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情境创意训练 网络与多媒体
(时间:40分钟 分值:37分)
一、(2025·重庆三模)阅读下面的文字,完成后面的问题。(19分)
光是什么?这个问题一直为人类所好奇,也是一代又一代光学研究者前进的动力。在“追光”路上,在不断探索解答“光是什么”的过程中,与光有关的技术得到发展,日益造福人类。光谱就是“追光”路上的重要发现。红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫,17世纪60年代牛顿使用三棱镜,将太阳入射光分成7种颜色,使人类对光的认识从简单的照亮物体的光线,演进为按颜色分散排列的光谱。这一重要发现来自常见的自然现象——雨后的彩虹。彩虹是由不同波长的光通过不同角度折射而成。红花绿叶、青山绿水,也是由于太阳光照射到它们身上,反射各种颜色的光,进入人的眼睛里,我们才得以看到多姿多彩的世界。
进而,科学家们记录了可见光范围的光谱图。光谱图是复色光通过色散系统(如棱镜、光栅)进行分光后,依照光的波长(或频率)大小顺次排列形成的图案。通俗地说,不同物体会反射不同颜色的光,所有的颜色都可以在光谱图上找到。通过对光谱图的研究,人们得到了原子、分子等的能级结构、能级寿命以及电子的组态、分子的几何形状、化学键的性质、反应动力学等许多关于物质结构的知识。这些光物理领域的基础科学研究成果,成为筑起科学大厦的坚强基石。
光并不总是肉眼可见的,比如红外辐射。1800年,天文学家赫歇尔在用水银温度计研究太阳光谱的热效应时,发现红光外面看不到的区域温度升高效果更好,他称这一区域为“黑热痕”。后来,人们把这部分看不到但是能测到热量的光,叫作红外辐射。如今,红外辐射的应用十分广泛,我们身边检测体温的设备,大多是通过检测人体的红外辐射来实现测温。
电磁波也是在探寻“光是什么”的过程中被发现的。有人认为光是微小的粒子流,也有人认为光是一种波。19世纪60年代,科学家发现,从无线电波到红外光、可见光、紫外光、X射线都是同一本性的电磁波。分成7种颜色的可见光,只是整个电磁波谱中波长从400纳米到780纳米的很窄的一段电磁波。根据光的电磁波理论,人们在19世纪末20世纪初,实现了2公里距离的无线电通信,并最终发明了无线电报。时至今日,工作生活所必备的电话通信、无线网络基础设施,都依托这一理论而来。
现代物理学研究发现,光既是波又是粒子,即光的波粒二象性,这是人类对“光是什么”认识的又一大进步。借助这一理论,科学家从“波”的角度分析电子,找到了电子的波长与其质量和运动动量的关系,进而发明了电子显微镜。经过近百年努力,电子显微镜的分辨率可以高达1埃(0.1纳米)量级,能够直接观察到单个原子,成为研究物质微观结构不可缺少的利器。当今科学最前沿的光量子通信,也是用光的波动性传播信号。
身处信息社会,光的作用进一步得到凸显。半导体器件已经成为网络通信、人工智能、高性能计算、自动驾驶等设备的基础元件,在各种各样的半导体器件里,都有与光有关的部分。自从人们发现了光的折射反射、波粒二象性后,固体光谱为半导体发展打开一扇大门。没有固体光谱,就无法制造出晶体管,先进集成电路就无从谈起。光刻是集成电路制造中的重要工艺,随着器件尺寸、结构、功耗等需求的提升,半导体制造需要波长越来越短的光,当前最先进的半导体光刻工艺用到了极紫外光(EUV)。生活中,通过极快反应速度传感器实现的光学避障,让汽车具备了紧急避险功能,已经是自动驾驶技术的必备要素;而各类半导体红外探测器,则给扫地机器人等智能家电装上了“眼睛”。
