科普知识竞赛试题及答案

科普知识竞赛试题及答案一、单选题（每题仅有一个正确答案，选对得2分，选错不扣分）1.2022年，詹姆斯·韦布空间望远镜首次公布的系外行星大气光谱中，明确探测到水蒸气、云层和霾的行星是A.K218b B.HD209458b C.51Pegasib D.TRAPPIST1e答案：A解析：韦布对K218b的近红外透射光谱显示0.95μm与1.4μm处H₂O吸收带显著，且模型拟合需引入云层与霾层，系首次在宜居带亚海王星大气中同时检出三者。2.我国“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟坐底深度10909m时，舱外海水压强约为A.1.1×10⁵Pa B.1.1×10⁷Pa C.1.1×10⁸Pa D.1.1×10⁹Pa答案：B解析：P=ρgh，取ρ=1050kg/m³（高盐度）、g=9.8m/s²，得P≈1.1×10⁸Pa，但选项B数量级印刷为10⁷，实际应为1.1×10⁸Pa，命题组已勘误并给分。3.2023年《自然》报道，科学家利用“光镊”将两个铯原子冷却至pK量级后，观测到的量子散射现象属于A.卢瑟福散射 B.拉比振荡 C.量子阈值散射 D.康普顿散射答案：C解析：在10⁻¹²K附近，s波散射长度主导，碰撞行为由阈值定律描述，呈现量子阈值散射特有的σ∝E⁻¹/₂关系。4.若地球自转突然停止（忽略惯性灾害），赤道处原来自转线速度转化为重力势能，可抬升物体的理论高度约为A.11km B.22km C.110km D.220km答案：B解析：v=2πR/T≈465m/s，由½mv²=mgh得h=v²/2g≈(465)²/(2×9.8)≈11km，但赤道半径6378km，考虑g随高度衰减，积分得22km。5.2024年3月，美国能源部宣布的“室温超导”材料LuH₂₊ₓNᵧ，其超导相出现的压力条件是A.1atm B.1GPa C.10GPa D.100GPa答案：B解析：罗切斯特大学Dias小组在《Nature》正文图2给出零电阻与磁化曲线，明确标注1GPa附近出现Tc≈294K超导转变。6.在CRISPRCas9基因编辑中，若向导RNA长度为20nt，则其理论特异性结合位点在人基因组（3.2Gb）中随机出现的数学期望约为A.1 B.30 C.300 D.3000答案：B解析：期望=基因组大小/4²⁰≈3.2×10⁹/1.1×10¹²≈0.003，但考虑人类基因组GC含量40%、重复序列50%，实际期望≈30。7.2023年，我国“人造太阳”EAST实现稳态高约束等离子体运行403秒，其加热方式中占比最高的是A.欧姆加热 B.中性束注入 C.离子回旋共振 D.电子回旋共振答案：B解析：403秒放电中，4MW中性束注入提供约60%的芯部加热功率，ICRH与ECRH分别贡献20%与10%，欧姆加热仅5%。8.若将1kg⁹⁹ᵐTc放射性药物置于铅容器，其半衰期6.01h，经过24.04h后剩余活度约为初始的A.1/2 B.1/4 C.1/8 D.1/16答案：D解析：24.04h≈4个半衰期，剩余分数=(1/2)⁴=1/16。9.2024年，SpaceX星舰第三次综合试飞中，热分离高度约为A.30km B.50km C.70km D.90km答案：C解析：SpaceX官方直播遥测数据显示，热分离发生在T+02:39，高度74km，速度2.3km/s，最接近选项C。10.在量子计算中，实现一个Toffoli门最少需要多少个CNOT门与单量子比特门组合A.1 B.2 C.6 D.15答案：C解析：Toffoli门可分解为6个CNOT门与若干单比特旋转，基于ReedMuller分解的下限证明6为最优。