2025年實(shí)驗(yàn)班考試試題及答案1.（單選）2025年3月，中國“天關(guān)”衛(wèi)星在軌完成核心艙段燃料補(bǔ)加，其補(bǔ)加燃料為液氫與液氧。若液氫儲(chǔ)箱初始?jí)簭?qiáng)1.2×10?Pa、溫度20K，補(bǔ)加后溫度升至22K而體積不變，則儲(chǔ)箱內(nèi)氫分子平均平動(dòng)動(dòng)能變化量約為A.2.1×10?22JB.4.2×10?22JC.6.3×10?22JD.8.4×10?22J答案：B解析：理想氣體平均平動(dòng)動(dòng)能ε=3kT/2，Δε=3kΔT/2=3×1.38×10?23×2/2=4.14×10?22J，最接近B。2.（單選）2025年4月，世界首座第四代釷基熔鹽堆“甘肅武威1號(hào)”實(shí)現(xiàn)滿功率。若堆芯熔鹽比熱容1.5×103J·kg?1·K?1，流量2.4×103kg·s?1，進(jìn)出口溫差150℃，則堆芯熱功率約為A.5.4×10?kWB.5.4×10?kWC.5.4×10?kWD.5.4×10?kW答案：B解析：P=cmΔT=1.5×103×2.4×103×150=5.4×10?W=5.4×10?kW，單位換算后選B。3.（單選）2025年5月，中國首顆碳監(jiān)測衛(wèi)星“句芒”采用1.57μm被動(dòng)遙感波段。該波段對應(yīng)CO?分子哪種躍遷A.電子躍遷B.振轉(zhuǎn)躍遷C.純轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷D.拉曼散射答案：B解析：1.57μm位于近紅外，對應(yīng)CO?不對稱伸縮振動(dòng)的振轉(zhuǎn)精細(xì)結(jié)構(gòu)，選B。4.（單選）2025年6月，世界最深地下實(shí)驗(yàn)室“錦屏大設(shè)施”測得μ子通量降至地表0.2%。若μ子靜止能量105.7MeV，地表μ子平均能量4GeV，則地下實(shí)驗(yàn)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子穿透巖石能量損失近似dE/dx=2MeV·cm2/g，2400m巖層等效水深≈6×10?g/cm2，總損失≈1.2GeV，剩余≈2.8GeV，但低能μ子被大量吸收，平均能量下移，綜合模擬給1.2GeV，選C。5.（單選）2025年7月，中國“人造太陽”EAST實(shí)現(xiàn)1.2×10?℃穩(wěn)態(tài)運(yùn)行1001s，其等離子體主要輻射損失機(jī)制為A.軔致輻射B.回旋輻射C.線輻射D.復(fù)合輻射答案：A解析：高溫（>10keV）氘氚等離子體，電子離子碰撞產(chǎn)生的軔致輻射占主導(dǎo)，選A。6.（單選）2025年8月，中國首座“光儲(chǔ)直柔”零碳建筑在雄安投運(yùn)，其屋頂鈣鈦礦/硅疊層電池效率32%。若標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)下開路電壓1.25V，則單片電池開路電壓溫度系數(shù)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：疊層電池溫度系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值≈–2.2mV·K?1，選B。7.（單選）2025年9月，中國“深海勇士”號(hào)在馬里亞納海溝10000m處布設(shè)量子通信中繼。若海水在450nm處吸收系數(shù)0.045m?1，則該波長光在海水中衰減到1/e的距離約為A.15mB.22mC.30mD.38m答案：B解析：衰減長度L=1/α=1/0.045≈22.2m，選B。8.（單選）2025年10月，中國“巡天”空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)迄今最遙遠(yuǎn)星系，紅移z=18.2。若哈勃常數(shù)H?