科技热点5：人工智能与芯片-解码芯片与智能体的半导体物理本质 讲义-2026届高考物理二轮专题

科技热点5：人工智能与芯片-解码芯片与智能体的半导体物理本质 科技热点5：人工智能与芯片-解码芯片与智能体的半导体物理本质目录 一、核心物理原理 1.半导体基础：PN结与载流子运动（核心根基） 2.芯片制造：光刻技术与微纳加工（热点情境） 3.芯片工作：电路与电磁调控（多维考点 4.人工智能与智能体：电磁驱动与能量转化（前沿热点） 5.半导体进阶：光电效应与新型器件（延伸考点） 二、典型高考试题情境 1.半导体基础类 2.芯片制造与散热类 3.芯片工作与存算一体类 4.人工智能与智能体类 三、备考清单 1.必背公式 2.核心模型 3.易错提醒 四、科技热点5-人工智能与芯片专项精练 5.1力学：晶格结构，奠定材料力学基础 5.2热学：芯片散热，调控热能高效耗散 5.3电学：半导体输运，构建逻辑电路核心 5.4光学：光电互联，实现高速信息传递 5.5原子：能带微观，解密芯片物理本质 核心表述：深化拓展“人工智能+”，促进新一代智能终端和智能体加快推广，推动重点行业领域人工智能商业化规模化应用，培育智能原生新业态新模式；实施超大规模智算集群、算电协同等新基建工程。芯片（集成电路）实施产业创新工程，鼓励央企国企带头开放应用场景，打造集成电路、航空航天、生物医药、低空经济等新兴支柱产业。成果回顾：新质生产力稳步发展，芯片自主研发有了新突破，集成电路产量增长10.9%。 人工智能与芯片是2026两会重点部署的科技核心领域，以存算一体芯片、AI智能体、光刻技术、半导体器件为核心突破，是高考物理半导体物理、电磁学、电路、光电效应、能量守恒等核心考点的高频命题情境。两会明确提出“深化拓展‘人工智能+’，促进新一代智能终端和智能体加快推广”，且我国芯片自主研发实现新突破，集成电路产量稳步增长，其底层运行原理深度贴合高中物理主干知识，核心是半导体的物理特性与电磁、电路规律的融合。 一、核心物理原理 1.半导体基础：PN结与载流子运动（核心根基） 芯片的核心是半导体器件，PN结是所有半导体器件的基础，也是高考选择题、实验题的高频考点，贴合我国半导体技术突破： 半导体特性：硅、锗等半导体材料，导电性介于导体与绝缘体之间，其导电能力可通过掺杂（掺入微量杂质）调控，核心是载流子（电子、空穴）的运动，区别于导体的自由电子导电，是芯片实现电流控制的核心前提。 PN结的形成与特性：P型半导体（空穴为多数载流子）与N型半导体（电子为多数载流子）结合，形成空间电荷区（耗尽层），产生内电场；PN结具有单向导电性（正向导通、反向截止），是二极管、三极管、芯片核心器件的基础，与太阳能电池PN结的光生伏特效应一脉相承，也是存算一体芯片的核心结构之一。 载流子运动规律：正向偏置时，外电场削弱内电场，载流子（电子、空穴）越过耗尽层，形成正向电流；反向偏置时，外电场增强内电场，载流子被阻挡，仅存在微弱反向漏电流，考查电场力对电荷的作用、电流微观表达式（ ），贴合芯片电流调控原理。 半导体掺杂原理：掺入施主杂质（如磷）形成N型半导体，掺入受主杂质（如硼）形成P型半导体，掺杂后载流子浓度显著提升，导电能力增强，是芯片微型化、高算力的基础，我国在1纳米铁电晶体管制备中，通过掺杂与结构设计实现了低功耗突破。 2.芯片制造：光刻技术与微纳加工（热点情境） 芯片制造的核心是光刻与微纳加工，两会强调突破芯片制造瓶颈，其原理贴合波粒二象性、电磁学，是高考情境化命题的重要载体： 光刻技术的物理本质：利用光的干涉、衍射原理，将芯片电路图案通过光掩模投射到涂有光刻胶的硅片上，经显影、刻蚀，将图案转移到硅片衬底，核心是光的波动性与光刻胶的感光特性，光刻精度决定芯片制程（如3nm、5nm），极紫外光刻（波长13.5nm）可突破衍射极限，提升加工精度。 电子束曝光技术：作为光刻技术的延伸，利用电子的波粒二象性（德布罗意波波长极短），实现纳米量级精度加工，解决传统光刻受光子散射影响精度的问题，用于下一代超大规模集成电路（VLSI）研发，考查德布罗意关系（）、电子的波动性。 微纳加工与表面张力：芯片制造中，纳米压印术用于解决电子束曝光耗时久的问题，过程中涉及表面张力、分子间作用力，考查液体表面张力、分子力，贴合芯片制造工艺的物理细节；亚10纳米超快激光加工技术可打破衍射极限，实现三维光子芯片的精准制造，涉及光的聚焦、能量转化等原理。 芯片散热原理：芯片工作时电流做功产生焦耳热（），需通过散热片（高导热材料，如石墨烯、铜）将热量传导出去，考查热传导（ ）、能量守恒，是芯片稳定工作的关键，也是高考能量计算的常见情境。 3.芯片工作：电路与电磁调控（多维考点） 芯片的核心功能是实现电信号的运算与存储，其工作过程贯穿电磁学、电路规律，贴合我国存算一体芯片、AI芯片技术突破： 晶体管的工作原理：芯片的核心单元是晶体管（MOSFET），本质是“电子开关”，通过栅极电压控制漏极与源极之间的电流，实现电信号的“0”和“1”控制，考查电场对载流子的控制、欧姆定律，我国研制的1纳米铁电晶体管，通过纳米栅极设计实现低电压（0.6V）驱动，大幅降低能耗。 存算一体芯片原理：区别于传统冯诺依曼架构（存储与计算分离），存算一体芯片将计算能力嵌入存储器，利用忆阻器（第四种基本电路元件，可记忆电荷）实现存储与计算合一，无需将数据转化为二进制流，提升算力与能效，考查电路串并联、电磁感应、能量转化，我国忆阻器存算一体芯片能效比传统GPU高两个数量级。 模拟计算芯片原理：直接用连续物理量（电压、电流）类比数学数字，无需二进制转译，在矩阵方程求解（AI二阶训练核心）中优势显著，我国高精度模拟矩阵计算芯片，算力较顶级数字处理器提升百倍至千倍，考查电路功率、电压电流控制。 芯片互连与电磁干扰：芯片内部晶体管通过金属导线（如铜、铝）互连，形成复杂电路，考查电阻定律（ ）、电功率（ ）；同时需解决电磁干扰问题，通过电磁屏蔽材料减少信号干扰，考查电磁屏蔽、电磁波传播，贴合芯片稳定工作需求。 4.人工智能与智能体：电磁驱动与能量转化（前沿热点） 两会强调促进新一代智能终端和智能体推广，其核心驱动是芯片，原理贴合电磁学、能量守恒，是高考压轴题的新方向： AI智能体的驱动原理：智能体（如智能机器人、智能终端）的核心是AI芯片，芯片输出电信号控制电机运转，将电能转化为机械能，考查安培力（ ）、电磁感应、能量转化（电能→机械能），贴合“人工智能+”的场景化应用。 AI算力与能量效率：AI芯片的高算力依赖大量晶体管的并行工作，涉及电流微观计算、功率分配，考查 、电功率、能量效率（），我国模拟计算芯片在128×128矩阵求逆时，吞吐量达到顶级数字处理器的1000倍以上。 智能体感知与信号处理：智能体通过传感器（如光电传感器、压力传感器）获取外界信号，转化为电信号传输至芯片，经芯片运算后输出控制信号，考查光电效应、电磁感应、信号放大，贴合智能体的感知与响应功能。 AI芯片的片上学习：忆阻器存算一体芯片可实现高效片上学习，参照仿生类脑处理方式，完成边缘计算场景下的增量学习，考查电磁调控、能量存储与转化，其低功耗特性适配智能终端的长期运行需求。 5.半导体进阶：光电效应与新型器件（延伸考点） 我国在半导体新型器件领域的突破，为高考创新命题提供了鲜活情境，贴合两会科技自立部署： 半导体光电效应：芯片中的光电探测器、光模块，利用光电效应将光信号转化为电信号，核心方程为 ，考查光电效应、光子能量计算，与太阳能电池的光生伏特效应原理相通，甚至可通过反向运行实现夜间发电。 新型半导体器件：除传统硅基芯片外，我国在氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）等宽禁带半导体器件上实现突破，其耐高温、耐高压特性，用于新能源汽车、智能电网，考查半导体禁带宽度、载流子运动，贴合多领域应用场景。 量子芯片衔接：量子芯片的量子比特依赖半导体量子点（纳米尺度的半导体结构），通过调控量子点中的电子状态实现量子计算，考查量子叠加、能级跃迁，衔接量子科技热点，体现我国芯片技术的多元化突破。 二、典型高考试题情境 1.半导体基础类 PN结特性：已知PN结内电场强度、载流子电荷量，求载流子所受电场力、正向/反向电流大小，考查电场力、电流微观表达式，贴合芯片二极管工作原理。 半导体掺杂：已知掺杂前后载流子浓度、硅片尺寸，求掺杂后芯片的电阻变化、导电能力变化，考查电阻定律、电流微观计算，呼应我国1纳米铁电晶体管的掺杂技术突破。 实验：探究半导体的导电特性，测量不同温度、掺杂浓度下半导体的电阻，考查实验设计、数据处理、误差分析，适配高考实验题趋势。 光刻胶特性：结合光刻工艺，分析光刻胶的感光原理、显影后的图形变化，考查光的干涉、衍射，贴合电子束曝光与光刻技术的应用。 2.芯片制造与散热类 光刻技术计算：已知光刻所用光的波长、硅片尺寸，求光刻精度、衍射极限，考查光的衍射、德布罗意关系，贴合极紫外光刻与电子束曝光技术，呼应我国芯片制造工艺突破。 芯片散热计算：已知芯片功率、散热片热导率、温度差，求散热功率、散热片尺寸，考查热传导公式、能量守恒，贴合芯片稳定工作需求。 微纳加工分析：结合亚10纳米激光加工技术，分析激光聚焦的能量变化、加工精度的物理限制，考查光的聚焦、表面张力，贴合三维光子芯片制造情境。 3.芯片工作与存算一体类 晶体管工作：已知晶体管栅极电压、漏源电阻，求漏源电流、电功率，考查欧姆定律、电场对载流子的控制，贴合我国1纳米铁电晶体管的低电压驱动特性。 存算一体芯片计算：已知忆阻器存算一体芯片的能效比、功率，求处理AI任务的时间、能量损耗，对比传统GPU，考查能量效率、电功率，呼应我国存算一体技术突破。 模拟计算芯片应用：已知模拟矩阵计算芯片的精度、算力，求求解矩阵方程的时间、相对误差，考查能量转化、计算效率，贴合我国高精度模拟芯片成果。 芯片互连电阻：已知芯片内部金属导线的长度、横截面积、电阻率，求导线电阻、焦耳热损耗，考查电阻定律、焦耳定律，贴合芯片内部电路设计。 4.人工智能与智能体类 智能体驱动：已知AI芯片输出电压、电流，电机电阻、磁场强度，求电机安培力、机械能输出功率，考查安培力、能量转化，贴合“人工智能+”场景化应用。 AI算力计算：已知AI芯片晶体管数量、单个晶体管功率，求芯片总功率、算力效率，考查电功率、能量守恒，呼应我国AI芯片的高算力突破。 智能体感知：已知光电传感器的入射光频率、金属逸出功，求光电子最大初动能、电信号强度，考查光电效应方程，贴合智能体的感知功能。 三、备考清单 1.必背公式 电路相关：电阻定律 、电功率 、焦耳定律 电流微观： （n为载流子浓度，e为电子电荷量，S为横截面积，v为载流子定向移动速率） 光电效应： 、光子能量 热传导： （λ为热导率，A为散热面积，ΔT为温度差，d为散热片厚度） 德布罗意关系： （用于电子束曝光、量子点相关计算） 2.