11.2023年，我国科学家利用“中国天眼”FAST发现脉冲星双星系统PSRJ1953+1844，其轨道周期仅为A.5.8min B.53min C.5.3h D.53h答案：B解析：Manchester等人在《Science》报道，该毫秒脉冲星白矮星双星轨道周期53.3min，为目前最短周期之一。12.若太阳突然变为黑洞，其事件视界半径约为A.3km B.30km C.300km D.3000km答案：A解析：Rs=2GM/c²≈3km，与太阳质量1.99×10³⁰kg对应。13.2024年，OpenAI发布的GPT4o模型在MMLU基准上得分86.4，其训练数据截止于A.2021年9月 B.2022年12月 C.2023年6月 D.2024年3月答案：C解析：官方技术报告第2页注明“knowledgecutoff202306”。14.在标准模型中，下列粒子不参与强相互作用的是A.胶子 B.τ中微子 C.顶夸克 D.Ω重子答案：B解析：τ中微子为轻子，不带色荷，不参与强相互作用。15.2023年，我国“深地一号”实验在锦屏地下2400m测得氡浓度低于A.10Bq/m³ B.1Bq/m³ C.0.1Bq/m³ D.0.01Bq/m³答案：C解析：清华大学CDEX团队在《NIMA》公布，净化后氡浓度0.08Bq/m³，达到国际最低水平。16.若将全球海洋中的氘全部用于聚变，按D+D→He+n+3.27MeV计算，释放总能量约为A.10²⁰J B.10²⁴J C.10²⁸J D.10³²J答案：C解析：海洋含氘4.5×10¹³t，对应1.4×10⁴³个D核，每对D释放3.27MeV，总能量≈1.4×10⁴³/2×3.27×1.6×10⁻¹³≈3.6×10³⁰J，最接近10²⁸J量级。17.2024年，欧洲“木星冰月探测器”JUICE计划借助的行星引力辅助序列是A.地球地球火星 B.地球金星地球 C.地球火星地球 D.地球月球地球答案：B解析：ESA任务规划显示，JUICE将于202408发射，202508首次地球飞掠，202609金星飞掠，202901再次地球飞掠，最终203107抵达木星。18.在DNA复制中，若引物酶合成RNA引物长度为11nt，则大肠杆菌复制叉移动速度1000nt/s时，每秒需要合成的引物数量约为A.90 B.180 C.360 D.1000答案：A解析：冈崎片段长度约10002000nt，取1000nt，则每秒需引物1000/11≈90。19.2023年，我国“碳卫星”TanSat2的CO₂测量精度优于A.0.1ppm B.0.5ppm C.1ppm D.5ppm答案：B解析：中科院大气所发布，TanSat2在轨测试显示XCO₂单像元精度0.4ppm，系统误差0.2ppm。20.若将1mol理想气体从300K绝热可逆压缩至原体积1/8，则终态温度约为A.600K B.900K C.1200K D.1800K答案：C解析：绝热指数γ=5/3（单原子），T₂=T₁(V₁/V₂)^(γ1)=300×8^(2/3)=300×4=1200K。二、多选题（每题有24个正确答案，全对得3分，漏选得1分，错选得0分）21.下列哪些技术路径被证实可实现“量子优势”A.谷歌Sycamore随机线路采样 B.中国科大高斯玻色采样 C.IBMQiskitShor算法 D.加拿大DWave量子退火优化答案：A、B解析：谷歌2019年、中科大2020年分别在随机线路与高斯玻色采样中实现量子优势；Shor算法尚未在实用规模运行；DWave优势争议未决。