可以说,与光有关的新技术,既为尖端科技作出了贡献,也为日常生活提供了便利。
光的作用已经开发殆尽了吗?远远没有。从科学研究角度出发,还有许多光的问题尚无答案,还有新的利用方式有待开掘。光化学、光生物学方面,就有许多未解之谜。尤其是植物生长的光合作用,如果科学家能最终解开这一谜团,那么真正的“人造食物”就能产生,将为人类解决生存问题提供新的答案。还有一些科学前沿问题,比如光的“克星”——宇宙黑洞。100多年前,爱因斯坦广义相对论预言了黑洞的存在。随着黑洞相关研究成果的不断涌现,人们发现,比较近的黑洞距离地球大约5 000万光年,光进入黑洞后会被吞噬,消失得无影无踪。这不仅是科幻作品里的情形,更是科学家们孜孜以求的探索课题。包括中国科学家在内的全世界科学家经过广泛合作,利用甚长基线干涉测量技术,观测到黑洞边缘吸积和喷流形成的黑洞口图像,并将其拍成照片。这是人类认识黑洞的第一步,关于光与黑洞的关系,还需要继续探索。
远古时候,火把的光照亮了人类文明,科技飞速发展的今天,获取光的新知、开发光的新用,有待更多“追光者”一同努力,让光的科技应用更好照亮人类生活。
(摘编自沈学础《点亮前沿科技的“光”》)
1.下列对材料相关内容的理解和分析,不正确的一项是(3分)( )
A.“黑热痕”在文中是指赫歇尔在研究太阳光谱的热效应时发现的看不到但却能测到热效应的光。
B.“眼睛”在文中是指在扫地机器人等智能家电上安装的具备探测识别功能的半导体红外探测器。
C.“人造食物”中的“人造”指解开植物光合作用的谜团后,不经过植物光合作用而生产食物的过程。
D.“克星”在文中是指和地球相距遥远、能够吞噬光、让进入其中的光消失得无影无踪的宇宙黑洞。
答案 A
解析 本题考查学生理解文章内容,筛选并整合文中信息的能力。A.“看不到但却能测到热效应的光”错误。由原文“天文学家赫歇尔在用水银温度计研究太阳光谱的热效应时,发现红光外面看不到的区域温度升高效果更好,他称这一区域为‘黑热痕’”可知,“黑热痕”不是光,而是红光外面看不到但却受到红外辐射而温度升高的区域。
2.下列对材料相关内容的概括和分析,不正确的一项是(3分)( )
A.不同波长的光通过不同角度折射形成彩虹:太阳光照射到红花绿叶、青山绿水身上,通过反射,让我们看到了世界的多姿多彩。
B.光谱图是复色光通过色散系统分光后形成的图案,该图案依照光的波长或频率大小将其顺次排列,科学家用以记录可见光范围。
C.光是微小的粒子流或是一种波的观点相对于后来的认知尽管不全面,但都是人类在探寻“光是什么”的过程中有价值的观点。
D.不管是依托电磁波理论实现的无线电通信,还是利用光的波动性传播信号的光量子通信,都离不开科学家对光的认识的进步。
答案 B
解析 本题考查学生分析概括作者在文中的观点态度的能力。B.“该图案依照光的波长或频率大小将其顺次排列,科学家用以记录可见光范围”错误。由原文“科学家们记录了可见光范围的光谱图。光谱图是复色光通过色散系统(如棱镜、光栅)进行分光后,依照光的波长(或频率)大小顺次排列形成的图案”可知,原文信息是科学家记录了光谱图,而这个光谱图是可见光范围的光谱图。
3.根据材料内容,下列说法正确的一项是(3分)( )