核心模型 PN结单向导电模型（二极管、晶体管核心，贴合芯片基础器件） 芯片光刻与微纳加工模型（光的干涉、衍射，电子束曝光，贴合制造工艺） 存算一体芯片模型（忆阻器、存储与计算合一，贴合我国技术突破） 晶体管开关模型（电场控制载流子，芯片运算核心） AI智能体驱动模型（电能→机械能，电磁驱动，贴合“人工智能+”应用） 3.易错提醒 半导体的导电能力不是固定不变，受温度、掺杂浓度影响：温度升高，载流子浓度增大，导电能力增强；掺杂浓度越高，导电能力越强，与导体（温度升高电阻增大）相反，解题时需注意区分。 PN结的单向导电性：正向偏置（P接正、N接负）导通，反向偏置截止，不可混淆正反向接法；其内部电场与外电场的方向关系，是判断电流是否导通的关键。 芯片散热的核心是热传导，而非热辐射，解题时需区分热传导、热辐射、热对流，避免误用能量传递方式。 存算一体芯片与传统芯片的区别：无需二进制转译，存储与计算合一，能效更高，解题时需注意二者的能量转化与算力差异，避免混淆冯诺依曼架构与存算一体架构。 电子束曝光的精度优势源于电子的德布罗意波波长极短，并非电子的粒子性，解题时需结合波粒二象性，准确区分光子与电子的光刻原理差异。 AI芯片的高算力源于晶体管的并行工作与存算一体设计，并非单个晶体管的功率提升，解题时需注意算力与功率、晶体管数量的关系。 四、科技热点5-人工智能与芯片专项精练 5.1力学：晶格结构，奠定材料力学基础 1.智能机器制造是人工智能方面的一个重要课题，其中智能机械臂已广泛应用于各种领域。如图所示，一智能机械臂铁夹夹起一个金属小球（质量均匀分布）后静止在空中，铁夹与球接触面保持竖直，则（　　） A．金属小球受到铁夹的压力是由于小球发生了弹性形变 B．金属小球受到的重力和金属小球受到的摩擦力是一对作用力和反作用力 C．铁夹受到的摩擦力方向竖直向上 D．若增大铁夹对金属小球的压力，金属小球受到的摩擦力不变；若铁夹夹着金属小球水平匀速移动，金属小球受到的摩擦力也不变 【答案】D 【详解】A．金属小球受到铁夹的压力是由于铁夹发生了弹性形变，故A错误； B．金属小球受到的重力和金属小球受到的摩擦力是一对平衡力，故B错误； C．根据平衡条件可知金属小球受到的摩擦力方向竖直向上，根据牛顿第三定律可知，铁夹受到的摩擦力方向竖直向下，故C错误； D．根据平衡条件可知金属小球受到的摩擦力与小球的重力等大反向，若增大铁夹对金属小球的压力，金属小球受到的摩擦力不变；若铁夹夹着金属小球水平匀速移动，金属小球受到的摩擦力也不变，故D正确。 故选D。 2.随着人工智能的快速发展，机器人功能的开发也不断在突破，如图甲为某开发研究所实验某型号智能机器人的起跳动作示意图，机器人质量为，点是机器人的重心位置。图乙是根据加速度传感器采集到的数据画出的加速度-时间图线。甲乙两图中各点均一一对应，其中有几个点在图甲中没有画出。规定竖直向上为加速度的正方向，重力加速度大小取。根据图乙分析可知（　　） A．点为机器人起跳动作中重心最低点 B．点时机器人向上速度最大 C．点位置机器人对地面压力大小为 D．机器人在点时已开始离开地面 【答案】C 【详解】A．重心最低点时加速度向上最大，可知点为机器人起跳动作中重心最低点，故A错误； B．图像的面积表示速度的变化量，点位置图像总面积为负，速度增量为负，机器人在向下运动，故B错误； C．点位置机器人以向上加速，由 解得N 由牛顿第三定律可知其对地面压力大小为1200N，故C正确； D．机器人开始离开地面时加速度应为，故在点机器人还没有开始离开地面，故D错误。 故选C。 3.“新智AI，赋能未来”2025人工智能驱动创新发展大会暨科技成果展举办，分拣机器人能够自主规划路线，确保高效、准确的分拣作业。如图所示，机器人从A处由静止出发沿两段垂直直线路径AB、BC运动到C处停下，再将货物从托盘卸到分拣口。已知机器人最大运行速率vm=3m/s，机器人加速或减速运动时的加速度大小均为a=2.5m/s2，AB距离x1=12m，BC距离x2=2.5m，机器人途经B处时的速率为零，要求机器人能在最短时间内到达分拣口。下列说法正确的是（　　） A．机器人从A到B过程中，从静止加速到最大运行速率vm所需时间t0=1.4s B．机器人从A运动到B的时间t1=3s C．机器人从B运动到C时间t2=2s D．机器人从A运动到C的平均速度大小=2.4m/s 【答案】C 【详解】A．从静止加速到最大运行速率vm所需时间，故A错误； B．因加速或减速运动时的加速度大小相等，机器人从最大速率减速至零的时间和位移大小与从零加速到最大运行速率的时间和位移大小相等，设加速位移大小为x0，匀速时间为t匀，匀变速运动阶段，则有 匀速运动阶段 机器人从A到B运动的时间 联立解得，故B错误； C．根据匀变速运动规律可得 机器人从B运动到C过程不能加速到最大速度vm，设机器人加速到v1后开始减速，加速和减速过程中时间和位移大小相等，设机器人从B运动到C的时间为t2，根据匀变速运动规律可得 机器人从B到C所用的时间，故C正确； D．整个过程中机器人的位移为 所用时间 则整个过程的平均速度为，故D错误。 故选C。 4.2025年7月26日至29日，世界人工智能大会举办，3000余项前沿成果集中亮相，人工智能正加速打开“智慧之门”，机器人服务人类的场景也正步入现实生活中，例如餐厅中使用机器人来送餐，就越来越常见。如图甲所示为某餐厅的送餐机器人，将其结构简化为如图乙所示的示意图，机器人的上表面保持水平，且送餐过程中菜品相对于机器人静止。则下列说法中正确的是（　　） A．菜品对机器人的压力就是菜品的重力 B．菜品受到的合外力为零 C．机器人做匀加速直线运动时菜品的惯性逐渐增大 D．菜品随着机器人一起做匀减速直线运动时，机器人对菜品的作用力大于菜品的重力 【答案】D 【详解】A．菜品对机器人的压力属于弹力，其与重力性质不同，且二者的施力物体和受力物体均不同，它们不是同一个力，故A错误； B．不知菜品运动情况，无法确定其合力是否为零，故B错误； C．惯性只与物体的质量有关，菜品的质量不变，惯性不变，故C错误； D．菜品随着机器人一起做匀减速直线运动时，机器人对菜品的支持力（菜品质量为m） 由牛顿第二定律知机器人对菜品的摩擦力（a为匀减速直线运动加速度大小） 机器人对菜品的作用力为支持力和静摩擦力的合力，故D正确。 故选D。 5.2025年是人工智能规模化应用元年，越来越多的人在工作和学习中使用人工智能体。某同学通过人工智能体查询到在地球两极的重力加速度为，地球赤道上的重力加速度为，将地球视为质量分布均匀的球体，已知引力常量G和地球半径R，则地球密度为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】BD．在两极无自转影响，重力加速度等于引力加速度，即 解得 地球密度 其中地球体积 解得 B正确，D错误； AC．地球赤道上受地球自转影响有 由于未知，不能直接表示，故不能求得地球密度，AC错误。 故选B。 6.人工智能的应用越来越广泛，萝卜快跑无人驾驶出租车已经在很多城市开始运营，汽车自动控制反应时间（从发现障碍物到开始制动的时间）小于人的反应时间。如图1、2所示分别是在遇到障碍物时驾驶员操作下的v-t图像和自动控制下的图像，数据图中已标出，下列说法正确的是（　　） A．驾驶员操作下从发现障碍物到停止的位移大小是45m B．驾驶员操作下从发现障碍物到停止的平均速度大小是 C．自动控制下从发现障碍物到停止的时间是3.3s D．自动控制下从发现障碍物到停止的平均速度大小是 【答案】C 【详解】A．根据v-t图像与时间轴所围的面积表示位移可知，驾驶员操作下从发现障碍物到停止的位移大小是m=60m 故A错误； B．驾驶员操作下从发现障碍物到停止的时间为=3.5s，位移为=60m，则此过程的平均速度大小是 故B错误； C．在自动控制下的图像中，根据 可得汽车匀减速运动的加速度为 由图可知，汽车的初速度v0=30m/s，则反应时间s=0.3s 匀减速运动的时间s 自动控制下从发现障碍物到停止的时间是s 故C正确； D．自动控制下从发现障碍物到停止的位移x=54m，所用时间t=3.3s，则平均速度大小是 故D错误。 故选C。 7.人工智能已经逐渐进入我们生活，高速旋转下芯片的稳定性尤为重要。某科研团队为检测质量为的芯片在高速旋转下的工作能力，设计了如下图的漏斗形实验装置，O为漏斗的最低点，漏斗的半顶角。芯片放置在漏斗内壁上距离最低点为的位置上，可以与另一质量为的重物通过柔软但不可伸长的轻质细绳相连。重力加速度，不考虑细绳与漏斗的摩擦。 （1）若芯片与漏斗内壁间无摩擦，且未连接重物M，为保证芯片不沿漏斗下滑，则芯片在水平方向做匀速圆周运动的角速度至少为多大？ （2）若芯片与漏斗内壁的动摩擦系数为，且连接重物M，使芯片与漏斗一起绕竖直轴做匀速圆周运动，为保证芯片与漏斗内壁不发生相对滑动，求转动角速度的取值范围。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）对芯片受力分析，设漏斗对芯片的支持力为N，在竖直方向 在水平方向 其中 解得 （2）当摩擦力沿漏斗向上时，角速度最小，此时，在竖直方向 在水平方向 其中 解得 当摩擦力沿漏斗向下时，角速度最大，此时，在竖直方向 在水平方向 其中 解得 所以转动角速度的取值范围为。 8.人工智能AI技术的不断创新发展，使人们的生活更加丰富多彩。我国多地出现无人机灯光秀，成千上万架无人机通过与地面RTK（实时差分）基站实时通信，保证每一架无人机都有其特定的轨迹，共同完成巨幅图案及动画表演。现将一架无人机的运动简化成竖直面内的曲线运动，以水平向右为x轴正方向，以竖直向上为y轴正方向建立直角坐标系，如图甲所示，以该时刻为计时起点，水平方向无人机的关系图像如图乙所示，竖直方向无人机的关系图像如图丙所示。已知，。求： (1)无人机飞行过程中的最大速度的大小与方向。 (2)从计时开始经过6s无人机飞行的位移的大小与方向。 【答案】(1)大小为，方向与水平方向的夹角为53°斜向右上方(2)大小为，方向与水平方向的夹角为45°斜向右上方 【详解】（1）根据图乙可知无人机水平分速度为 最大速度为 设最大速度与水平方向的夹角为，则 解得 即最大速度的大小为，方向与水平方向的夹角为53°斜向右上方。 （2）从计时开始的6s内，根据图乙可知水平位移为 根据图丙可知竖直位移 则无人机实际位移的大小为 设该位移与水平方向的夹角为，则 解得 即位移的大小为，方向与水平方向的夹角为45°斜向右上方。 5.2热学：芯片散热，调控热能高效耗散 9.黑磷是重要的芯片原料，其原子按照一定的规则排列呈片状结构，电子在同一片状平层内容易移动，在不同片状平层间移动时受到较大阻碍。则黑磷（　　） A．属于多晶体 B．没有固定的熔点 C．导电性能呈各向异性 D．没有天然的规则几何外形 【答案】C 【详解】A．黑磷的原子按照一定的规则排列呈片状结构，属于单晶体，故 A错误； B．黑磷属于单晶体，有固定的熔点，故B错误； C．