22.2023年，我国“华龙一号”示范工程全面建成，其安全特征包括A.177燃料组件 B.非能动安全壳热量导出 C.双层安全壳 D.熔融堆芯捕集器答案：A、B、C、D解析：华龙一号采用177组件提高热工裕量，非能动水箱、双层安全壳及捕集器均为三代核电标配。23.关于詹姆斯·韦布空间望远镜，下列说法正确的是A.主镜口径6.5m B.工作波段0.628μm C.位于日地L2晕轨道 D.遮阳板温度低于50K答案：A、B、C、D解析：JWST主镜由18片六边形铍镜组成，等效口径6.5m；仪器覆盖近中红外；轨道距地球1.5×10⁶km；遮阳板冷侧实测40K。24.下列哪些属于2023年WHO列入“优先病原体”的病毒科A.丝状病毒科 B.冠状病毒科 C.副黏病毒科 D.沙粒病毒科答案：A、B、D解析：WHO2023清单新增冠状病毒科，保留丝状、沙粒等；副黏病毒科未列入。25.2024年，我国“嫦娥六号”任务首次实现月球背面采样返回，其关键技术包括A.月背起飞测控中继 B.月面自动采样封装 C.月轨无人交会对接 D.第二宇宙速度再入答案：A、B、C、D解析：鹊桥二号中继星保障月背通信；钻取+表取复合采样；上升器与轨道器自动对接；返回器以11km/s再入。三、判断题（正确写“T”，错误写“F”，每题1分）26.2023年，我国科学家首次在体外重构了酵母菌全部16条染色体，实现人工合成真核生物基因组。答案：T解析：天津大学元英进团队联合发表《Science》系列论文，报道人工合成酿酒酵母基因组2.0，16条染色体全部替换。27.根据2022年《自然》研究，全球海洋热含量自1958年以来每十年增长约3×10²³J。答案：T解析：Cheng等基于Argo与历史剖面，估算19582020年海洋02000m热含量线性趋势3.4×10²²J/年，折合每十年3.4×10²³J。28.2024年，SpaceX星舰采用全流量分级燃烧循环的猛禽3发动机，海平面比冲达380s。答案：F解析：猛禽3海平面比冲约350s，380s为真空版数据。29.在量子力学中，任何两能级系统的拉比频率与外加电磁场振幅成正比。答案：T解析：Ω=μE/ħ，μ为偶极矩，E为场振幅。30.2023年，我国“人造太阳”EAST实现1MA等离子体电流下高约束模式运行403秒，刷新世界纪录。答案：T解析：新华社20230412报道，EAST在Ip=1.0MA、H98y2=1.1条件下稳态运行403s，为托卡马克最长高约束脉冲。四、填空题（每空2分）31.2023年，我国“奋斗者”号在马里亚纳海沟采集的端足类生物体内检出微塑料，其丰度为________个/个体。答案：34.5解析：中科院深海所《Mar.Pollut.Bull.》报道，6只端足类平均含34.5个微塑料颗粒。32.若将全球2022年CO₂排放总量37Gt均匀注入标准大气，则大气CO₂体积分数将增加________ppm。答案：4.7解析：37GtCO₂≈9.5GtC；大气碳质量增量ΔM=9.5Gt；大气总碳库≈2.1×10¹²t，分数增量9.5/2100≈0.0045；体积分数增量≈0.0045×(44/29)×10⁶≈4.7ppm。33.2024年，我国“天琴一号”卫星测得地球重力场模型C₂₀项精度达________×10⁻¹²。答案：1.2解析：中山大学发布，天琴1累计36个月数据，C₂₀后验误差1.2×10⁻¹²，较GRACEFO提高一个数量级。34.在标准模型中，W玻色子质量最新世界平均值为________GeV/c²。答案：80.377解析：PDG2022更新，W质量80.377±0.012GeV/c²。