A.如果不是牛顿使用三棱镜将太阳入射光分成7种颜色,人类对光的认识就会停留在一个粗浅的阶段,认为光只是简单的照亮物体的光线。
B.人的身体会产生红外辐射,且红外辐射的强弱会因体温的变化而发生变化,因而可以通过检测人体红外辐射的方法来测量人体温度。
C.随着社会发展,光刻技术对光的波长提出了越来越短的要求,极紫外光具有波长最短的特点,所以能用于最先进的半导体光刻工艺。
D.自动驾驶技术得以实现,是因为具有极快反应速度的传感器在汽车上的使用实现了光学避障,使汽车在行驶时具备了紧急避险功能。
答案 B
解析 本题考查学生根据文本内容进行判断、推理的能力。A.“如果……就……”条件关系不成立。没有牛顿的突破,也可能会有其他人的发现,推动人类对光的认知的发展。C.“波长最短”错误。由原文“光刻是集成电路制造中的重要工艺,随着器件尺寸、结构、功耗等需求的提升,半导体制造需要波长越来越短的光,当前最先进的半导体光刻工艺用到了极紫外光(EUV)”可知,极紫外光的波长很短,但是得不出“波长最短”的结论。D.“……是因为……”错误。由原文“生活中,通过极快反应速度传感器实现的光学避障,让汽车具备了紧急避险功能,已经是自动驾驶技术的必备要素”可知,自动驾驶技术的实现是多种技术综合应用的结果,并非只是因为极快反应速度传感器的使用。
4.作为一篇科普说明文,本文在内容和结构上有何特色?请简要分析。(4分)
答案 ①紧扣“光是什么”的话题,不蔓不枝。②以时间先后为序,脉络清晰。③科学理论和实践运用结合,联系紧密。④聚焦问题,着眼未来,激发探究精神。
解析 本题考查学生对文本内容和结构上的特色的把握能力。
文章开篇提出了“光是什么”这一话题,又说到记录可见光范围的光谱图,肉眼看不到的红外辐射。然后又说到在探寻“光是什么”的过程中被发现的电磁波,接着又说到人类对“光是什么”认识的又一大进步,即光的波粒二象性。接着又说到光的作用进一步得到凸显,最后说到和光有关的一些前沿问题。所以,整篇文章紧扣“光是什么”的话题,不蔓不枝。
本文是以时间先后为序进行叙述的,如先写到可见光的光谱图,然后又写到1800年发现的肉眼看不见的红外辐射,接着又写到电磁波理论的被发现,现代物理学研究发现光的波粒二象性,最后又写到身处信息社会,与光有关的新技术的应用。所以,本文以时间先后为序,脉络清晰。
本文在叙述“光是什么”的时候,解释了有关的科学理论,如光谱图、黑热痕、红外辐射等等,同时又说到光在现实生活中的应用,如在各种各样的半导体器件里,都有与光有关的部分;通过极快反应速度传感器实现的光学避障,让汽车具备了紧急避险功能;各类半导体红外探测器,则给扫地机器人等智能家电装上了“眼睛”。所以,本文科学理论和实践运用结合,联系紧密。
文章不仅说到“光是什么”这一科学问题的发展以及光在现实生活中的应用,文章的结尾更是聚焦一些科学前沿问题,需要我们继续探索,所以本文聚焦问题,着眼未来,激发探究精神。
5.中小学校的科学教育质量对培养学生科学素养至关重要,科学家们“追光”的过程,可以给我们今天的科学教育带来哪些启发?请简要概括。(6分)
答案 ①培养对未知事物的好奇心。②培养观察能力,重视身边事物带来的科学灵感。③循序渐进,不断提升科学认知能力。④学以致用,将科学理论转化为创新发明。
解析 本题考查学生探究文本中的某些问题,提出自己的见解的能力。
由原文“光是什么?这个问题一直为人类所好奇,也是一代又一代光学研究者前进的动力”可知,要培养对未知事物的好奇心。
