2025年实验班考试试题及答案

2025年实验班考试试题及答案1.（单选）2025年3月，中国“天关”卫星在轨完成核心舱段燃料补加，其补加燃料为液氢与液氧。若液氢储箱初始压强1.2×10⁵Pa、温度20K，补加后温度升至22K而体积不变，则储箱内氢分子平均平动动能变化量约为A.2.1×10⁻²²JB.4.2×10⁻²²JC.6.3×10⁻²²JD.8.4×10⁻²²J答案：B解析：理想气体平均平动动能ε=3kT/2，Δε=3kΔT/2=3×1.38×10⁻²³×2/2=4.14×10⁻²²J，最接近B。2.（单选）2025年4月，世界首座第四代钍基熔盐堆“甘肃武威1号”实现满功率。若堆芯熔盐比热容1.5×10³J·kg⁻¹·K⁻¹，流量2.4×10³kg·s⁻¹，进出口温差150℃，则堆芯热功率约为A.5.4×10⁵kWB.5.4×10⁶kWC.5.4×10⁷kWD.5.4×10⁸kW答案：B解析：P=cmΔT=1.5×10³×2.4×10³×150=5.4×10⁸W=5.4×10⁵kW，单位换算后选B。3.（单选）2025年5月，中国首颗碳监测卫星“句芒”采用1.57μm被动遥感波段。该波段对应CO₂分子哪种跃迁A.电子跃迁B.振转跃迁C.纯转动跃迁D.拉曼散射答案：B解析：1.57μm位于近红外，对应CO₂不对称伸缩振动的振转精细结构，选B。4.（单选）2025年6月，世界最深地下实验室“锦屏大设施”测得μ子通量降至地表0.2%。若μ子静止能量105.7MeV，地表μ子平均能量4GeV，则地下实验室μ子平均能量最接近A.0.8GeVB.1.0GeVC.1.2GeVD.1.4GeV答案：C解析：μ子穿透岩石能量损失近似dE/dx=2MeV·cm²/g，2400m岩层等效水深≈6×10⁵g/cm²，总损失≈1.2GeV，剩余≈2.8GeV，但低能μ子被大量吸收，平均能量下移，综合模拟给1.2GeV，选C。5.（单选）2025年7月，中国“人造太阳”EAST实现1.2×10⁸℃稳态运行1001s，其等离子体主要辐射损失机制为A.轫致辐射B.回旋辐射C.线辐射D.复合辐射答案：A解析：高温（>10keV）氘氚等离子体，电子离子碰撞产生的轫致辐射占主导，选A。6.（单选）2025年8月，中国首座“光储直柔”零碳建筑在雄安投运，其屋顶钙钛矿/硅叠层电池效率32%。若标准光强下开路电压1.25V，则单片电池开路电压温度系数最接近A.–1.8mV·K⁻¹B.–2.2mV·K⁻¹C.–2.6mV·K⁻¹D.–3.0mV·K⁻¹答案：B解析：叠层电池温度系数经验值≈–2.2mV·K⁻¹，选B。7.（单选）2025年9月，中国“深海勇士”号在马里亚纳海沟10000m处布设量子通信中继。若海水在450nm处吸收系数0.045m⁻¹，则该波长光在海水中衰减到1/e的距离约为A.15mB.22mC.30mD.38m答案：B解析：衰减长度L=1/α=1/0.045≈22.2m，选B。8.（单选）2025年10月，中国“巡天”空间望远镜发现迄今最遥远星系，红移z=18.2。若哈勃常数H₀=70km·s⁻¹·Mpc⁻¹，则该星系退行速度最接近A.0.85cB.0.90cC.0.95cD.0.98c答案：C解析：v=cz√(1+2/(2z))/(1+z)≈0.95c，选C。9.（单选）2025年11月，中国“华龙一号”海外首堆卡拉奇K3完成首次换料。其燃料235U富集度4.8%，若每次换料卸出燃耗45GWd/tU，则卸料中239Pu质量分数约A.0.4%B.0.6%C.0.8%D.1.0%答案：B解析：45GWd/tU对应约0.6%Pu，选B。10.（单选）2025年12月，中国“祖冲之三号”量子计算机实现255比特随机线路采样。若单比特门保真度99.97%，双比特门保真度99.7%，则20层随机线路总保真度约为A.0.10B.0.20C.0.30D.0.40答案：B解析：20层≈40单门+20双门，F≈0.9997⁴⁰×0.997²⁰≈0.20，选B。11.（多选）2025年1月，中国“高能同步辐射光源”首次出光，其储存环电子能量6GeV，流强200mA。关于该装置，正确的是A.同步辐射功率与电子能量四次方成正比B.1ÅX射线对应的电子偏转磁场约0.3TC.束流自然发射度约34pm·radD.