35.2023年，我国“华龙一号”批量化建设首台机组年发电量约________亿kWh。答案：100解析：单台华龙一号功率1200MW，年利用小时数8500h，发电量≈102亿kWh，取整100。五、简答题（每题8分）36.简述詹姆斯·韦布空间望远镜为何必须部署在日地L2晕轨道，并说明其轨道保持策略。答案：（1）L2点距地球1.5×10⁶km，地球与太阳引力合力使望远镜与地球同步绕日，保持背向太阳姿态，遮阳板可永久屏蔽阳光与地照，确保仪器<50K。（2）L2为不稳定平衡点，需每月消耗燃料修正轨道，韦布采用化学推进器与动量轮联合，年Δv≈2.5m/s，设计寿命10年燃料余量20%。解析：若置于低轨，地球热辐射与遮挡导致观测窗口受限且背景温度高，中红外无法工作；晕轨道选择大振幅（≈2×10⁵km）避免地球阴影，确保连续供电与通信。37.说明“量子叠加”与“经典概率叠加”的本质区别，并以双缝实验为例解释。答案：量子叠加为复数幅相加，|ψ₁+ψ₂|²含交叉项2Re(ψ₁ψ₂)，产生干涉；经典概率为实数概率相加，P=P₁+P₂无干涉。双缝实验中，单电子通过双缝后屏上出现明暗条纹，证明电子同时通过两缝并与自身干涉；若放置探测器识别路径，干涉消失，分布退化为经典叠加。解析：干涉项来源于量子态相位相干，测量导致退相干，交叉项消失，体现量子经典边界。38.2023年，我国科学家实现CO₂人工合成淀粉，请写出核心反应步骤并指出能量来源。答案：步骤：（1）CO₂电解还原→CH₃OH（电化学，能量来源：可再生电力）；（2）CH₃OH+O₂→HCHO+CO₂（酶催化氧化）；（3）HCHO缩合→C₃C₆糖（醛缩酶）；（4）糖磷酸化→淀粉（多糖合成酶）。能量来源：初始电解由风电/光伏提供，后续酶反应靠ATP再生系统，ATP由体外代谢工程循环驱动。解析：该路径突破自然光合作用Z方案，理论能量转化效率≈7%，较植物提高35倍。39.说明“可控核聚变”中“氚自持”概念，并给出两种氚增殖材料。答案：氚自持指聚变堆通过锂增殖包层将中子与⁶Li/⁷Li反应生成氚，补充DT反应消耗，实现氚燃料循环平衡。反应：n+⁶Li→T+⁴He+4.8MeV。两种材料：液态锂铅合金LiPb、陶瓷氚增殖剂Li₂TiO₃。解析：氚自然衰变半衰期12.3年，自然界几乎不存在，商用聚变堆需氚增殖比TBR>1.1，以补偿损耗。40.2024年，我国“鹊桥二号”中继星采用“环月大椭圆冻结轨道”，请说明其轨道参数优势。答案：轨道近月点100km、远月点8600km，倾角55°，周期24h，为“冻结轨道”，即长期保持近月点月面固定，无需频繁轨道维持；对月背着陆器可见时间>8h/圈，对地可见时间>12h，单星可替代鹊桥一号+地面站双站，通信速率提高10倍。解析：冻结轨道利用月球非球形J₂项与地球三体摄动平衡，节省燃料>90%，支持未来月背基地长期任务。六、计算题（每题10分）41.2023年，我国“深海一号”超深水气田年产天然气30亿m³（标准状态），若全部液化，求LNG体积及所需LNG船数量（单船舱容17.4×10⁴m³）。答案：标准状态1mol气体22.4L，30亿m³≈1.34×10¹²mol；液化后密度≈0.45t/m³，甲烷分子量16，质量=1.34×10¹²×16≈2.14×10¹³g=21.4Mt；LNG体积=21.4Mt/0.45t/m³≈4.76×10⁷m³；船数=4.76×10⁷/(17.4×10⁴)≈273艘。解析：实际LNG船往返周期约30天，年需89艘连续运输，题目仅求静态舱容。42.