和敢提反对意见而著称。费因曼的顶头上司、理论物理部的主管是大名鼎鼎的汉斯。贝特，但和这样的人物谈论问题，费因曼也毫无顾忌地与之展开争论甚至争吵。与读书的时候一样，费因曼只要一谈物理问题，就会全用：“不，你错了”、“你简直疯了”之类的话去刺激对方。费因曼不怕大人物，不怕权威，而许多大人物也因此愿意接近他。一天，尼尔斯。波尔来到了洛斯阿拉莫斯。波尔在接见那些大人物之前，先找来费因曼讨论问题。因为老波尔知道这些大人物个个都怕他，只有费因曼会指出他的想法中的谬误，因此讨论问题时，单找那些只会说“是，波尔博士”的人是不行的，而应该先听听那些会说“你疯了”之类的小伙子的意见。（摘编自犹太名人传科学家传）7下列对传记有关内容的分析和概括，最恰当地两项是（ ）（5分）A费因曼就学于普林斯顿大学，师从著名物理学家约翰。惠勒，由顽童逐渐成长为一位令人赏识的科学家。B文中写普林斯顿和麻省理工大学对回旋加速器实验室的不同设置与管理，目的在于突出两校迥异的工作态度和工作作风。C费因曼致力于决如何消除电子自能等研究，提出了新的理论构想，建立了新的理论模型，其研究成果具有创新意义。D一谈到物理问题费因曼就会用话语去刺激对方，但许多大人物却愿意与他交流讨论，因为他能给对方学术帮助。E本文先写费因曼求学的一段经历，再写参加工作的后的一个片段，选材集中、丰富，富有典型意义和感染力。【答案】13答D给3分，答A给2分，答E给1分，答BC不给分。【解析】考点：分析语言特色，把握文章结构，概括中心意思。能力层级为分析综合C。8第段对费因曼进行了哪些神态描写，有何作用？请简要分析。（6分）【答案】神态：“吓了一跳”、“ 吓得脸都黄了”、“ 面无人色了”等（2分）；作用：表现出费因曼初次作学术报告前因众多大人物要出席的紧张，同时突出会议的影响之大；（2分）与