由原文“17世纪60年代牛顿使用三棱镜……这一重要发现来自常见的自然现象——雨后的彩虹”可知,要培养观察能力,重视身边事物带来的科学灵感。
由原文“100多年前,爱因斯坦广义相对论预言了黑洞的存在……更是科学家们孜孜以求的探索课题”可知,要循序渐进,不断提升科学认知能力。
由原文“借助这一理论,科学家从‘波’的角度分析电子,找到了电子的波长与其质量和运动动量的关系,进而发明了电子显微镜”可知,要学以致用,将科学理论转化为创新发明。
二、(2025·山西晋中联考)阅读下面的文字,完成后面的问题。(18分)
宇宙是什么?天与地的形状是怎样的?古埃及人设想宇宙像一个箱子,稍凹的箱底是大地,箱盖是天,其形状有人说是圆的,有人说是方的。古巴比伦人认为天像个圆罩,地是个圆形平面。天空之上、地面之下全都被水包围着。天空上有一个天窗,天窗打开,就会下雨。太阳每日沿着天穹东升西落,然后又在夜里通过地下管道再回到东边,而天穹本身是不动的。
中国古代的宇宙理论也对天地的形状问题提出了许多不同的看法。这些看法是观测经验的总结,同时又具有一定的思辨色彩。
在中国古代各种宇宙理论中,盖天说最早始于周代,主张“天圆如张盖,地方如棋局”。人们看到头顶上的天很高,而四周的天都在远方同大地接触,很像一个圆盖。为什么要设想地是方的呢?这是因为古人不能上天,也不能入地,人们活动的范围,从根本上说是个二维平面,所以东西南北四个方向比上下两个方向有更重要的意义。《尸子》说“四方上下曰宇”,把四方与上下加以区分,就是这种实际状况的反映。
盖天说认为大地不动,天穹旋转,日月星辰则在天穹之上,随天穹旋转。天穹绕本身的一个极点旋转,就像车轱辘绕轴旋转一样。起初人们以为天顶就是天的中心,后来发现北斗星绕不动的北极星旋转,就认为北极星是天的中心。实际上天穹上这个极是地球自转轴正对的一点,所以成为天体周日视运动的不动的极。
中国最早的盖天说实质上是天拱地平说、天曲地直说。天圆地方说是中国古代最早的一个宇宙模型,能对某些现象作出某种解释,又符合天尊地卑、天动地静的哲学观念,所以在历史上曾产生过广泛的影响。
由于最初的盖天说不能解释实际问题,所以天圆地方说就逐步演化为“天地双拱”的学说。新的盖天说主张:“天似盖笠,地法覆盘。天地各中高外下。”天穹犹如一个斗笠,大地像一个底朝天倒放着的盘子。《周髀算经》说天穹与大地的中央都比四周高六万里,天与地相距八万里,可见天的曲率与地的曲率相同。这种学说的实质是:天拱地拱,天曲地曲,这在“圆则俱圆”的道路上迈出了可喜的一步,天地也显得比较和谐了。从平直大地到拱形大地,是古代中国人对大地形状认识的一个重大发展,是向球形大地观念前进的过渡形态。对拱形大地的认识,在大海中航行时比较容易获得直观印象。许多生活在地中海流域的古希腊罗马的学者都乘船到过埃及,而生活在黄河流域的中国天文学家,却很少能横渡重洋,直接获得水面弯曲的印象。
从平面大地到拱形大地,再往前发展,就必然会得出球形大地的结论。“方则俱方,圆则俱圆”,这既是宇宙和谐性的一个表现,也是宇宙理论本身的逻辑一致性的要求。广义的方,包括平直的意思;广义的圆,包含球形的形状。天与地一圆一方,一是半个球,一是一块平面,这无论如何是不能说服人的。那么出路是“方则俱方”吗?想象方形的天,这同人的直观完全抵触。想象平面的天吗?平天说证明这条道路也很难走得通。因此出路只有一条:沿着“圆则俱圆”的道路前进。