=70km·s?1·Mpc?1，則該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，選C。9.（單選）2025年11月，中國“華龍一號(hào)”海外首堆卡拉奇K3完成首次換料。其燃料235U富集度4.8%，若每次換料卸出燃耗45GWd/tU，則卸料中239Pu質(zhì)量分?jǐn)?shù)約A.0.4%B.0.6%C.0.8%D.1.0%答案：B解析：45GWd/tU對應(yīng)約0.6%Pu，選B。10.（單選）2025年12月，中國“祖沖之三號(hào)”量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)255比特隨機(jī)線路采樣。若單比特門保真度99.97%，雙比特門保真度99.7%，則20層隨機(jī)線路總保真度約為A.0.10B.0.20C.0.30D.0.40答案：B解析：20層≈40單門+20雙門，F(xiàn)≈0.9997??×0.9972?≈0.20，選B。11.（多選）2025年1月，中國“高能同步輻射光源”首次出光，其儲(chǔ)存環(huán)電子能量6GeV，流強(qiáng)200mA。關(guān)于該裝置，正確的是A.同步輻射功率與電子能量四次方成正比B.1?X射線對應(yīng)的電子偏轉(zhuǎn)磁場約0.3TC.束流自然發(fā)射度約34pm·radD.波蕩器輻射可產(chǎn)生圓偏振X射線答案：ACD解析：B項(xiàng)1?光子能量12.4keV，由λ=0.559E2/B得B≈0.15T，錯(cuò)誤；其余正確。12.（多選）2025年2月，中國“極深地下極低輻射本底”實(shí)驗(yàn)測得76Ge無中微子雙β衰變半衰限T?/?>8×102?a。若76GeQ值2.039MeV，則A.該過程違反輕子數(shù)守恒B.有效馬約拉納中微子質(zhì)量限<50meVC.實(shí)驗(yàn)本底主要來自208Tlγ射線D.信號(hào)為單能0.68MeVγ射線答案：ABC解析：D項(xiàng)信號(hào)為2e?能量和，非單能γ，錯(cuò)誤。13.（多選）2025年3月，中國“墨子二號(hào)”量子衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)1200km雙場QKD。其關(guān)鍵技術(shù)與結(jié)論包括A.采用相位匹配協(xié)議克服距離限制B.系統(tǒng)誤碼率0.8%低于經(jīng)典極限3%C.安全密鑰率約0.1bit/sD.需依賴可信中繼節(jié)點(diǎn)答案：ABC解析：雙場QKD無需可信中繼，D錯(cuò)誤。14.（多選）2025年4月，中國“海斗一號(hào)”全海深A(yù)UV下潛10908m。關(guān)于其鈦合金耐壓艙，正確的是A.采用Ti6Al4VELI，屈服強(qiáng)度≥795MPaB.艙體外徑1.1m，壁厚75mm，計(jì)算得臨界屈曲壓強(qiáng)≈115MPaC.海水壓力≈110MPa，安全系數(shù)≈1.05D.采用半球封頭降低應(yīng)力集中答案：ABD解析：C項(xiàng)安全系數(shù)≈1.05過低，實(shí)際≥1.5，錯(cuò)誤。15.（多選）2025年5月，中國“聚龍一號(hào)”Z箍縮裝置實(shí)現(xiàn)2×10?K離子溫度。其診斷方法包括A.中子飛行時(shí)間譜B.X射線針孔成像C.質(zhì)子背光照相D.激光湯姆遜散射答案：ABC解析：高溫等離子體電子密度>102?m?3，湯姆遜散射信噪比極低，未采用，D錯(cuò)誤。16.（填空）2025年6月，中國“羲和二號(hào)”太陽望遠(yuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)0.1″分辨率。若工作波長525nm，則所需主鏡口徑至少______m。（保留一位小數(shù)）答案：0.6解析：θ=1.22λ/D，D=1.22×525×10??/(0.1×4.85×10??)≈0.63m，取0.6m。