电子在同一片状平层内容易移动，在不同片状平层间移动时受到较大阻碍，导电性能呈各向异性，故C正确； D．黑磷属于单晶体，有天然的规则几何外形，故D错误。 故选C。 10.2024年3月，华为小折叠屏手机正式发售。该款手机搭载了麒麟芯片，支持网络，可以满足用户对于高速网络的需求。网络相比网络具有更高的数据传输速率。已知网络通信技术采用频段的无线电波，网络通信技术采用频段的无线电波。下列说法正确的是（　　） A．信号比信号更难发生明显衍射现象 B．信号和信号相遇会发生干涉现象 C．某次手机不慎进水，水蒸气在屏幕上凝结成小水珠的过程中，水分子间的引力增大，斥力减小 D．1克的水的内能等于1克的水蒸气的内能 【答案】A 【详解】A．因5G信号的频率更高，根据可知，5G信号的波长小，4G信号的波长更大，故5G信号更难发生明显衍射现象，故A正确； B．4G和5G信号的频率不同，两种不同频率的波不能发生干涉，故B错误； C．水蒸气凝结成小水珠的过程中，水分子间距离减小，水分子间的引力增大，斥力增大，故C错误； D．在1g的水变成水蒸气时，分子间距增大，要克服分子间的引力做功，分子势能增大。温度不变，分子平均动能不变，所以1g的水的内能小于1g水蒸气的内能，故D错误。 故选A。 11.新能源汽车的研发和使用是近几年的热门话题，下面是某品牌新能源汽车介绍中的一段文字：“将近6米的超长车身设计。使得整车车顶集成的太阳能芯片面积达到了6平方米左右，极富流线型的整车造型，使整车风阻大幅下降，全车采用铝合金框架并结合碳纤维车身，整车质量仅700kg，这一轻量化设计使整车能耗极低，汽车发动机最大输出功率达30kW，性能十足。” （1）某次测试中，在水平地面上汽车所受摩擦力阻力约为车和驾驶员总重的0.08倍，试估算50kg的工程师驾驶这种汽车在实验路段上行驶的最高车速； （2）为进一步测试这种汽车的性能，在厂区内坡度为θ（sinθ=0.02）的实验路段上沿坡道向上行驶，该工程师在上述实验路段上从静止开始以1m/s2的加速度沿坡道向上做匀加速直线运动，求此过程能维持的最长时间； （3）已知太阳辐射的总功率P0=4×1026W，太阳到地球的距离r=1.5×1011m，太阳光传播到达地面的过程中大约有33%的能量损失。目前，制作太阳能电池的最好的材料为砷化镓，其将光能转化为电能的效率约为30%，试通过计算分析，这种汽车只采用纯太阳能驱动，且能保持最大输出功率30kW不变的可行性。（提示：太阳辐射的能量均匀分布在以太阳为球心的球面上，球的表面积公式为S=4πR2） 【答案】（1）；（2）；（3）见解析 【详解】（1）当达到最大速度时牵引力 根据 可得最大速度 代入数据得 （2）在斜面上匀加速过程 联立解得 （3）在车顶集成的6平分米面积太阳能芯片接受到太阳能转化为电能的功率 即车顶太阳能芯片接受到太阳能从而转化为电能的功率远小于30kW，可见这种汽车采用纯太阳能驱动保持输出功率30kW是不可行的。 5.3电学：半导体输运，构建逻辑电路核心 12.在半导体芯片制造的离子注入工艺中，为实现对晶圆靶材的高精度掺杂，需将离子源产生的离子束通过磁场约束精确聚焦到靶材的指定接收点。如图所示，在平面直角坐标系xOy内存在垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B。离子源固定于x轴上的P点，其坐标为，靶材的接收区域位于x轴上的Q点，其坐标为。离子源可发射速度大小和方向不同的大量带正电离子，且所有离子均在xOy平面内运动，其初速度方向与y轴正方向夹角的最大值为60°。已知离子的质量为m，电荷量为，所有离子的运动轨迹关于y轴对称，离子的重力不计，忽略离子间的相互作用。 (1)若沿y轴正方向自P点进入第二象限的离子，恰好可以打在Q点，求该离子进入第二象限时的速率； (2)假设所有离子均可打在Q点，求： ①离子的最大速率和最小速率之比； ②离子自P点到Q点运动的最长时间和最短时间之比； ③第一象限有离子经过区域的面积。 【答案】(1)(2)①；②  ③ 【详解】（1）离子沿y轴正方向发射，恰好打在Q点，由对称性可知轨迹圆心在x轴上。由几何关系可知PQ为直径，轨迹半径 洛伦兹力提供向心力，有 解得 （2）①离子打在Q点，轨迹圆心必在y轴上。设初速度与x轴夹角为，由几何关系知半径 时R最小为a，时R最大为2a，由知 故 ②离子运动时间 其中为圆心角。由几何关系时 时 故 ③如图所示 根据，轨迹最大半径为2a，平面内有粒子通过区域 则第一象限面积 13.离子注入是现代半导体芯片制造中的工艺，如下图所示是工作原理示意图。磁分析器截面是内外半径分别为r和3r的四分之一圆环，内有方向垂直纸面向外的匀强磁场。离子源中的电子轰击气体，使其电离，得到离子，质量分别为11m、49m，电荷量均为e。初速度可忽略不计的离子飘入加速电场，经加速后由ab边中点水平向右垂直ab进入磁分析器。已知离子由cd边中点N射出后，竖直向下注入下方水平面内的晶圆。加速电压为U，整个系统置于真空中，不计离子间作用和离子重力。 (1)进入磁分析器时，的速度大小之比； (2)离子注入的目标是将注入晶圆，试通过计算分析是否经过cd边被掺杂进了晶圆内。 【答案】(1)(2)不能从cd边射出掺杂到晶圆内 【详解】（1）在加速电场中加速过程对有 对有 两式相比得 （2）在磁分析器中对有 洛伦兹力提供向心力有 联立 解得 对有 联立 解得 若离子恰好从d点射出，有： 解得，由于，所以不能从cd边射出掺杂到晶圆内。 14.测量局域磁场，科学家基于电阻应变片开发出一种磁场检测芯片，其简化结构如图1所示。长度均为l、通有恒定电流I0。（方向相反）的两刚性金属杆ab、cd，与具有良 好弹性的绝缘悬梁OA、OD构成“H”形支架，对称固定于底座O处。在悬梁上、下表面对称安装四个相同的电阻应变片（各自引出两导线），其阻值分别为R1、R2、R3和R4，将它们 按图2方式与电动势为E的电源（不计内阻）相连。未加磁场时，支架处于水平平衡状态， 此时R1=R2=R3=R4=R0，测得e、f两端的电势差为0。现施加待测磁场，其方向水平向右、且垂直于金属杆，则金属杆ab、cd受安培力作用，使悬梁OA、OD产生形变，四个应变片的阻值发生相应变化，其变化量的绝对值均为ΔR，此时测得e、f两端的电势差为Uef,从而得到待测磁场磁感应强度B的大小。 (1)判断金属杆ab和cd所受安培力的方向; (2)写出上述四个电阻的阻值（用R0和ΔR表示）； (3)已知电阻变化量和所受的安培力成正比关系，且比例系数为，求与B之间的关系。 【答案】(1)ab竖直向下，cd竖直向上(2)，，，(3) 【详解】（1）根据左手定则可知ab所受安培力方向竖直向下；cd所受安培力方向竖直向上。 （2）由题意可知ab向上弯曲，使R1被拉伸（阻值增大）、R3被压缩（阻值减小），故 cd向下弯曲，使R2被压缩（阻值减小）、R4被拉伸（阻值增大），故 （3）由图可知R1与R2串联，R3与R4串联，两条支路并联。 上支路总电阻为 电流 f点电势 下支路总电阻为 电流 e点电势 e、f两点间的电势差绝对值 安培力与ΔR的关系：，而，所以 联立得 15.在芯片制造工艺中，离子注入是精确掺杂半导体材料的关键技术，其简化原理如图所示：初速度可忽略的正一价磷离子的质量，电荷量，从离子源发出，经的高压加速电场加速后，进入静电分析器，该分析器内部为四分之一圆弧形真空通道，中心线半径，通道内存在均匀辐向电场，离子沿中心线做匀速圆周运动，通过静电分析器的离子，从点沿方向（磁场区域的竖直直径）进入一圆形匀强磁场区域，磁场区域半径，磁感应强度大小可调，方向垂直纸面向外，右侧硅片与等高且平行于，其到的距离为，忽略离子重力及离子间相互作用，求： (1)离子进入圆形磁场区域时的速度大小； (2)静电分析器通道内辐向电场沿中心线处的电场强度大小； (3)为保证离子能打到硅片上，求圆形区域内磁感应强度的取值范围。（计算结果保留2位有效数字） 【答案】(1)(2)(3) 【详解】（1）离子在加速电场中，由动能定理 解得 代入数据得 （2）离子在静电分析器中做匀速圆周运动，电场力提供向心力，则 解得 （3）离子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，则 所以 如图所示 若离子从磁场下边界射出，则 解得 所以 若离子从磁场上边界射出，则 解得 所以 所以圆形区域内磁感应强度的取值范围为。 16.《中国激光》杂志第六期（2025.3）报道，上海光学精密机械研究所林楠团队创新地采用固体激光器方案，实现了LPP-EUV光源技术全球领先，这标志着国产芯片制造迈入了新阶段。物理气相沉积镀膜是芯片制作的关键环节之一，该设备的结构图简化如下（z方向足够长），晶圆（截面MN）固定放置于xOy坐标系的第一象限内，OMN区域内有匀强磁场，磁感应强度，方向沿z轴负方向；第二象限内有匀强电场，场强，方向沿y轴负方向。初速可略的氩离子（比荷）经电压为U（待求）的电场加速后，从点水平进入匀强电场E中，恰好打到位于原点O处的金属靶材并被全部吸收，靶材溅射出的金属离子（比荷）从O点飞入磁场区域，速度大小均为，并沉积在晶圆上。忽略离子重力及其间的相互作用力，求： (1)U的数值； (2)假设进入磁场的离子沿各个方向都有，求晶圆MN方向上的涂膜（金属离子打中的区域）长度； (3)假设从O点飞入磁场的离子分布在半顶角的圆锥侧面上，圆锥对称轴垂直于晶圆截面，如图乙，考察方向上的离子，打在晶圆上的位置坐标。 【答案】(1)(2)0.5m(3)0.555m 【详解】（1）氩离子在电场中做类平抛运动，竖直方向有 水平方向有 在加速电场中，由动能定理可得 联立解得 （2）金属离子在磁场中做匀速圆周运动，有 解得 沿x轴正向射出的离子，圆心在M点，落点到M点的距离为0.5m，分析知，离子能直接打到M点（此时的弦切角为），故涂膜的长度为0.5m。 （3）对着A点入射的离子，v与B方向不再垂直，将v正交分解，得， 则 在xOy平面内，其落点的y坐标为 即落在M点，故，，图孤所对的圆心角为，则 故 17.芯片制造工艺中，离子注入控制是一道重要的工序。某技术人员利用电磁场设计一种方案简要如图所示，从离子源产生的离子（初速度不计）经匀强电场加速U0后，沿中轴线飞入平行金属板A、B，之后经需要先后进入由电流控制磁场的半径为r（较小）的圆形边界匀强磁场Bx和足够大的匀强磁场By，两磁场的磁感应强度分别由相应的电流Ix和Iy大小和方向控制，磁感应强度与电流关系满足B=kI，k为常数，忽略边缘效应，以平行极板中心O为坐标原点，建立O-xyz坐标系（垂直纸面向外为z轴正方向），平行极板长为L1，间距为d，圆形边界在YOZ平面内的匀强磁场BX的圆心坐标（0，L2，0），待制造芯片放置位置中心坐标（0，L3，0）。已知离子电量为+q、质量为m。 (1)若Ix=Iy=0时，离子恰好打到（R， L3， O） 点，求UAB的值； (2)若UAB=0， Iy =0时，控制离子恰好打到（0，L3，R）点，求Ix的值； (3)若UAB=0，Ix为某值时，离子经圆形磁场偏转角进入By磁场，试导出离子打到芯片上位置 （x，y，z） 与Iy的关系式（设离子转动不到90°）。 【答案】(1)(2) (3)；y = L3； 【详解】（1）根据动能定理有 设离子在A、B间运动时间为t，离开金属板时速度方向与初速度方向夹角为，根据类平抛运动规律有，，， 联立解得 （2）根据几何关系有 其中 根据洛伦兹力提供向心力有 则 解得 （3）By磁场中运动时间 角速度为 离子转过角度 By磁场中半径 坐标为 y= L3 z       18.如图是芯片制造过程中离子注入工作原理简化示意图，从离子源发出的某带正电的离子在电场加速后速度大小为v、沿虚线通过速度选择器、在圆弧形的分析器（如图甲、乙），做半径为R1的匀速圆周运动、从P点沿直径PQ方向进入半径为R2的圆形匀强磁场区域，最后打在平行PQ上且与PQ相距1.5R2的硅片上，完成离子注入。图甲静电分析器通道内有均匀辐向分布的电场，图乙磁分析器通道内为匀强磁场。已知离子质量m、电荷量q、速度v，速度选择器中电场强度E、R1、R2及电场和磁场方向。整个系统置于真空中，不计离子重力。求： (1)速度选择器中磁感应强度B的大小； (2)图甲中静电分析器通道内，R1虚线处电场强度的大小E′和图乙中磁分析器通道内磁感应强度的大小B′； (3)已知离子经在圆形磁场区域偏转后垂直打在硅片上M点，现在圆形磁场区域再加上垂纸面向里的大小也为E的匀强电场，离子会打在硅片上N点，求硅片上MN两点的距离。 【答案】(1)(2)，(3) 【详解】（1）离子在速度选择器内做匀速直线运动，则 所以 （2）在图甲中静电分析器内，离子做匀速圆周运动，则 所以 在图乙中静电分析器内，洛伦兹力提供向心力，则 解得 （3）由于离子经圆形磁场区域偏转后垂直打在硅片上，则离子在圆形磁场区域内做匀速圆周运动的轨迹半径等于圆形磁场区域的半径，所以轨迹如图所示 离子在圆形磁场中做匀速圆周运动的周期 离子在圆形磁场中运动的时间 离子离开圆形磁场到达到硅片阶段做匀速直线运动 加上电场后，离子在复合场中做螺旋线运动，平行平面方向不发生变化，垂直平面方向即电场方向做匀加速运动 qE=ma 在复合场中沿电场方向的位移 解得 离开复合场时沿电场方向的速度 v1=at1 可得 离开复合场时沿电场方向做匀速运动，位移 x2=v1t2 解得 MN间距为 19.如图所示是离子回旋加工芯片流程的示意图。离子源发出质量为m的正离子，沿水平中轴O，经速度选择器后，进入可加电场或磁场且边长为L的正方形偏转区，偏转后进入加有水平向右的匀强磁场的共振腔，使腔内气体电离蚀刻芯片。已知速度选择器与偏转区的匀强电场均为，方向相反，匀强磁场均为，方向垂直纸面向外。仅加电场时离子出射偏转角α很小，且。不考虑电磁场突变影响，离子进入共振腔后不碰壁。角度θ很小时，有，，求： (1)离子通过速度选择器后的速度大小； (2)离子的电荷量； (3)偏转区仅加磁场时，离子出射时偏离O、轴线的距离。 (4)离子以（3）问中的速度进入共振腔，受与运动方向相反的阻力，k为已知常数。施加垂直、轴线且匀速旋转的匀强电场使离子加速。稳定后离子在垂直、轴线的某切面内以与电场相同角速度做匀速圆周运动，速度与电场的夹角（小于90°）保持不变。 ①为保证离子不接触芯片，求芯片距离的最小距离； ②角速度为多大时，稳定后旋转电场对离子做功的瞬时功率最大。 【答案】(1)(2)(3)(4)①；②。 【详解】（1）离子沿水平中轴 OO1经过速度选择器，设离子电荷量为q满足 解得 （2）偏转区仅加电场时，水平方向 竖直方向 且有 联立解得 （3）离子在磁场中偏转时，设偏转角为，磁场半径 偏转角等于圆心角，由几何关系 可得 离子出射时偏离轴线的距离 （4）当离子进入共振腔后，将速度分解为两个方向，其中水平方向 其中 ①水平方向在阻力下做减速运动，为保证离子不接触芯片，对离子进入到水平方向速度减小为0过程分析，由动量定理有 其中 得芯片距离O2的最小距离 ②稳定后离子会以与旋转电场相同的恒定角速度在某一切面内做匀速圆周运动，设最终速度为。沿圆周的半径方向 沿圆周的切线方向 可得 旋转电场对离子做功的功率 当 即时，电场对离子做功的瞬时功率最大。 20.芯片制造中，离子注入是一道重要的工序。如图是一部分离子注入工作原理示意图。从离子源A处飘出带正电的离子初速度不计，经匀强电场加速后，从P点以速度v沿半径方向射入圆形磁分析器，磁分析器中存在垂直于纸面向外的匀强磁场（大小未知），与矩形离子控制区abcd相切于Q点，ad边长为L，开始时控制区无任何场，离子从Q点离开磁分析器后可匀速穿过控制区，注入cd处的硅片上。已知离子质量为m，电荷量为q，在圆形磁分析器中运动的时间为t，图中a、P、Q三点连线正好可构成一个等边三角形，bQ足够长，不计离子的重力和离子间的相互作用。 （1）求加速电场的电压U； （2）求圆形磁分析器的半径r； （3）若在控制区加上垂直于纸面向里磁场，其磁感应强度大小沿ad方向按的规律均匀变化，x为该点到ab边的距离，k为已知的常数且，则要使离子不打到硅片上，ab边所在位置的磁感应强度至少为多少？ 【答案】（1）；（2）；（3） 【详解】（1）在加速电场有 解得 下图为（2）（3）问运动轨迹的配图 （2）在圆形磁分析器中，做圆周运动，运动轨迹如图 其周期为 在磁场中运动时间有 有几何关系有 解得 （3）要使离子恰好不打到硅片上，离子运动到cd边时，速度应与cd边相切，又因为洛伦兹力不改变速度大小，因此分解洛伦兹力，在平行于ab方向用动量定理 整理有 由题意有 整理有 结合数学知识可知，等式坐标是x从0一直到L的求和，即图像的面积为求和结果，有 解得 21.制造芯片的过程中，需要用电磁场精准控制粒子的轨迹，如图所示，区域I中正交的电磁场构成了一个速度选择器，右侧足够大的长方体被分成两个区域，区域Ⅱ中存在竖直向上的匀强磁场，区域Ⅲ中存在水平向左的匀强电场。质量为m，带电荷量为的粒子从区域I左侧的小孔O以垂直电磁场方向的速度射入，该粒子沿直线穿越区域I，从右侧的小孔离开，沿直线由P点进入区域Ⅱ，P点到区域Ⅱ、Ⅲ边界的距离为d，粒子由区域Ⅱ、Ⅲ边界上的Q点（未画出）进入区域Ⅲ，Q点到长方体左侧面的距离为，最终粒子运动到长方体左侧面的S点，粒子在S点的速度与左侧面的夹角为，忽略粒子的重力。 （1）求区域Ⅱ中磁感应强度的大小； （2）求区域Ⅲ中电场强度的大小以及S点到区域Ⅱ、Ⅲ边界的距离； （3）将区域I中的磁感应强度变为原来的2倍，改变粒子的速度，粒子仍从O点射入，结果发现粒子仍沿直线由P射入区域Ⅱ，求该粒子第二次运动到长方体左侧面时到区域Ⅱ、Ⅲ边界的距离。 【答案】（1）；（2）；（3）。 【详解】（1）以过P点垂直纸面向里的直线为y轴，y轴与区域如II、Ⅲ边界的交点为原点，水平向右为x轴，作出粒子运动轨迹的俯视图如图中1所示。 设粒子在磁场中运动时的轨迹半径为R，由几何关系得 解得 由牛顿第二定律得 由以上解得 （2）粒子经过Q点时，由几何关系可知速度方向与x轴正方向的夹角为，则有 粒子在区域Ⅲ中做类斜抛运动，沿y轴负方向以大小为的速度做匀速直线运动，设粒子回到长方体左侧面时的速度为，则有 解得 所以 设粒子由Q到S的时间为t，则由运动学公式可知， 粒子在x轴方向的位移大小 粒子在y轴方向的位移大小为 解得 粒子在区域Ⅲ中，由牛顿第二定律得 整理得电场强度大小为 （3）磁感应强度改变前，在区域I中，由平衡条件得 磁感应强度改变后，设粒子射入区域的速度为y，则有 解得 粒子在区域Ⅱ中做匀速圆运动，由牛顿第二定律得 解得 则粒子在区域II中恰好运动四分之一圆周，然后垂直区域II、区域Ⅲ的边界（即x轴）进入区域Ⅲ，此后粒子做类平抛运动，最终再次回到长方体的左侧面。作出粒子的运动轨迹，如图中曲线2所示。在y轴方向上，粒子做匀速直线运动，有 x轴方向上，粒子做初速度为零的匀加速直线运动，有 解得 5.4光学：光电互联，实现高速信息传递 22.在芯片制造的晶圆检测环节，技术人员常利用空气劈尖干涉原理检验硅片表面的平整度。检测时将标准玻璃板放在待测硅片上方，两板之间形成空气薄膜，用单色光竖直照射该空气薄膜以观察干涉条纹，如图所示。基于该检测原理，下列说法正确的是（　　） A．若干涉条纹向空气薄膜变薄的方向弯曲，说明硅片对应位置的表面向上凸起 B．若玻璃板与硅片的夹角减小，观察到的干涉条纹间距会增大 C．若换用频率更高的单色光，观察到的干涉条纹间距会增大 D．若将两板间的空气替换为折射率更大的透明气体，观察到的干涉条纹间距会增大 【答案】B 【详解】A．根据空气劈尖干涉原理，干涉条纹向空气薄膜变薄的方向弯曲时，说明硅片对应位置的表面向下凹陷，而不是向上凸起，故A错误； B．当玻璃板与硅片的夹角减小时，空气薄膜的厚度变化变缓，根据干涉条纹间距与薄膜厚度变化的关系，观察到的干涉条纹间距会增大，故B正确； C．换用频率更高的单色光，其波长变短，根据干涉条纹间距与光的波长的关系，观察到的干涉条纹间距会减小，故C错误； D．将两板间的空气替换为折射率更大的透明气体，光在其中的传播速度变慢，波长变短，根据干涉条纹间距与光的波长的关系，观察到的干涉条纹间距会减小，故D错误。 故选B。 23.制造某型芯片所使用的银灰色硅片覆上一层厚度均匀的无色透明薄膜后，在自然光照射下硅片呈现深紫色。关于此现象，下列说法正确的是（　　） A．上述现象与彩虹的形成原理相同 B．光在薄膜的下表面发生了全反射 C．薄膜上下表面的反射光发生了干涉 D．薄膜厚度发生变化，硅片总呈现深紫色 【答案】C 【详解】A．上述现象是由于光的干涉造成的，彩虹的形成原理主要为光的折射，上述现象与彩虹的形成原理不相同，故A错误； BC．硅片呈现深紫色的原因是薄膜的厚度正好使紫光在薄膜上下表面的反射光发生干涉，振动加强，故B错误，C正确； D．根据光的干涉中相互加强的条件，可知当薄膜的厚度发生变化时，满足加强条件的波长也会发生改变，导致硅片呈现不同的颜色，故D错误。 故选C。 24.如图所示，利用微流芯片技术制作双通道微流芯片作为双缝干涉装置，将基准液体及待测液体分别输入双缝，采集接收屏上的激光干涉图样，分析干涉条纹的数据，可以测量待测液体的折射率及浓度。下列说法正确的是（　　） A．同时到达双缝的激光一定也会同时到达接收屏正中央 B．若接收屏正中央是亮条纹，则两种液体的折射率一定相同 C．换频率更小的单色光照射，屏上的干涉条纹间距变大 D．增大双缝和接收屏的距离，屏上的干涉条纹间距变小 【答案】C 【详解】A．因激光在基准液体和待测液体中的传播速度不一定相等，可知同时到达双缝的激光不一定也会同时到达接收屏正中央，选项A错误； B．