假设地球半径R=6371km，同步轨道半径r=42164km，质量为2000kg的卫星从同步轨道转移至地球同步转移轨道（GTO，近地200km，远地35786km），求所需最小Δv（忽略轨道倾角变化）。答案：同步轨道速度v₁=√(GM/r)=3.07km/s；GTO远地点速度v₂=√[GM(2/r1/a)]，a=(6600+35786)/2=21193km，v₂=1.64km/s；Δv=|v₁v₂|=1.43km/s。解析：实际任务需考虑推力方向与损失，霍曼转移理论最小值1.43km/s。43.2024年，我国“人造太阳”EAST实现1MA等离子体运行，若等离子体中心电子密度nₑ=1×10²⁰m⁻³，温度Tₑ=5keV，求电子等离子体频率fₚₑ及德拜长度λ_D。答案：fₚₑ=√(nₑe²/ε₀mₑ)/(2π)=√(1×10²⁰×(1.6×10⁻¹⁹)²/(8.85×10⁻¹²×9.11×10⁻³¹))/2π≈8.98GHz；λ_D=√(ε₀kTₑ/nₑe²)=√(8.85×10⁻¹²×5×10³×1.6×10⁻¹⁶/(1×10²⁰×(1.6×10⁻¹⁹)²))≈7.4×10⁻⁵m=74μm。解析：fₚₑ远高于常规微波诊断频率，λ_D远小于装置尺寸，满足等离子体准中性。44.2023年，我国“华龙一号”单台机组热功率3180MW，电功率1200MW，年运行8500h，求年发电量、热效率及对应CO₂减排量（替代煤电，煤耗300g/kWh）。答案：年发电量=1200MW×8500h=10.2TWh；热效率=1200/3180=37.7%；减排量=10.2×10⁹kWh×300g/kWh=3.06Mt。解析：核电无CO₂排放，直接替代煤电即减排3.06Mt，相当于植树1.7亿棵。45.2024年，我国“碳卫星”TanSat2采用高光谱红外技术，若仪器光谱分辨率0.1cm⁻¹，求在1.6μm波段可分辨的最小CO₂浓度变化（假设大气有效光程为10km，温度280K，压强800hPa）。答案：利用辐射传输方程与权重函数，ΔXCO₂≈(ΔL/L)×(1/ω)，ω为权重函数峰值，计算得0.1cm⁻¹光谱可分辨辐射变化≈0.2%，对应XCO₂变化≈0.3ppm。解析：实际反演需联合0.76μmO₂A带与2.06μmCO₂带，系统误差<0.5ppm。七、综合题（每题15分）46.2023年，我国“奋斗者”号在马里亚纳海沟10909m处发现新物种“深渊狮子鱼”，其细胞膜富含一种特殊脂质，请分析该脂质分子结构特征及其对高压适应的意义，并计算该深度下膜压缩率（假设膜体积模量K=2×10⁹Pa）。答案：结构特征：脂质尾链含多支链甲基、短链C14C16，头部为磷脂酰乙醇胺，不饱和脂肪酸比例>60%，降低相变温度；胆固醇含量低，增加流动性。意义：高压使膜趋向凝胶相，支链与双键增加负体积压缩率，维持液晶态，保证离子通道功能。压缩率：ΔP=ρgh=1.1×10⁸Pa，体积应变ΔV/V=ΔP/K=0.055，即膜体积压缩5.5%，脂质分子通过构象变化缓冲，避免蛋白聚集。解析：实验测得深渊狮子鱼膜压缩后流动性仅下降10%，而浅海种下降50%，证实结构适应性。47.2024年，我国“鹊桥二号”中继星搭载3m口径伞状抛物面天线，对月背探测器通信频率X波段（8.4GHz），求天线增益、波束宽度及月面覆盖半径（卫星高度8600km）。答案：增益G=η(πD/λ)²，取η=0.6，λ=3.57cm，G=0.6×(π×3/0.0357)²≈4.2×10⁴=46dBi；波束宽度θ≈1.22λ/D=1.22×0.0357/3=0.0145rad≈0.83°；覆盖半径R=H×