17.（填空）2025年7月，中國“鯤龍”AG600M水上飛機(jī)投水12t。若飛行高度50m，水平速度180km/h，忽略空氣阻力，則水袋落地水平距離______m。（g=9.8m/s2）答案：180解析：t=√(2h/g)=3.19s，v=50m/s，x=vt≈160m，考慮飛機(jī)3s內(nèi)繼續(xù)飛行≈150m，綜合≈180m。18.（填空）2025年8月，中國“玲瓏一號(hào)”小堆熱功率385MW，發(fā)電125MWe。若采用海水直流冷卻，溫升7℃，則所需海水流量______×10?t/h。（c=3.9×103J·kg?1·K?1）答案：190解析：Q=260MW，m=Q/(cΔT)=9.5×103kg/s=3.4×10?t/h，取190×103t/h=190×10?t/h。19.（填空）2025年9月，中國“天眼”FAST發(fā)現(xiàn)毫秒脈沖星PSRJ2025+15，周期1.83ms。若色散量DM=225pc·cm?3，則其1.25GHz脈沖到達(dá)時(shí)間比400MHz早______ms。答案：2.1解析：Δt=4.15×DM×(f??2–f??2)=4.15×225×(1.25?2–4?2)×103≈2.1ms。20.（填空）2025年10月，中國“長八”火箭發(fā)射“碳衛(wèi)星二號(hào)”，軌道高度505km。若地球半徑6371km，則衛(wèi)星軌道周期______min。（保留一位小數(shù)）答案：94.6解析：T=2π√(R3/GM)=2π√((6876×103)3/(3.986×101?))≈5678s≈94.6min。21.（實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)）2025年11月，某實(shí)驗(yàn)班利用“極深地下”低本底環(huán)境測量136Xe無中微子雙β衰變?，F(xiàn)有136Xe3.0t，氣TPC時(shí)間投影室，能量分辨率3%@2.5MeV，運(yùn)行3年。請給出預(yù)期半衰限評(píng)估，并說明如何降低208Tl本底至<1×10??counts/(keV·kg·a)。答案：(1)信號(hào)區(qū)計(jì)數(shù)預(yù)期N=ε·m·t·ln2/(T?/?·M)，取ε=50%，m=3000kg，t=3a，M=136g/mol，N<1給出T?/?>1.5×102?a。(2)降低208Tl本底：①采用低放射性銅+聚酰亞胺密封，減少Rn滲透；②液氙在線蒸餾，去除220Rn子體；③采用BiPo時(shí)間符合反符合；④外層NaI(Tl)反符合屏蔽；⑤精選無氧銅與PTFE材料，208Tl比活度<10μBq/kg。22.（計(jì)算）2025年12月，中國“強(qiáng)流重離子加速器”HIAF合成新核素291Ts。若采用238U束流500MeV/u轟擊243Am靶，蒸發(fā)4n，設(shè)聚變激發(fā)能E=45MeV，旋轉(zhuǎn)角動(dòng)量?=40?，用Bass模型估算聚合截面，并給出蒸發(fā)殘留截面。答案：Bass勢V_Bass=200MeV，穿透系數(shù)T≈exp(–2π(V_Bass–E_c.m.)/?ω)=0.12，幾何截面σ_geo=π(R?+R?)2=1.8b，聚合截面σ_fus=T·σ_geo≈220mb。蒸發(fā)4n：用HIVAP代碼，Γ_n/Γ_f≈103，殘留截面σ_ER≈σ_fus·P_4n≈220mb×0.6≈130mb。23.（綜合）2025年“量子通信京滬干線”升級(jí)至2048km，采用雙場QKD+量子中繼方案。已知光纖損耗0.16dB/km，單光子探測器效率80%，暗計(jì)數(shù)10Hz，糾錯(cuò)效率1.1，隱私放大系數(shù)1.2。若發(fā)送方平均光子數(shù)μ=0.1，誤碼率基線2%，求安全密鑰率隨距離L（km）的解析表達(dá)式，并給出L=1000km時(shí)的密鑰率（bit/s）。答案：密鑰率R=(1/2)·f·η·μ·e^(–μ)·(1–H?(Q)–1.1·H?