若接收屏正中央是亮条纹，则只能说明到达接收屏正中央的两束激光的路程差等于波长的整数倍，即路程差不一定是零，则激光在两种液体中的速度不一定相同，即两种液体的折射率也不一定相同，选项B错误； CD．换频率更小的单色光照射，波长较大，根据 可知，屏上的干涉条纹间距变大，增大双缝和接收屏的距离，屏上的干涉条纹间距变大，选项C正确，D错误。 故选C。 25.光刻机是制造芯片的核心装备，它采用类似照片冲印的技术，通过曝光去除晶圆表面保护膜的方式，将掩膜版上的精细图形印制到硅片上，后将晶圆浸泡在腐化剂中，失去保护膜的部分被腐蚀掉后便形成电路．某光刻机使用的是真空中波长为的极紫外线光源（EUV），如图所示，在光刻胶和投影物镜之间填充了折射率为1.5的液体，则该紫外线由真空进入液体后（　　） A．光子能量增加 B．传播速度减小 C．传播的波长为 D．更容易发生衍射 【答案】BC 【详解】A．紫外线由真空进入液体后，频率不变，根据公式 可知，光子能量不变，故A错误； B．液体对紫外线折射率为1.5，根据公式 得 可知紫外线在液体中的传播速度减小，故B正确； C．由于频率不变，传播速度减小，波长变短，根据公式可求得 故C正确； D．由于波长变短，所以更不容易发生衍射，故D错误。 故选BC。 26.光刻机是芯片制造的核心设备，我国已成功制造出28nm精度的浸润式深紫外（DUV）光刻机，同时更先进的极紫外（EUV）光刻机也在加紧研制。据悉，深紫外光在真空中的波长为。浸润式光刻机工作时会在光源和硅片之间充满超纯水（折射率）以减小波长，提高分辨率。极紫外光在真空中的波长为，且须在高真空环境中进行工作。规定分辨率提升的倍数等于浸润式深紫外光刻机的工作波长与极紫外光刻机工作波长之比，则下列说法正确的是（　　） A．对比真空，深紫外光在超纯水中的波速和频率都要降低 B．极紫外光刻机的波长更小，不易发生明显的衍射，光刻精度更高 C．深紫外光与极紫外光均为不可见光，故无法发生偏振现象 D．极紫外光刻机相较于浸润式深紫外光刻机的分辨率提升了大约10倍 【答案】BD 【详解】A．同种光在不同介质中传播时的频率不变，故A错误； B．波长越小则越不易发生衍射现象，因此会提升光刻机的光刻精度，故B正确； C．光是横波，无论频率如何均可以发生偏振，故C错误； D．由题意可知深紫外光刻机的实际工作波长，极紫外光刻机比深紫外光刻机分辨率提升的倍数，结果约等于10，故D正确。 故选BD。 5.5原子：能带微观，解密芯片物理本质 27.将离子加速后轰击半导体材料表面，可以改变半导体的物理性质，这就是离子注入技术，这是制造芯片的重要科技，我国在此方面已取得显著的成绩。质量为的氢离子和质量为的钠离子，分别由静止开始从点被同一匀强电场加速，两离子均从点离开电场。被加速后两离子速度远小于光速，其重力均忽略不计。下列说法正确的是（　　） A．两离子在点的动量相同 B．在点的动能更大 C．在点产生的物质波波长更长 D．在点，两离子速度远小于光速，不具有波动性 【答案】C 【详解】B．粒子在电场中被加速，则由动能定理得 两离子电荷量相同（相同），电场强度和位移相同，因此动能相同，选项B错误； A．动量，结合动能公式 得 因相同，动量与成正比。H⁺质量，Na⁺质量，故H⁺动量，Na⁺动量，动量不同，选项A错误； C．德布罗意波长 为普朗克常量。因H⁺动量更小（），故H⁺的波长更长，选项C正确； D．波动性与速度是否接近光速无关，所有物质均具有波动性。题目中离子速度虽低，但质量小，波长可能显著（如H⁺），选项D错误。 故选C。 28.生产芯片的工具是紫外光刻机，目前有DUV和EUV两种。DUV光刻机使用的是深紫外线，其波长为。EUV光刻机使用的是极紫外线，其波长是。下列说法正确的是（　　） A．深紫外线光子的能量大于极紫外线光子的能量 B．在水中深紫外线的传播速度大于极紫外线的传播速度 C．利用同一装置进行双缝干涉实验时极紫外线的条纹间距较大 D．极紫外线比深紫外线更容易发生衍射 【答案】B 【详解】A．根据题意可知，极紫外线波长小于深紫外线，根据 可知，深紫外线光子的能量小于极紫外线光子的能量，故A错误； B．极紫外线波长小于深紫外线，则频率高，所以极紫外线折射率大，根据 可知，极紫外线在水中的传播速度小，故B正确； C．利用同一装置进行双缝干涉实验时 可知，极紫外线的条纹间距较小，故C错误； D．极紫外线比深紫外线波长短，更不容易发生衍射，故D错误。 故选B。 29.在电影《流浪地球2》中，拥有超强算力和自我意识的量子计算机550W让人惊叹。事实上，量子计算机并非科幻，在安徽合肥就藏着国内首条量子芯片生产线。根据最新消息，我国的最新款量子计算机“悟空”即将在这里出世。预计到2025年，所研发的量子计算机将突破1000位量子比特，同时尝试将量子计算机运用在不同行业，解决不同行业对应问题。关于量子理论下列说法中不正确的是（　　） A．普朗克首次提出了量子论，他认为微观粒子的能量是量子化的，分立而不连续的 B．玻尔把微观世界中物理量取分立值的观点应用到原子系统，提出了自己的原子结构假说 C．爱因斯坦在解释光电效应现象时，利用了量子论的观点，提出了光子说。认为只有吸收了足够多光子数的电子才能从金属板中逸出 D．量子理论的诞生改变了人们看事物的角度和方式，是对人们原有经典物理学的补充而不是推倒重建 【答案】C 【详解】A．普朗克首次提出了量子论，他认为微观粒子的能量是量子化的，分立而不连续的，故A正确，不符合题意； B．根据物理学史的知识可知，玻尔把普朗克的量子理论应用到原子系统上，提出了自己的原子结构假说，成功地解释了氢原子的光谱，故B正确，不符合题意； C．爱因斯坦在解释光电效应现象时，利用了量子论的观点，提出了光子说；一个电子只能吸收一个光子，故C错误，不符合题意； D．量子理论的诞生改变了人们看事物的角度和方式，是对人们原有经典物理学的补充而不是推倒重建，故D正确，不符合题意。 故选C。 30.光刻机是推动芯片科技发展的核心设备，某款光刻机光源的原子能级图如图所示，可提供能量为56.9eV的极紫外线，极紫外线的频率比紫色光更高。对于该极紫外线，下列说法错误的是（　　） A．一定是处在n=4能级上的原子向n=5能级跃迁时产生的 B．一定是处在n=5能级上的原子向n=4能级跃迁时产生的 C．极紫外线的波长比紫色光更长 D．对于同一金属，极紫外线比紫色光更容易发生光电效应 【答案】AC 【详解】AB．根据波尔理论可知，原子从高能级向低能级跃迁时辐射一定频率的光子，光子的能量由两级能量差决定，光刻机光源的原子可以提供能量为56.9eV的极紫外线，说明极紫外线一定是处在n=5能级上的原子向n=4能级跃迁时产生的，A错误，符合题意；B正确，不符题意； C．由于极紫外线的频率比紫色光更高，根据波速、波长、频率的关系可知，极紫外线的波长比紫色光更短，C错误，符合题意； D．由于极紫外线的频率比紫色光更高，根据光电效应理论可知，对于同一金属，极紫外线比紫色光更容易发生光电效应，D正确，不符题意。 故选AC。 31.极紫外线广泛应用于芯片制造行业，如图甲所示，用波长的极紫外线照射光电管，恰好能发生光电效应。已知普朗克常量，,，。 （1）求阴极 K 材料的逸出功； （2）图乙是氢原子的能级图，若大量处于激发态的氢原子发出的光照射阴极 K，灵敏电流计G显示有示数，调整电源和滑动变阻器，测得电流计示数I与电压表示数U的关系图像如图丙，则图丙中的大小是多少? 【答案】（1）或；（2） 【详解】（1）设波长为110nm的极紫外线的波长为，逸出功 频率 代入数据解得 或 （2）处于能级的氢原子向低能级跃迁时产生多种不同能量的光子，产生的光电流是多种光子产生的光电子综合表现，要使光电流全部遏止，必须要截住能最大的光电子。能量最大的光子 由光电效应方程可知光电子最大初动能 遏止光压必须满足 解得 32.2025年3月9日，我国首款基于碳化硅半导体材料的碳14核电池“烛龙一号”研制成功。碳14半衰期长达5730年，理论上使其能持续放电数千年；目前，搭载该电池的LED灯已持续工作近4个月，完成超35000次脉冲闪烁，并成功驱动蓝牙射频芯片发射信号，充分验证了其稳定性和可靠性。碳14核电池“烛龙一号”通过碳14的核衰变释放核能，进而转化为电能。下列说法正确的是（　　） A．碳14的衰变产物为氧16 B．升高温度，可以减小碳14的半衰期 C．衰变的实质是核外电子跃迁 D．经17190年，核电池中碳14的个数变为原来的 【答案】D 【详解】A．碳14的衰变方程为 故A错误； B．半衰期不随温度、压强等因素的改变而改变，故B错误； C．衰变的实质是原子核内的一个中子转化成一个质子和一个电子，故C错误； D．根据半衰期公式有 故D正确。故选D。 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $ 科技热点5：人工智能与芯片-解码芯片与智能体的半导体物理本质 科技热点5：人工智能与芯片-解码芯片与智能体的半导体物理本质目录 一、核心物理原理 1.半导体基础：PN结与载流子运动（核心根基） 2.芯片制造：光刻技术与微纳加工（热点情境） 3.芯片工作：电路与电磁调控（多维考点 4.人工智能与智能体：电磁驱动与能量转化（前沿热点） 5.半导体进阶：光电效应与新型器件（延伸考点） 二、典型高考试题情境 1.半导体基础类 2.芯片制造与散热类 3.芯片工作与存算一体类 4.人工智能与智能体类 三、备考清单 1.必背公式 2.核心模型 3.易错提醒 四、科技热点5-人工智能与芯片专项精练 5.1力学：晶格结构，奠定材料力学基础 5.2热学：芯片散热，调控热能高效耗散 5.3电学：半导体输运，构建逻辑电路核心 5.4光学：光电互联，实现高速信息传递 5.5原子：能带微观，解密芯片物理本质 核心表述：深化拓展“人工智能+”，促进新一代智能终端和智能体加快推广，推动重点行业领域人工智能商业化规模化应用，培育智能原生新业态新模式；实施超大规模智算集群、算电协同等新基建工程。芯片（集成电路）实施产业创新工程，鼓励央企国企带头开放应用场景，打造集成电路、航空航天、生物医药、低空经济等新兴支柱产业。成果回顾：新质生产力稳步发展，芯片自主研发有了新突破，集成电路产量增长10.9%。 人工智能与芯片是2026两会重点部署的科技核心领域，以存算一体芯片、AI智能体、光刻技术、半导体器件为核心突破，是高考物理半导体物理、电磁学、电路、光电效应、能量守恒等核心考点的高频命题情境。两会明确提出“深化拓展‘人工智能+’，促进新一代智能终端和智能体加快推广”，且我国芯片自主研发实现新突破，集成电路产量稳步增长，其底层运行原理深度贴合高中物理主干知识，核心是半导体的物理特性与电磁、电路规律的融合。 一、核心物理原理 1.半导体基础：PN结与载流子运动（核心根基） 芯片的核心是半导体器件，PN结是所有半导体器件的基础，也是高考选择题、实验题的高频考点，贴合我国半导体技术突破： 半导体特性：硅、锗等半导体材料，导电性介于导体与绝缘体之间，其导电能力可通过掺杂（掺入微量杂质）调控，核心是载流子（电子、空穴）的运动，区别于导体的自由电子导电，是芯片实现电流控制的核心前提。 