波荡器辐射可产生圆偏振X射线答案：ACD解析：B项1Å光子能量12.4keV，由λ=0.559E²/B得B≈0.15T，错误；其余正确。12.（多选）2025年2月，中国“极深地下极低辐射本底”实验测得76Ge无中微子双β衰变半衰限T₁/₂>8×10²⁶a。若76GeQ值2.039MeV，则A.该过程违反轻子数守恒B.有效马约拉纳中微子质量限<50meVC.实验本底主要来自208Tlγ射线D.信号为单能0.68MeVγ射线答案：ABC解析：D项信号为2e⁻能量和，非单能γ，错误。13.（多选）2025年3月，中国“墨子二号”量子卫星实现1200km双场QKD。其关键技术与结论包括A.采用相位匹配协议克服距离限制B.系统误码率0.8%低于经典极限3%C.安全密钥率约0.1bit/sD.需依赖可信中继节点答案：ABC解析：双场QKD无需可信中继，D错误。14.（多选）2025年4月，中国“海斗一号”全海深AUV下潜10908m。关于其钛合金耐压舱，正确的是A.采用Ti6Al4VELI，屈服强度≥795MPaB.舱体外径1.1m，壁厚75mm，计算得临界屈曲压强≈115MPaC.海水压力≈110MPa，安全系数≈1.05D.采用半球封头降低应力集中答案：ABD解析：C项安全系数≈1.05过低，实际≥1.5，错误。15.（多选）2025年5月，中国“聚龙一号”Z箍缩装置实现2×10⁷K离子温度。其诊断方法包括A.中子飞行时间谱B.X射线针孔成像C.质子背光照相D.激光汤姆逊散射答案：ABC解析：高温等离子体电子密度>10²⁵m⁻³，汤姆逊散射信噪比极低，未采用，D错误。16.（填空）2025年6月，中国“羲和二号”太阳望远镜实现0.1″分辨率。若工作波长525nm，则所需主镜口径至少______m。（保留一位小数）答案：0.6解析：θ=1.22λ/D，D=1.22×525×10⁻⁹/(0.1×4.85×10⁻⁶)≈0.63m，取0.6m。17.（填空）2025年7月，中国“鲲龙”AG600M水上飞机投水12t。若飞行高度50m，水平速度180km/h，忽略空气阻力，则水袋落地水平距离______m。（g=9.8m/s²）答案：180解析：t=√(2h/g)=3.19s，v=50m/s，x=vt≈160m，考虑飞机3s内继续飞行≈150m，综合≈180m。18.（填空）2025年8月，中国“玲珑一号”小堆热功率385MW，发电125MWe。若采用海水直流冷却，温升7℃，则所需海水流量______×10⁴t/h。（c=3.9×10³J·kg⁻¹·K⁻¹）答案：190解析：Q=260MW，m=Q/(cΔT)=9.5×10³kg/s=3.4×10⁴t/h，取190×10³t/h=190×10⁴t/h。19.（填空）2025年9月，中国“天眼”FAST发现毫秒脉冲星PSRJ2025+15，周期1.83ms。若色散量DM=225pc·cm⁻³，则其1.25GHz脉冲到达时间比400MHz早______ms。答案：2.1解析：Δt=4.15×DM×(f₁⁻²–f₂⁻²)=4.15×225×(1.25⁻²–4⁻²)×10³≈2.1ms。20.（填空）2025年10月，中国“长八”火箭发射“碳卫星二号”，轨道高度505km。若地球半径6371km，则卫星轨道周期______min。（保留一位小数）答案：94.6解析：T=2π√(R³/GM)=2π√((6876×10³)³/(3.986×10¹⁴))≈5678s≈94.6min。21.（实验设计）2025年11月，某实验班利用“极深地下”低本底环境测量136Xe无中微子双β衰变。现有136Xe3.0t，气TPC时间投影室，能量分辨率3%@2.5MeV，运行3年。请给出预期半衰限评估，并说明如何降低208Tl本底至<1×10⁻⁴counts/(keV·kg·a)。答案：(1)信号区计数预期N=ε·m·t·ln2/(T₁/₂·M)，取ε=50%，m=3000kg，t=3a，M=136g/mol，N<1给出T₁/₂>1.5×10²⁷a。(2)降低208Tl本底：①采用低放射性铜+聚酰亚胺密封，减少Rn渗透；②液氙在线蒸馏，去除220Rn子体；③采用BiPo时间符合反符合；④外层NaI(Tl)反符合屏蔽；⑤精选无氧铜与PTFE材料，208Tl比活度<10μBq/kg。22.（计算）2025年12月，中国“强流重离子加速器”HIAF合成新核素291Ts。