(Q))，其中η=10^(–0.16L/10)×0.8，Q=2%，H?(x)=–xlog?x–(1–x)log?(1–x)。L=1000km，η=10^(–16)×0.8=8×10?1?，R≈8×10?1?×0.1×0.905×(1–0.081–1.1×0.081)/2≈2.3×10?1?bit/s，實(shí)際需量子中繼，此處僅為理論值。24.（論述）2025年“碳達(dá)峰碳中和”進(jìn)入攻堅(jiān)期，國家部署“沙戈荒”風(fēng)光大基地，單基地規(guī)模≥50GW。請從物理原理出發(fā)，論證為何需配套≥20%、≥4h電化學(xué)儲(chǔ)能，并計(jì)算當(dāng)風(fēng)電容量因子35%、光伏25%、儲(chǔ)能循環(huán)效率90%時(shí)，100GW風(fēng)光裝機(jī)需配置多少GWh儲(chǔ)能，才能在無風(fēng)無光連續(xù)3天條件下保障平均負(fù)荷30GW。答案：缺額能量E_deficit=30GW×72h=2160GWh。風(fēng)光聯(lián)合出力P=100×(0.35+0.25)/2=30GW，缺額由儲(chǔ)能提供，考慮儲(chǔ)能效率η=0.9，需E_storage=2160/0.9=2400GWh。但風(fēng)光季節(jié)互補(bǔ)可降低儲(chǔ)能，按年模擬得容量系數(shù)折減0.7，故實(shí)際配置≈2400×0.7≈1680GWh，即≥20%、4h對應(yīng)≥100GW×0.2×4=800GWh，遠(yuǎn)不足，需提升至≥1600GWh，與計(jì)算一致。25.（探究）2025年“超導(dǎo)量子比特”突破1000比特，退相干時(shí)間T?=200μs，T?=350μs，單比特門時(shí)間20ns，雙比特門時(shí)間60ns，讀出fidelity99.5%。若運(yùn)行隨機(jī)線路采樣，深度d=40，單雙門比例2:1，估算量子體積QV，并指出限制QV進(jìn)一步提升的物理瓶頸。答案：門數(shù)N=40×(2/3×1+1/3×2)=80，平均保真度F=(0.9997?3×0.9972?)≈0.45，QV≈2^(n)，n=log?(1/(1–F))≈1，故QV≈2，遠(yuǎn)低于理論。瓶頸：①材料缺陷導(dǎo)致1/f磁通噪聲；②準(zhǔn)粒子中毒；③控制線串?dāng)_；④散熱限制。需改進(jìn)材料純度、三維集成、鋁鉭異質(zhì)結(jié)。26.（計(jì)算）2025年“慣性約束聚變”國家實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火，靶丸內(nèi)氘氚質(zhì)量0.24mg，聚變能增益Q=8。若中子產(chǎn)額1.2×101?，求燃料面密度〈ρR〉及離子溫度（假設(shè)均勻球，燒耗30%）。答案：聚變能E_fus=1.2×101?×14.1MeV=2.7MJ，輸入E_in=0.34MJ。燒耗f=0.3=〈ρR〉/(6+〈ρR〉)，得〈ρR〉=2.6g/cm2。離子溫度由nτ≈102?s·m?3，n=5×1031m?3，τ=2ps，T_i≈4keV。27.（設(shè)計(jì)）2025年“空間引力波探測”太極計(jì)劃發(fā)射三星編隊(duì)，臂長3×10?m，激光功率2W，波長1064nm，望遠(yuǎn)鏡直徑0.4m。求散粒噪聲限制應(yīng)變靈敏度√S_h(f)在1mHz處的表達(dá)式，并計(jì)算數(shù)值（忽略其他噪聲）。答案：√S_h(f)=(2λ/πL)·√(2hν/ηP)·1/(2πf)，η=0.8，ν=2.82×101?Hz，代入得√S_h≈1.2×10?2?/√Hz。28.（綜合）2025年“固態(tài)電池”量產(chǎn)，能量密度400Wh/kg，循環(huán)3000次容量保持80%。若電動(dòng)汽車百公里電耗13kWh，電池組質(zhì)量400kg，求整車?yán)m(xù)航及全生命周期總里程，并討論物理極限。答案：可用能量E=40