PN结的形成与特性：P型半导体（空穴为多数载流子）与N型半导体（电子为多数载流子）结合，形成空间电荷区（耗尽层），产生内电场；PN结具有单向导电性（正向导通、反向截止），是二极管、三极管、芯片核心器件的基础，与太阳能电池PN结的光生伏特效应一脉相承，也是存算一体芯片的核心结构之一。 载流子运动规律：正向偏置时，外电场削弱内电场，载流子（电子、空穴）越过耗尽层，形成正向电流；反向偏置时，外电场增强内电场，载流子被阻挡，仅存在微弱反向漏电流，考查电场力对电荷的作用、电流微观表达式（），贴合芯片电流调控原理。 半导体掺杂原理：掺入施主杂质（如磷）形成N型半导体，掺入受主杂质（如硼）形成P型半导体，掺杂后载流子浓度显著提升，导电能力增强，是芯片微型化、高算力的基础，我国在1纳米铁电晶体管制备中，通过掺杂与结构设计实现了低功耗突破。 2.芯片制造：光刻技术与微纳加工（热点情境） 芯片制造的核心是光刻与微纳加工，两会强调突破芯片制造瓶颈，其原理贴合波粒二象性、电磁学，是高考情境化命题的重要载体： 光刻技术的物理本质：利用光的干涉、衍射原理，将芯片电路图案通过光掩模投射到涂有光刻胶的硅片上，经显影、刻蚀，将图案转移到硅片衬底，核心是光的波动性与光刻胶的感光特性，光刻精度决定芯片制程（如3nm、5nm），极紫外光刻（波长13.5nm）可突破衍射极限，提升加工精度。 电子束曝光技术：作为光刻技术的延伸，利用电子的波粒二象性（德布罗意波波长极短），实现纳米量级精度加工，解决传统光刻受光子散射影响精度的问题，用于下一代超大规模集成电路（VLSI）研发，考查德布罗意关系（）、电子的波动性。 微纳加工与表面张力：芯片制造中，纳米压印术用于解决电子束曝光耗时久的问题，过程中涉及表面张力、分子间作用力，考查液体表面张力、分子力，贴合芯片制造工艺的物理细节；亚10纳米超快激光加工技术可打破衍射极限，实现三维光子芯片的精准制造，涉及光的聚焦、能量转化等原理。 芯片散热原理：芯片工作时电流做功产生焦耳热（ ），需通过散热片（高导热材料，如石墨烯、铜）将热量传导出去，考查热传导（）、能量守恒，是芯片稳定工作的关键，也是高考能量计算的常见情境。 3.芯片工作：电路与电磁调控（多维考点） 芯片的核心功能是实现电信号的运算与存储，其工作过程贯穿电磁学、电路规律，贴合我国存算一体芯片、AI芯片技术突破： 晶体管的工作原理：芯片的核心单元是晶体管（MOSFET），本质是“电子开关”，通过栅极电压控制漏极与源极之间的电流，实现电信号的“0”和“1”控制，考查电场对载流子的控制、欧姆定律，我国研制的1纳米铁电晶体管，通过纳米栅极设计实现低电压（0.6V）驱动，大幅降低能耗。 存算一体芯片原理：区别于传统冯诺依曼架构（存储与计算分离），存算一体芯片将计算能力嵌入存储器，利用忆阻器（第四种基本电路元件，可记忆电荷）实现存储与计算合一，无需将数据转化为二进制流，提升算力与能效，考查电路串并联、电磁感应、能量转化，我国忆阻器存算一体芯片能效比传统GPU高两个数量级。 模拟计算芯片原理：直接用连续物理量（电压、电流）类比数学数字，无需二进制转译，在矩阵方程求解（AI二阶训练核心）中优势显著，我国高精度模拟矩阵计算芯片，算力较顶级数字处理器提升百倍至千倍，考查电路功率、电压电流控制。 芯片互连与电磁干扰：芯片内部晶体管通过金属导线（如铜、铝）互连，形成复杂电路，考查电阻定律（ ）、电功率（ ）；同时需解决电磁干扰问题，通过电磁屏蔽材料减少信号干扰，考查电磁屏蔽、电磁波传播，贴合芯片稳定工作需求。 4.人工智能与智能体：电磁驱动与能量转化（前沿热点） 两会强调促进新一代智能终端和智能体推广，其核心驱动是芯片，原理贴合电磁学、能量守恒，是高考压轴题的新方向： AI智能体的驱动原理：智能体（如智能机器人、智能终端）的核心是AI芯片，芯片输出电信号控制电机运转，将电能转化为机械能，考查安培力（ ）、电磁感应、能量转化（电能→机械能），贴合“人工智能+”的场景化应用。 AI算力与能量效率：AI芯片的高算力依赖大量晶体管的并行工作，涉及电流微观计算、功率分配，考查 、电功率、能量效率（ ），我国模拟计算芯片在128×128矩阵求逆时，吞吐量达到顶级数字处理器的1000倍以上。 智能体感知与信号处理：智能体通过传感器（如光电传感器、压力传感器）获取外界信号，转化为电信号传输至芯片，经芯片运算后输出控制信号，考查光电效应、电磁感应、信号放大，贴合智能体的感知与响应功能。 AI芯片的片上学习：忆阻器存算一体芯片可实现高效片上学习，参照仿生类脑处理方式，完成边缘计算场景下的增量学习，考查电磁调控、能量存储与转化，其低功耗特性适配智能终端的长期运行需求。 5.半导体进阶：光电效应与新型器件（延伸考点） 我国在半导体新型器件领域的突破，为高考创新命题提供了鲜活情境，贴合两会科技自立部署： 半导体光电效应：芯片中的光电探测器、光模块，利用光电效应将光信号转化为电信号，核心方程为 ，考查光电效应、光子能量计算，与太阳能电池的光生伏特效应原理相通，甚至可通过反向运行实现夜间发电。 新型半导体器件：除传统硅基芯片外，我国在氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）等宽禁带半导体器件上实现突破，其耐高温、耐高压特性，用于新能源汽车、智能电网，考查半导体禁带宽度、载流子运动，贴合多领域应用场景。 量子芯片衔接：量子芯片的量子比特依赖半导体量子点（纳米尺度的半导体结构），通过调控量子点中的电子状态实现量子计算，考查量子叠加、能级跃迁，衔接量子科技热点，体现我国芯片技术的多元化突破。 二、典型高考试题情境 1.半导体基础类 PN结特性：已知PN结内电场强度、载流子电荷量，求载流子所受电场力、正向/反向电流大小，考查电场力、电流微观表达式，贴合芯片二极管工作原理。 半导体掺杂：已知掺杂前后载流子浓度、硅片尺寸，求掺杂后芯片的电阻变化、导电能力变化，考查电阻定律、电流微观计算，呼应我国1纳米铁电晶体管的掺杂技术突破。 实验：探究半导体的导电特性，测量不同温度、掺杂浓度下半导体的电阻，考查实验设计、数据处理、误差分析，适配高考实验题趋势。 光刻胶特性：结合光刻工艺，分析光刻胶的感光原理、显影后的图形变化，考查光的干涉、衍射，贴合电子束曝光与光刻技术的应用。 2.芯片制造与散热类 光刻技术计算：已知光刻所用光的波长、硅片尺寸，求光刻精度、衍射极限，考查光的衍射、德布罗意关系，贴合极紫外光刻与电子束曝光技术，呼应我国芯片制造工艺突破。 芯片散热计算：已知芯片功率、散热片热导率、温度差，求散热功率、散热片尺寸，考查热传导公式、能量守恒，贴合芯片稳定工作需求。 微纳加工分析：结合亚10纳米激光加工技术，分析激光聚焦的能量变化、加工精度的物理限制，考查光的聚焦、表面张力，贴合三维光子芯片制造情境。 3.芯片工作与存算一体类 晶体管工作：已知晶体管栅极电压、漏源电阻，求漏源电流、电功率，考查欧姆定律、电场对载流子的控制，贴合我国1纳米铁电晶体管的低电压驱动特性。 存算一体芯片计算：已知忆阻器存算一体芯片的能效比、功率，求处理AI任务的时间、能量损耗，对比传统GPU，考查能量效率、电功率，呼应我国存算一体技术突破。 模拟计算芯片应用：已知模拟矩阵计算芯片的精度、算力，求求解矩阵方程的时间、相对误差，考查能量转化、计算效率，贴合我国高精度模拟芯片成果。 芯片互连电阻：已知芯片内部金属导线的长度、横截面积、电阻率，求导线电阻、焦耳热损耗，考查电阻定律、焦耳定律，贴合芯片内部电路设计。 4.人工智能与智能体类 智能体驱动：已知AI芯片输出电压、电流，电机电阻、磁场强度，求电机安培力、机械能输出功率，考查安培力、能量转化，贴合“人工智能+”场景化应用。 AI算力计算：已知AI芯片晶体管数量、单个晶体管功率，求芯片总功率、算力效率，考查电功率、能量守恒，呼应我国AI芯片的高算力突破。 智能体感知：已知光电传感器的入射光频率、金属逸出功，求光电子最大初动能、电信号强度，考查光电效应方程，贴合智能体的感知功能。 三、备考清单 1.必背公式 电路相关：电阻定律 、电功率 、焦耳定律 电流微观： （n为载流子浓度，e为电子电荷量，S为横截面积，v为载流子定向移动速率） 光电效应： 、光子能量 热传导： （λ为热导率，A为散热面积，ΔT为温度差，d为散热片厚度） 德布罗意关系： （用于电子束曝光、量子点相关计算） 2.核心模型 PN结单向导电模型（二极管、晶体管核心，贴合芯片基础器件） 芯片光刻与微纳加工模型（光的干涉、衍射，电子束曝光，贴合制造工艺） 存算一体芯片模型（忆阻器、存储与计算合一，贴合我国技术突破） 晶体管开关模型（电场控制载流子，芯片运算核心） AI智能体驱动模型（电能→机械能，电磁驱动，贴合“人工智能+”应用） 3.易错提醒 半导体的导电能力不是固定不变，受温度、掺杂浓度影响：温度升高，载流子浓度增大，导电能力增强；掺杂浓度越高，导电能力越强，与导体（温度升高电阻增大）相反，解题时需注意区分。 PN结的单向导电性：正向偏置（P接正、N接负）导通，反向偏置截止，不可混淆正反向接法；其内部电场与外电场的方向关系，是判断电流是否导通的关键。 芯片散热的核心是热传导，而非热辐射，解题时需区分热传导、热辐射、热对流，避免误用能量传递方式。 存算一体芯片与传统芯片的区别：无需二进制转译，存储与计算合一，能效更高，解题时需注意二者的能量转化与算力差异，避免混淆冯诺依曼架构与存算一体架构。 电子束曝光的精度优势源于电子的德布罗意波波长极短，并非电子的粒子性，解题时需结合波粒二象性，准确区分光子与电子的光刻原理差异。 AI芯片的高算力源于晶体管的并行工作与存算一体设计，并非单个晶体管的功率提升，解题时需注意算力与功率、晶体管数量的关系。 四、科技热点5-人工智能与芯片专项精练 5.1力学：晶格结构，奠定材料力学基础 1.智能机器制造是人工智能方面的一个重要课题，其中智能机械臂已广泛应用于各种领域。如图所示，一智能机械臂铁夹夹起一个金属小球（质量均匀分布）后静止在空中，铁夹与球接触面保持竖直，则（　　） A．金属小球受到铁夹的压力是由于小球发生了弹性形变 B．金属小球受到的重力和金属小球受到的摩擦力是一对作用力和反作用力 C．铁夹受到的摩擦力方向竖直向上 D．若增大铁夹对金属小球的压力，金属小球受到的摩擦力不变；若铁夹夹着金属小球水平匀速移动，金属小球受到的摩擦力也不变 2.随着人工智能的快速发展，机器人功能的开发也不断在突破，如图甲为某开发研究所实验某型号智能机器人的起跳动作示意图，机器人质量为，点是机器人的重心位置。图乙是根据加速度传感器采集到的数据画出的加速度-时间图线。甲乙两图中各点均一一对应，其中有几个点在图甲中没有画出。规定竖直向上为加速度的正方向，重力加速度大小取。