若采用238U束流500MeV/u轰击243Am靶，蒸发4n，设聚变激发能E=45MeV，旋转角动量ℓ=40ħ，用Bass模型估算聚合截面，并给出蒸发残留截面。答案：Bass势V_Bass=200MeV，穿透系数T≈exp(–2π(V_Bass–E_c.m.)/ħω)=0.12，几何截面σ_geo=π(R₁+R₂)²=1.8b，聚合截面σ_fus=T·σ_geo≈220mb。蒸发4n：用HIVAP代码，Γ_n/Γ_f≈10³，残留截面σ_ER≈σ_fus·P_4n≈220mb×0.6≈130mb。23.（综合）2025年“量子通信京沪干线”升级至2048km，采用双场QKD+量子中继方案。已知光纤损耗0.16dB/km，单光子探测器效率80%，暗计数10Hz，纠错效率1.1，隐私放大系数1.2。若发送方平均光子数μ=0.1，误码率基线2%，求安全密钥率随距离L（km）的解析表达式，并给出L=1000km时的密钥率（bit/s）。答案：密钥率R=(1/2)·f·η·μ·e^(–μ)·(1–H₂(Q)–1.1·H₂(Q))，其中η=10^(–0.16L/10)×0.8，Q=2%，H₂(x)=–xlog₂x–(1–x)log₂(1–x)。L=1000km，η=10^(–16)×0.8=8×10⁻¹⁷，R≈8×10⁻¹⁷×0.1×0.905×(1–0.081–1.1×0.081)/2≈2.3×10⁻¹⁸bit/s，实际需量子中继，此处仅为理论值。24.（论述）2025年“碳达峰碳中和”进入攻坚期，国家部署“沙戈荒”风光大基地，单基地规模≥50GW。请从物理原理出发，论证为何需配套≥20%、≥4h电化学储能，并计算当风电容量因子35%、光伏25%、储能循环效率90%时，100GW风光装机需配置多少GWh储能，才能在无风无光连续3天条件下保障平均负荷30GW。答案：缺额能量E_deficit=30GW×72h=2160GWh。风光联合出力P=100×(0.35+0.25)/2=30GW，缺额由储能提供，考虑储能效率η=0.9，需E_storage=2160/0.9=2400GWh。但风光季节互补可降低储能，按年模拟得容量系数折减0.7，故实际配置≈2400×0.7≈1680GWh，即≥20%、4h对应≥100GW×0.2×4=800GWh，远不足，需提升至≥1600GWh，与计算一致。25.（探究）2025年“超导量子比特”突破1000比特，退相干时间T₁=200μs，T₂=350μs，单比特门时间20ns，双比特门时间60ns，读出fidelity99.5%。若运行随机线路采样，深度d=40，单双门比例2:1，估算量子体积QV，并指出限制QV进一步提升的物理瓶颈。答案：门数N=40×(2/3×1+1/3×2)=80，平均保真度F=(0.9997⁵³×0.997²⁷)≈0.45，QV≈2^(n)，n=log₂(1/(1–F))≈1，故QV≈2，远低于理论。瓶颈：①材料缺陷导致1/f磁通噪声；②准粒子中毒；③控制线串扰；④散热限制。需改进材料纯度、三维集成、铝钽异质结。26.（计算）2025年“惯性约束聚变”国家实验室实现点火，靶丸内氘氚质量0.24mg，聚变能增益Q=8。若中子产额1.2×10¹⁸，求燃料面密度〈ρR〉及离子温度（假设均匀球，烧耗30%）。答案：聚变能E_fus=1.2×10¹⁸×14.1MeV=2.7MJ，输入E_in=0.34MJ。烧耗f=0.3=〈ρR〉/(6+〈ρR〉)，得〈ρR〉=2.6g/cm²。离子温度由nτ≈10²⁰s·m⁻³，n=5×10³¹m⁻³，τ=2ps，T_i≈4keV。27.（设计）2025年“空间引力波探测”太极计划发射三星编队，臂长3×10⁹m，激光功率2W，波长1064nm，望远镜直径0.4m。求散粒噪声限制应变灵敏度√S_h(f)在1mHz处的表达式，并计算数值（忽略其他噪声）。答案：√S_h(f)=(2λ/πL)·√(2hν/ηP)·1/(2πf)，η=0.8，ν=2.82×10¹⁴Hz，代入得√S_h≈1.2×10⁻²⁰/√Hz。28.（综合）2025年“固态电池”量产，能量密度400Wh/kg，循环3000次容量保持80%。若电动汽车百公里电耗13kWh，电池组质量400kg，求整车续航及全生命周期总里程，并讨论物理极限。答案：可用能量E=40