但是,要做到这一点,必须先扫清一个思想障碍——抛弃半个天球的观念,承认天是个完整的球,确立“球则俱球”的原则。这个工作的确有人做了。战国时的慎到就一反半个天球的说法,明确提出“天体如弹丸”,为浑天说提供了一个重要的思想来源。
浑天说的主要代表人物是东汉时的张衡。他在《浑天仪》中提出了明确的浑天说观点。他写道:“浑天如鸡子,天体圆如弹丸,地如鸡中黄,孤居于内,天大而地小;天表里有水,天之包地,犹壳之裹黄。天地各乘气而立,载水而浮。”“天盖地”变成了“天包地”。这是一种地心说。他肯定了天球的存在。但这个天球不是正球形,而是椭球形。
浑天说的实质是彻底贯彻了“方则俱方,圆则俱圆”的原则,提出了天球套地球的思想,简单讲来就是“球则俱球”。盖天说是上下二维结构,浑天说则是内外三维结构。这就是浑天说的精华所在。这样在人们看来,宇宙就完美和谐了。在这一点上,浑天说的确比盖天说前进了一大步。
但浑天说也有一些理论上的困难。
第一,若大地为球形,则水面也应当是球形,可是这同水成平面的直观印象不一致。所以许多浑天说者也不得不承认,虽然大地是球形的,但水面还是平的。这显然是不和谐的。第二,球形大地是个庞然大物,为何能悬在空中?浑天说的核心是球中套球,因此这个问题也就成了浑天说的要害。有的浑天说者就解释说,地球之所以不下落,是因为天球内盛满了水,地球就浮在水上。第三,既然天球的下半部盛满了水,那么天体运转到水平线以下时,就要在水中通过了。太阳是个大火球,怎么能穿水而过?王充就曾提出这个问题:“天行地中,出入水中乎?”
浑盖二家进行了长期的争论,总的趋势是浑天说占优势,因为它同天象观测较为一致。汉代的扬雄从盖天说转向浑天说,并提出了“难盖天八事”,生动体现了浑天说的生命力。综观浑盖二家,各有长短。盖天说没有地心说的错误,却否认了大地的运动;浑天说往往承认大地的运动,却又有地心说的味道。
(摘编自林德宏《科学思想史》)
6.下列对原文相关内容的理解和分析,不正确的一项是(3分)( )
A.虽然中国古代人们对宇宙有一定的观测经验,但“地是方的”这种认识,却不是观测的直接结果,而是含有主观的设想。
B.地球自转轴正对着的北极星是天体周日视运动的不动的极,这种现代科学认识却被盖天说描述成天穹绕北极星旋转。
C.“方则俱方”的观点与人的直观相抵触,平天说又难以行得通,因此,对天地的认识也只有“圆则俱圆”一条路可走。
D.从总趋势上看,在浑盖二家长期的论争中,浑天说占据了优势,这是其阐述以地球为中心的核心理论的必然结果。
答案 D
解析 本题考查学生对材料相关内容的理解和分析的能力。D.“以地球为中心的核心理论”错,浑天说的核心理论是“球中套球”,文章最后说浑天说“有地心说的味道”,不能表述为浑天说“以地球为中心的核心理论”;另外,浑天说占优势是因为“它同天象观测较为一致”。
7.根据原文内容,下列说法正确的一项是(3分)( )
A.古埃及、古巴比伦对宇宙的认识与中国古代对宇宙的认识既有相似之处,又有本质不同。
B.作为中国古代宇宙模型,天圆地方说符合天尊地卑的哲学观念,具有一定的哲学思辨色彩。
C.《周髀算经》能够计算出天与地有八万里的距离,可见当时的数学运算已经非常发达。
D.张衡以鸡蛋为喻,把天比作鸡子,把地比作蛋黄,把日月星辰比作弹丸,非常形象。
答案 B
解析 本题考查学生对材料相关内容的判断和推理的能力。A.“又有本质不同”错,由“古埃及人设想宇宙像一个箱子,稍凹的箱底是大地,箱盖是天”“古巴比伦人认为天像个圆罩,地是个圆形平面”“在中国古代各种宇宙理论中,盖天说最早始于周代,主张‘天圆如张盖,地方如棋局’”可知,“古埃及、古巴比伦对宇宙的认识与中国古代对宇宙的认识”没有本质的不同。C.“可见当时的数学运算已经非常发达”错,夸大其词。原文是“《周髀算经》说天穹与大地的中央都比四周高六万里,天与地相距八万里,可见天的曲率与地的曲率相同……这在‘圆则俱圆’的道路上迈出了可喜的一步”,可见,“当时的数学运算已经非常发达”的说法夸大其词,且“八万里”的数据不是数学运算的结果。D.“把天比作鸡子”错,根据“浑天如鸡子,天体圆如弹丸,地如鸡中黄,孤居于内,天大而地小;天表里有水,天之包地,犹壳之裹黄。天地各乘气而立,载水而浮”可知,“浑天如鸡子”中的“浑天”是包含着天和地的一个系统,不是单指“天”。
8.下列各项相关描述与观点关系的分析,不正确的一项是(3分)( )
A.北朝民歌《敕勒歌》中“天似穹庐,笼盖四野”的诗句,能够说明盖天说“天圆如张盖”的观点。
B.北京的天坛是圆的,而地坛则是方的。这种现象能够证明盖天说“天圆地方”观念的深远影响。
C.近代诗人华蘅芳“经过赤道知冬暖,渐露青山识地圆”的诗句,可直接印证“圆则俱圆”的原则。
D.初唐诗人杨炯在《浑天赋》中说:“天如倚盖,地若浮舟。”这两句诗是古代浑天说的形象写照。
答案 C
解析 本题考查学生分析论点、论据和论证方法的能力。C.“可直接印证‘圆则俱圆’的原则”错,“圆则俱圆”的原则指的是盖天说中对天地认识的一个进步,即天如果是圆的,那么地也是圆的,这种认识体现了宇宙的和谐。而华蘅芳的诗句虽然提到“识地圆”即知道地是圆的,但它不能直接印证体现宇宙和谐的“圆则俱圆”的原则。
9.结合原文,下列关于浑天说与盖天说相比前进了一大步的解说,不恰当的一项是(3分)( )
A.盖天说是上下二维结构,浑天说是内外三维结构。
B.盖天说认为天盖地,天是半球;浑天说认为天包地,天球套地球。
C.盖天说认为大地由直变曲,浑天说认为地球浮在水上。
D.盖天说认为大地不动,浑天说认为大地运动。
答案 C
解析 本题考查学生理解文章内容,筛选并整合文中信息的能力。C.“盖天说认为大地由直变曲”错,“由直变曲”是新旧盖天说主观认识的一个变化,不是盖天说认为大地客观的变化;“浑天说认为地球浮在水上”并不是相对于盖天说的一个进步。
★10.在浑天说理论上的三大困难中,第一和第三存在着明显的逻辑悖论,请分别用三个步骤写出这两个悖论过程。(6分)
答案 ①既然大地是球形,那么水面一定是球形。但是浑天说认为大地是球形,水面却是平的。因此,这种自相矛盾的说法不能成立。②水火是不相融的,要么火被水浇灭,要么水被火烧干。但是浑天说认为作为大火球的太阳反复穿水而过。因此,这种违背常识的说法是错误的。
解析 本题考查学生分析逻辑悖论的能力。
根据“许多浑天说者也不得不承认,虽然大地是球形的,但水面还是平的”,和“若大地为球形,则水面也应当是球形”分析,既然大地是球形,那么水面一定是球形。但是浑天说认为大地是球形,水面却是平的。这显然是自相矛盾的,因此,这种说法不能成立。
根据“既然天球的下半部盛满了水,那么天体运转到水平线以下时,就要在水中通过了。太阳是个大火球,怎么能穿水而过”分析,水火是不相融的,要么火被水浇灭,要么水被火烧干。但是浑天说认为作为大火球的太阳反复穿水而过。这显然违背了生活常识,因此,这种逻辑是错误的。
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