根据图乙分析可知（　　） A．点为机器人起跳动作中重心最低点 B．点时机器人向上速度最大 C．点位置机器人对地面压力大小为 D．机器人在点时已开始离开地面 3.“新智AI，赋能未来”2025人工智能驱动创新发展大会暨科技成果展举办，分拣机器人能够自主规划路线，确保高效、准确的分拣作业。如图所示，机器人从A处由静止出发沿两段垂直直线路径AB、BC运动到C处停下，再将货物从托盘卸到分拣口。已知机器人最大运行速率vm=3m/s，机器人加速或减速运动时的加速度大小均为a=2.5m/s2，AB距离x1=12m，BC距离x2=2.5m，机器人途经B处时的速率为零，要求机器人能在最短时间内到达分拣口。下列说法正确的是（　　） A．机器人从A到B过程中，从静止加速到最大运行速率vm所需时间t0=1.4s B．机器人从A运动到B的时间t1=3s C．机器人从B运动到C时间t2=2s D．机器人从A运动到C的平均速度大小=2.4m/s 4.2025年7月26日至29日，世界人工智能大会举办，3000余项前沿成果集中亮相，人工智能正加速打开“智慧之门”，机器人服务人类的场景也正步入现实生活中，例如餐厅中使用机器人来送餐，就越来越常见。如图甲所示为某餐厅的送餐机器人，将其结构简化为如图乙所示的示意图，机器人的上表面保持水平，且送餐过程中菜品相对于机器人静止。则下列说法中正确的是（　　） A．菜品对机器人的压力就是菜品的重力 B．菜品受到的合外力为零 C．机器人做匀加速直线运动时菜品的惯性逐渐增大 D．菜品随着机器人一起做匀减速直线运动时，机器人对菜品的作用力大于菜品的重力 5.2025年是人工智能规模化应用元年，越来越多的人在工作和学习中使用人工智能体。某同学通过人工智能体查询到在地球两极的重力加速度为，地球赤道上的重力加速度为，将地球视为质量分布均匀的球体，已知引力常量G和地球半径R，则地球密度为（　　） A． B． C． D． 6.人工智能的应用越来越广泛，萝卜快跑无人驾驶出租车已经在很多城市开始运营，汽车自动控制反应时间（从发现障碍物到开始制动的时间）小于人的反应时间。如图1、2所示分别是在遇到障碍物时驾驶员操作下的v-t图像和自动控制下的图像，数据图中已标出，下列说法正确的是（　　） A．驾驶员操作下从发现障碍物到停止的位移大小是45m B．驾驶员操作下从发现障碍物到停止的平均速度大小是 C．自动控制下从发现障碍物到停止的时间是3.3s D．自动控制下从发现障碍物到停止的平均速度大小是 7.人工智能已经逐渐进入我们生活，高速旋转下芯片的稳定性尤为重要。某科研团队为检测质量为的芯片在高速旋转下的工作能力，设计了如下图的漏斗形实验装置，O为漏斗的最低点，漏斗的半顶角。芯片放置在漏斗内壁上距离最低点为的位置上，可以与另一质量为的重物通过柔软但不可伸长的轻质细绳相连。重力加速度，不考虑细绳与漏斗的摩擦。 （1）若芯片与漏斗内壁间无摩擦，且未连接重物M，为保证芯片不沿漏斗下滑，则芯片在水平方向做匀速圆周运动的角速度至少为多大？ （2）若芯片与漏斗内壁的动摩擦系数为，且连接重物M，使芯片与漏斗一起绕竖直轴做匀速圆周运动，为保证芯片与漏斗内壁不发生相对滑动，求转动角速度的取值范围。 8.人工智能AI技术的不断创新发展，使人们的生活更加丰富多彩。我国多地出现无人机灯光秀，成千上万架无人机通过与地面RTK（实时差分）基站实时通信，保证每一架无人机都有其特定的轨迹，共同完成巨幅图案及动画表演。现将一架无人机的运动简化成竖直面内的曲线运动，以水平向右为x轴正方向，以竖直向上为y轴正方向建立直角坐标系，如图甲所示，以该时刻为计时起点，水平方向无人机的关系图像如图乙所示，竖直方向无人机的关系图像如图丙所示。已知，。求： (1)无人机飞行过程中的最大速度的大小与方向。 (2)从计时开始经过6s无人机飞行的位移的大小与方向。 5.2热学：芯片散热，调控热能高效耗散 9.黑磷是重要的芯片原料，其原子按照一定的规则排列呈片状结构，电子在同一片状平层内容易移动，在不同片状平层间移动时受到较大阻碍。则黑磷（　　） A．属于多晶体 B．没有固定的熔点 C．导电性能呈各向异性 D．没有天然的规则几何外形 10.2024年3月，华为小折叠屏手机正式发售。该款手机搭载了麒麟芯片，支持网络，可以满足用户对于高速网络的需求。网络相比网络具有更高的数据传输速率。已知网络通信技术采用频段的无线电波，网络通信技术采用频段的无线电波。下列说法正确的是（　　） A．信号比信号更难发生明显衍射现象 B．信号和信号相遇会发生干涉现象 C．某次手机不慎进水，水蒸气在屏幕上凝结成小水珠的过程中，水分子间的引力增大，斥力减小 D．1克的水的内能等于1克的水蒸气的内能 11.新能源汽车的研发和使用是近几年的热门话题，下面是某品牌新能源汽车介绍中的一段文字：“将近6米的超长车身设计。使得整车车顶集成的太阳能芯片面积达到了6平方米左右，极富流线型的整车造型，使整车风阻大幅下降，全车采用铝合金框架并结合碳纤维车身，整车质量仅700kg，这一轻量化设计使整车能耗极低，汽车发动机最大输出功率达30kW，性能十足。” （1）某次测试中，在水平地面上汽车所受摩擦力阻力约为车和驾驶员总重的0.08倍，试估算50kg的工程师驾驶这种汽车在实验路段上行驶的最高车速； （2）为进一步测试这种汽车的性能，在厂区内坡度为θ（sinθ=0.02）的实验路段上沿坡道向上行驶，该工程师在上述实验路段上从静止开始以1m/s2的加速度沿坡道向上做匀加速直线运动，求此过程能维持的最长时间； （3）已知太阳辐射的总功率P0=4×1026W，太阳到地球的距离r=1.5×1011m，太阳光传播到达地面的过程中大约有33%的能量损失。目前，制作太阳能电池的最好的材料为砷化镓，其将光能转化为电能的效率约为30%，试通过计算分析，这种汽车只采用纯太阳能驱动，且能保持最大输出功率30kW不变的可行性。（提示：太阳辐射的能量均匀分布在以太阳为球心的球面上，球的表面积公式为S=4πR2） 5.3电学：半导体输运，构建逻辑电路核心 12.在半导体芯片制造的离子注入工艺中，为实现对晶圆靶材的高精度掺杂，需将离子源产生的离子束通过磁场约束精确聚焦到靶材的指定接收点。如图所示，在平面直角坐标系xOy内存在垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B。离子源固定于x轴上的P点，其坐标为，靶材的接收区域位于x轴上的Q点，其坐标为。离子源可发射速度大小和方向不同的大量带正电离子，且所有离子均在xOy平面内运动，其初速度方向与y轴正方向夹角的最大值为60°。已知离子的质量为m，电荷量为，所有离子的运动轨迹关于y轴对称，离子的重力不计，忽略离子间的相互作用。 (1)若沿y轴正方向自P点进入第二象限的离子，恰好可以打在Q点，求该离子进入第二象限时的速率； (2)假设所有离子均可打在Q点，求： ①离子的最大速率和最小速率之比； ②离子自P点到Q点运动的最长时间和最短时间之比； ③第一象限有离子经过区域的面积。 13.离子注入是现代半导体芯片制造中的工艺，如下图所示是工作原理示意图。磁分析器截面是内外半径分别为r和3r的四分之一圆环，内有方向垂直纸面向外的匀强磁场。离子源中的电子轰击气体，使其电离，得到离子，质量分别为11m、49m，电荷量均为e。初速度可忽略不计的离子飘入加速电场，经加速后由ab边中点水平向右垂直ab进入磁分析器。已知离子由cd边中点N射出后，竖直向下注入下方水平面内的晶圆。加速电压为U，整个系统置于真空中，不计离子间作用和离子重力。 (1)进入磁分析器时，的速度大小之比； (2)离子注入的目标是将注入晶圆，试通过计算分析是否经过cd边被掺杂进了晶圆内。 14.测量局域磁场，科学家基于电阻应变片开发出一种磁场检测芯片，其简化结构如图1所示。长度均为l、通有恒定电流I0。（方向相反）的两刚性金属杆ab、cd，与具有良 好弹性的绝缘悬梁OA、OD构成“H”形支架，对称固定于底座O处。在悬梁上、下表面对称安装四个相同的电阻应变片（各自引出两导线），其阻值分别为R1、R2、R3和R4，将它们 按图2方式与电动势为E的电源（不计内阻）相连。未加磁场时，支架处于水平平衡状态， 此时R1=R2=R3=R4=R0，测得e、f两端的电势差为0。现施加待测磁场，其方向水平向右、且垂直于金属杆，则金属杆ab、cd受安培力作用，使悬梁OA、OD产生形变，四个应变片的阻值发生相应变化，其变化量的绝对值均为ΔR，此时测得e、f两端的电势差为Uef,从而得到待测磁场磁感应强度B的大小。 (1)判断金属杆ab和cd所受安培力的方向; (2)写出上述四个电阻的阻值（用R0和ΔR表示）； (3)已知电阻变化量和所受的安培力成正比关系，且比例系数为，求与B之间的关系。 15.在芯片制造工艺中，离子注入是精确掺杂半导体材料的关键技术，其简化原理如图所示：初速度可忽略的正一价磷离子的质量，电荷量，从离子源发出，经的高压加速电场加速后，进入静电分析器，该分析器内部为四分之一圆弧形真空通道，中心线半径，通道内存在均匀辐向电场，离子沿中心线做匀速圆周运动，通过静电分析器的离子，从点沿方向（磁场区域的竖直直径）进入一圆形匀强磁场区域，磁场区域半径，磁感应强度大小可调，方向垂直纸面向外，右侧硅片与等高且平行于，其到的距离为，忽略离子重力及离子间相互作用，求： (1)离子进入圆形磁场区域时的速度大小； (2)静电分析器通道内辐向电场沿中心线处的电场强度大小； (3)为保证离子能打到硅片上，求圆形区域内磁感应强度的取值范围。（计算结果保留2位有效数字） 16.《中国激光》杂志第六期（2025.3）报道，上海光学精密机械研究所林楠团队创新地采用固体激光器方案，实现了LPP-EUV光源技术全球领先，这标志着国产芯片制造迈入了新阶段。物理气相沉积镀膜是芯片制作的关键环节之一，该设备的结构图简化如下（z方向足够长），晶圆（截面MN）固定放置于xOy坐标系的第一象限内，OMN区域内有匀强磁场，磁感应强度，方向沿z轴负方向；第二象限内有匀强电场，场强，方向沿y轴负方向。初速可略的氩离子（比荷）经电压为U（待求）的电场加速后，从点水平进入匀强电场E中，恰好打到位于原点O处的金属靶材并被全部吸收，靶材溅射出的金属离子（比荷）从O点飞入磁场区域，速度大小均为，并沉积在晶圆上。忽略离子重力及其间的相互作用力，求： (1)U的数值； (2)假设进入磁场的离子沿各个方向都有，求晶圆MN方向上的涂膜（金属离子打中的区域）长度； (3)假设从O点飞入磁场的离子分布在半顶角的圆锥侧面上，圆锥对称轴垂直于晶圆截面，如图乙，考察方向上的离子，打在晶圆上的位置坐标。 17.芯片制造工艺中，离子注入控制是一道重要的工序。