例题及详解

　　二、深度例题——量子棘轮

　　棘轮，在周期力的作用下能产生单向运动。如，用改锥连续拧带棘齿的螺丝钉，螺丝钉就会不断向深处钻。这是向一侧倾斜的一圈棘齿产生的效应。

　　量子棘轮，通过一个振荡信号或随机变化信号可以实现对电子运动方向的控制，使它们完成有用运动。在量子棘轮的研究领域居领先地位的德国科学家彼得·亨吉和他的同事认为，电子像人们预计的那样自动远离电路负极的时代很快就要结束。亨吉兴奋的说：“你可以让电子转圈运动，或上下运动，还可以让它爬坡。”

　　量子棘轮能使电子在没有有向电压的环境中来回运动。这意味它能够利用没有电线连接的电子设备指挥电子随意分流在不同的电器元件间跳跃。随意分流的单个电子可用来储存量子信息。经过专门设计的电路块则成为构建新一代量子计算机的逻辑门。

　　在低温下，处于电子通道槽底部的电子无法逾越槽两侧的壁垒，经典物理学认为，这些电子将被永久俘获。然而根据量子理论，这些电子是能逃逸的。电子是一种概率波，没有明确的方位，存在逃到势能壁垒之外的小概率。它可以从两个方向贯穿棘齿型槽，如果“壁垒”极薄，贯穿概率便会大大提高。这一理论，日前已被科学家的实验证实。他们还指出，由于电子携带热量，量子棘轮也许可用做热力泵，给芯片的微元件降温。对量子棘轮的研究可能有助于人体分子马达的研究。我们身体的肌肉就是大批协调运作的分子马达，它们吸收体内化学反应释放的无方向能量，并发挥棘轮效应，否则能量之于人体便是无效的。当然，分子马达不等同于量子棘轮。

　　另据报道：在量子世界运作的棘轮，不久将用于电子设备中。生物学家正在研制量子锯齿沟槽，用以分割不同重量的脱氧核糖核酸片段。

　　1.下列有关“量子棘轮”的说明，不正确的一项是( )

　　A. 借助无有向电压的电子设备可使电子定向分流

　　B.具有转圈、上下乃至爬波等多种电子运动形式

　　C.通过特定信号控制电子的流向以完成有用运动

　　D.将促进物理学、生物化学等学科的研究与发展

　　【答案】B。解析：此题考查筛选、整合文中信息的能力。“电子运动形式”是量子棘轮的作用的，不是其属性，同时原文中“转圈运动，或上下运动，还可以让它爬坡”，是一种比喻说法不是定性说法。

　　2.下列对第3自然段中重要信息的理解，正确的一项是( )

　　A. 电子设备将得到全面更新不再使用电线连接

　　B.量子棘轮上的电子能在不同电器元件间跳跃

　　C. 只要经过随意分流的电子就能储存量子信息

　　D.量子棘轮将应用于新一代量子计算机的研制

　　【答案】D。解析：此题考查理解并解释文中句子的能力。A项，原文说“这意味它能够利用没有电线连接的电子设备指挥电子随意分流在不同的电器元件间跳跃”，“利用没有电线连接的电子设备”并不意味着“ 电子设备将得到全面更新不再使用电线连接”，这里犯了“偷换概念”的错误；B原文说“利用没有电线连接的电子设备指挥电子随意分流在不同的电器元件间跳跃”，“随意分流在不同的电器元件间跳跃”，并不意味着“能在不同电器元件间跳跃”，这里扩大了概念的外延；C原文说“随意分流的单个电子可用来储存量子信息”，C中说“只要……就……”将必要条件混淆为充足条件；D的解题依据是第3节的最后一句。

　　3.对第4自然段中画横线语句的理解，正确的一项是( )

　　A. 分子马达协调运作使其吸收的无方向能量成为定向能量以满足人体需要

　　B.众多的分子马达协调运作使肌肉产生有效能量以适合人体各部分的需要

　　C. 肌肉在周期力的作用下完成有用的单向运动以抵消体内能量的无方向性

　　D. 肌肉将吸收的无方向化学能量进行改造再释放以补充人体所消耗的能量

　　【答案】A。解析：此题考查理解并解释文中句子的能力和筛选、整合文中信息的能力。A的解题依据是第4节的倒数第2句；B“众多的分子马达协调运作”的结果“吸收体内化学反应释放的无方向能量，并发挥棘轮效应”，而不是“使肌肉产生有效能量”；C分子马达运作的目的不在于“抵消体内能量的无方向性”，而是“吸收体内化学反应释放的无方向能量”，使能量之于人体是有效的；D将化学反应释放的能量说成“化学能量”，偷换了概念；“众多的分子马达协调运作”，“吸收体内化学反应释放的无方向能量，并发挥棘轮效应”，是为了满足人体需要，而不是“改造再释放以补充人体所消耗的能量”。

　　4.下列对文意的分析，正确的一项是( )

　　A.量子棘轮具有对电子的制导作用，因此电子不仅可以远离负极也可以自动靠近负极。

　　B.应用量子棘轮推翻了经典物理学有悖于量子理论的观点，验证电子确实是一种概率波。

　　C.量子棘轮能吸收电子携带的热量，用它做成的热力泵，最适合给芯片的微元件降温。

　　D.电子在没有有向电压的环境中能自由运动，也就是说电子没有方向性，可向各处逃逸。

　　【答案】B。解析：此题考查分析概括作者在文中观点的能力。A文中说“电子像人们预计的那样自动远离电路负极的时代很快就要结束”，并不意味着“也可以自动靠近负极”，文中“自动远离”时代的结束，是说人们可以将之“随意分流”，变“自动远离”为“控制”运动；C原文说“量子棘轮也许可用做热力泵”，C将原文中的推测说成已经；D“电子在没有有向电压的环境中能自由运动”的说法与原文不符，原文说“量子棘轮能使电子在没有有向电压的环境中来回运动”，运动的前提是“量子棘轮”，运动的形式是“来回运动”，因而电子运动不是“没有方向性的，可向到处逃逸”的，量子棘轮的关键是可以控制电子运动方向。

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