某技术人员利用电磁场设计一种方案简要如图所示，从离子源产生的离子（初速度不计）经匀强电场加速U0后，沿中轴线飞入平行金属板A、B，之后经需要先后进入由电流控制磁场的半径为r（较小）的圆形边界匀强磁场Bx和足够大的匀强磁场By，两磁场的磁感应强度分别由相应的电流Ix和Iy大小和方向控制，磁感应强度与电流关系满足B=kI，k为常数，忽略边缘效应，以平行极板中心O为坐标原点，建立O-xyz坐标系（垂直纸面向外为z轴正方向），平行极板长为L1，间距为d，圆形边界在YOZ平面内的匀强磁场BX的圆心坐标（0，L2，0），待制造芯片放置位置中心坐标（0，L3，0）。已知离子电量为+q、质量为m。 (1)若Ix=Iy=0时，离子恰好打到（R， L3， O） 点，求UAB的值； (2)若UAB=0， Iy =0时，控制离子恰好打到（0，L3，R）点，求Ix的值； (3)若UAB=0，Ix为某值时，离子经圆形磁场偏转角进入By磁场，试导出离子打到芯片上位置 （x，y，z） 与Iy的关系式（设离子转动不到90°）。 18.如图是芯片制造过程中离子注入工作原理简化示意图，从离子源发出的某带正电的离子在电场加速后速度大小为v、沿虚线通过速度选择器、在圆弧形的分析器（如图甲、乙），做半径为R1的匀速圆周运动、从P点沿直径PQ方向进入半径为R2的圆形匀强磁场区域，最后打在平行PQ上且与PQ相距1.5R2的硅片上，完成离子注入。图甲静电分析器通道内有均匀辐向分布的电场，图乙磁分析器通道内为匀强磁场。已知离子质量m、电荷量q、速度v，速度选择器中电场强度E、R1、R2及电场和磁场方向。整个系统置于真空中，不计离子重力。求： (1)速度选择器中磁感应强度B的大小； (2)图甲中静电分析器通道内，R1虚线处电场强度的大小E′和图乙中磁分析器通道内磁感应强度的大小B′； (3)已知离子经在圆形磁场区域偏转后垂直打在硅片上M点，现在圆形磁场区域再加上垂纸面向里的大小也为E的匀强电场，离子会打在硅片上N点，求硅片上MN两点的距离。 19.如图所示是离子回旋加工芯片流程的示意图。离子源发出质量为m的正离子，沿水平中轴O，经速度选择器后，进入可加电场或磁场且边长为L的正方形偏转区，偏转后进入加有水平向右的匀强磁场的共振腔，使腔内气体电离蚀刻芯片。已知速度选择器与偏转区的匀强电场均为，方向相反，匀强磁场均为，方向垂直纸面向外。仅加电场时离子出射偏转角α很小，且。不考虑电磁场突变影响，离子进入共振腔后不碰壁。角度θ很小时，有，，求： (1)离子通过速度选择器后的速度大小； (2)离子的电荷量； (3)偏转区仅加磁场时，离子出射时偏离O、轴线的距离。 (4)离子以（3）问中的速度进入共振腔，受与运动方向相反的阻力，k为已知常数。施加垂直、轴线且匀速旋转的匀强电场使离子加速。稳定后离子在垂直、轴线的某切面内以与电场相同角速度做匀速圆周运动，速度与电场的夹角（小于90°）保持不变。 ①为保证离子不接触芯片，求芯片距离的最小距离； ②角速度为多大时，稳定后旋转电场对离子做功的瞬时功率最大。 20.芯片制造中，离子注入是一道重要的工序。如图是一部分离子注入工作原理示意图。从离子源A处飘出带正电的离子初速度不计，经匀强电场加速后，从P点以速度v沿半径方向射入圆形磁分析器，磁分析器中存在垂直于纸面向外的匀强磁场（大小未知），与矩形离子控制区abcd相切于Q点，ad边长为L，开始时控制区无任何场，离子从Q点离开磁分析器后可匀速穿过控制区，注入cd处的硅片上。已知离子质量为m，电荷量为q，在圆形磁分析器中运动的时间为t，图中a、P、Q三点连线正好可构成一个等边三角形，bQ足够长，不计离子的重力和离子间的相互作用。 （1）求加速电场的电压U； （2）求圆形磁分析器的半径r； （3）若在控制区加上垂直于纸面向里磁场，其磁感应强度大小沿ad方向按的规律均匀变化，x为该点到ab边的距离，k为已知的常数且，则要使离子不打到硅片上，ab边所在位置的磁感应强度至少为多少？ 21.制造芯片的过程中，需要用电磁场精准控制粒子的轨迹，如图所示，区域I中正交的电磁场构成了一个速度选择器，右侧足够大的长方体被分成两个区域，区域Ⅱ中存在竖直向上的匀强磁场，区域Ⅲ中存在水平向左的匀强电场。质量为m，带电荷量为的粒子从区域I左侧的小孔O以垂直电磁场方向的速度射入，该粒子沿直线穿越区域I，从右侧的小孔离开，沿直线由P点进入区域Ⅱ，P点到区域Ⅱ、Ⅲ边界的距离为d，粒子由区域Ⅱ、Ⅲ边界上的Q点（未画出）进入区域Ⅲ，Q点到长方体左侧面的距离为，最终粒子运动到长方体左侧面的S点，粒子在S点的速度与左侧面的夹角为，忽略粒子的重力。 （1）求区域Ⅱ中磁感应强度的大小； （2）求区域Ⅲ中电场强度的大小以及S点到区域Ⅱ、Ⅲ边界的距离； （3）将区域I中的磁感应强度变为原来的2倍，改变粒子的速度，粒子仍从O点射入，结果发现粒子仍沿直线由P射入区域Ⅱ，求该粒子第二次运动到长方体左侧面时到区域Ⅱ、Ⅲ边界的距离。 5.4光学：光电互联，实现高速信息传递 22.在芯片制造的晶圆检测环节，技术人员常利用空气劈尖干涉原理检验硅片表面的平整度。检测时将标准玻璃板放在待测硅片上方，两板之间形成空气薄膜，用单色光竖直照射该空气薄膜以观察干涉条纹，如图所示。基于该检测原理，下列说法正确的是（　　） A．若干涉条纹向空气薄膜变薄的方向弯曲，说明硅片对应位置的表面向上凸起 B．若玻璃板与硅片的夹角减小，观察到的干涉条纹间距会增大 C．若换用频率更高的单色光，观察到的干涉条纹间距会增大 D．若将两板间的空气替换为折射率更大的透明气体，观察到的干涉条纹间距会增大 23.制造某型芯片所使用的银灰色硅片覆上一层厚度均匀的无色透明薄膜后，在自然光照射下硅片呈现深紫色。关于此现象，下列说法正确的是（　　） A．上述现象与彩虹的形成原理相同 B．光在薄膜的下表面发生了全反射 C．薄膜上下表面的反射光发生了干涉 D．薄膜厚度发生变化，硅片总呈现深紫色 24.如图所示，利用微流芯片技术制作双通道微流芯片作为双缝干涉装置，将基准液体及待测液体分别输入双缝，采集接收屏上的激光干涉图样，分析干涉条纹的数据，可以测量待测液体的折射率及浓度。下列说法正确的是（　　）    A．同时到达双缝的激光一定也会同时到达接收屏正中央 B．若接收屏正中央是亮条纹，则两种液体的折射率一定相同 C．换频率更小的单色光照射，屏上的干涉条纹间距变大 D．增大双缝和接收屏的距离，屏上的干涉条纹间距变小 25.光刻机是制造芯片的核心装备，它采用类似照片冲印的技术，通过曝光去除晶圆表面保护膜的方式，将掩膜版上的精细图形印制到硅片上，后将晶圆浸泡在腐化剂中，失去保护膜的部分被腐蚀掉后便形成电路．某光刻机使用的是真空中波长为的极紫外线光源（EUV），如图所示，在光刻胶和投影物镜之间填充了折射率为1.5的液体，则该紫外线由真空进入液体后（　　） A．光子能量增加 B．传播速度减小 C．传播的波长为 D．更容易发生衍射 26.光刻机是芯片制造的核心设备，我国已成功制造出28nm精度的浸润式深紫外（DUV）光刻机，同时更先进的极紫外（EUV）光刻机也在加紧研制。据悉，深紫外光在真空中的波长为。浸润式光刻机工作时会在光源和硅片之间充满超纯水（折射率）以减小波长，提高分辨率。极紫外光在真空中的波长为，且须在高真空环境中进行工作。规定分辨率提升的倍数等于浸润式深紫外光刻机的工作波长与极紫外光刻机工作波长之比，则下列说法正确的是（　　） A．对比真空，深紫外光在超纯水中的波速和频率都要降低 B．极紫外光刻机的波长更小，不易发生明显的衍射，光刻精度更高 C．深紫外光与极紫外光均为不可见光，故无法发生偏振现象 D．极紫外光刻机相较于浸润式深紫外光刻机的分辨率提升了大约10倍 5.5原子：能带微观，解密芯片物理本质 27.将离子加速后轰击半导体材料表面，可以改变半导体的物理性质，这就是离子注入技术，这是制造芯片的重要科技，我国在此方面已取得显著的成绩。质量为的氢离子和质量为的钠离子，分别由静止开始从点被同一匀强电场加速，两离子均从点离开电场。被加速后两离子速度远小于光速，其重力均忽略不计。下列说法正确的是（　　） A．两离子在点的动量相同 B．在点的动能更大 C．在点产生的物质波波长更长 D．在点，两离子速度远小于光速，不具有波动性 28.生产芯片的工具是紫外光刻机，目前有DUV和EUV两种。DUV光刻机使用的是深紫外线，其波长为。EUV光刻机使用的是极紫外线，其波长是。下列说法正确的是（　　） A．深紫外线光子的能量大于极紫外线光子的能量 B．在水中深紫外线的传播速度大于极紫外线的传播速度 C．利用同一装置进行双缝干涉实验时极紫外线的条纹间距较大 D．极紫外线比深紫外线更容易发生衍射 29.在电影《流浪地球2》中，拥有超强算力和自我意识的量子计算机550W让人惊叹。事实上，量子计算机并非科幻，在安徽合肥就藏着国内首条量子芯片生产线。根据最新消息，我国的最新款量子计算机“悟空”即将在这里出世。预计到2025年，所研发的量子计算机将突破1000位量子比特，同时尝试将量子计算机运用在不同行业，解决不同行业对应问题。关于量子理论下列说法中不正确的是（　　） A．普朗克首次提出了量子论，他认为微观粒子的能量是量子化的，分立而不连续的 B．玻尔把微观世界中物理量取分立值的观点应用到原子系统，提出了自己的原子结构假说 C．爱因斯坦在解释光电效应现象时，利用了量子论的观点，提出了光子说。认为只有吸收了足够多光子数的电子才能从金属板中逸出 D．量子理论的诞生改变了人们看事物的角度和方式，是对人们原有经典物理学的补充而不是推倒重建 30.光刻机是推动芯片科技发展的核心设备，某款光刻机光源的原子能级图如图所示，可提供能量为56.9eV的极紫外线，极紫外线的频率比紫色光更高。对于该极紫外线，下列说法错误的是（　　） A．一定是处在n=4能级上的原子向n=5能级跃迁时产生的 B．一定是处在n=5能级上的原子向n=4能级跃迁时产生的 C．极紫外线的波长比紫色光更长 D．对于同一金属，极紫外线比紫色光更容易发生光电效应 31.极紫外线广泛应用于芯片制造行业，如图甲所示，用波长的极紫外线照射光电管，恰好能发生光电效应。已知普朗克常量，,，。 （1）求阴极 K 材料的逸出功； （2）图乙是氢原子的能级图，若大量处于激发态的氢原子发出的光照射阴极 K，灵敏电流计G显示有示数，调整电源和滑动变阻器，测得电流计示数I与电压表示数U的关系图像如图丙，则图丙中的大小是多少? 32.2025年3月9日，我国首款基于碳化硅半导体材料的碳14核电池“烛龙一号”研制成功。碳14半衰期长达5730年，理论上使其能持续放电数千年；目前，搭载该电池的LED灯已持续工作近4个月，完成超35000次脉冲闪烁，并成功驱动蓝牙射频芯片发射信号，充分验证了其稳定性和可靠性。碳14核电池“烛龙一号”通过碳14的核衰变释放核能，进而转化为电能。下列说法正确的是（　　） A．碳14的衰变产物为氧16 B．升高温度，可以减小碳14的半衰期 C．衰变的实质是核外电子跃迁 D．经17190年，核电池中碳14的个数变为原来的 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $