2023年上半年中小學教師資格考試物理學科知識與教學能力試題及答案(高級中學)

2023年上半年中小學教師資格考試物理學科知識與教學能力試題及答案〔高級中學〕考前須知：1．考試時間為120分鐘，總分值為150分。2．請按規(guī)定在答題卡上填涂、作答。在試卷上作答無效，不予評分。一、單項選擇題〔本大題共8小題，每題5分，共40分〕在每題列出的四個備選項中只有一個是符合題目要求的請用2B鉛筆把答題卡上對應題目的答案字母按要求涂黑。錯選、多項選擇或未選均無分。1．高中物理某教科書中描述的一個演示實驗如圖1所示。在振幅較小的情況下，通過該實驗能初步得出的結論是〔〕。圖1A．周期與擺球的質量、振幅、擺長均無關B．周期與擺球的質量無關，與振幅和擺長有關C．周期與擺球的質量、振幅均無關，與擺長有關D．周期與擺球的質量、振幅均無關，與擺長的二分之一次方成正比【答案】C。解析：單擺的周期T=2πl(wèi)g，因此周期只與擺長有關，與擺球的質量、振幅均無關，A、B兩項錯誤。題目的問題是通過該實驗能初步得出的結論，D項是一個定量關系，通過該實驗無法得出，D項錯誤。故此題選2．如圖2甲所示，在力傳感器下端懸掛一鉤碼。某同學手持該傳感器，從站立狀態(tài)下蹲，再從下蹲狀態(tài)起立回到站立狀態(tài)，此過程中手和上身保持相對靜止。下蹲過程傳感器受到的拉力隨時間變化情況如圖2乙，那么起立過程傳感器受到的拉力隨時間變化情況可能是〔〕?！敬鸢浮緾。解析：在起立過程中，該同學先向上加速運動，后向上減速運動。因此加速度先向上，后向下?？梢耘袛嗉铀俣萢向上時，處于超重狀態(tài)，拉力大于重力，即拉力大于F0；加速度a向下時，處于失重狀態(tài)，拉力小于重力，即拉力小于F0。故此題選C。3．登上火星是人類的夢想。假設將地球和火星公轉視為勻速圓周運動，忽略行星自轉影響。根據(jù)表1，火星和地球相比，以下表達正確的是〔〕。表1A．火星的公轉周期較小B．火星做圓周運動的加速度較小C．火星外表的重力加速度較大D．火星的第一宇宙速度較大【答案】B。解析：根據(jù)GMmR2=m4π2T2R，可知T=2πR3GM。故軌道半徑越大，周期越大，即火星的公轉周期較大，A項錯誤。根據(jù)GMmR2=ma，可知a=GMR2。故軌道半徑越大，加速度越小，即火星做圓周運動的加速度較小，B項正確。根據(jù)GM行m4．2023年6月11日“神舟十號〞順利升空，標志著我國火箭載人太空飛行有了歷史性的突破。高空實驗火箭起飛前，儀器艙內氣體的壓強p0=1atm，溫度t0=27℃。在火箭豎直向上加速飛行的過程中，當加速度的大小等于重力加速度g時，儀器艙內水銀氣壓計示數(shù)p=0.6p0，儀器艙是密封的，那么此時艙內溫度為A．360KB．180KC．16.2℃D．32.4℃【答案】A。解析：在火箭豎直向上加速飛行的過程中，設水銀氣壓計的底面積為S，以水銀柱為研究對象進行受力分析有p1S-mg=ma。因為a=g，所以p1S=2mg。以密封艙內氣體為研究對象，起飛前，p0=1atm，T0=273+t0=300K；在加速飛行的過程中，p=ρgh=0.6p0，P1=2mgS5．某電阻中通有隨時間變化的電流i，按每經過24s減少一半的規(guī)律變化，初始時刻電流為I0，如圖3所示。該電流的表達式為〔〕【答案】D。解析：電流從初始時刻的I0開始變化，每24S減少一半。類比原子的衰變規(guī)律公式N=N0e-ln2τt，其中τ為半衰期?？芍?，電流的表達公式為i6．如圖4所示，空間存在具有水平邊界EF，方向水平向里的勻強磁場：在距離EF下方H處有一正方形線框MNPO，線框平面的法線方向與磁場方向平行。將線框以初速度v0豎直向上拋出。假設運動過程中MN始終與EF平行，MN在磁場中到達最高點時，OP未進入磁場。那么線框從開始運動至最高點的過程中，v-t圖像是〔〕圖4【答案】C。解析：豎直向上拋出的線框進入磁場前，做豎直上拋運動，其速度減小，v-t圖2像應為傾斜的直線，排除A、B。線框進入磁場時，MN切割磁感線，產生感應電動勢，MN內產生指向M的電流。設線框的電阻為R，邊長為l，根據(jù)左手定那么可知線框受到豎直向下的安培力，大小為B2l2vR。故線框的加速度為a=-(g+B2l2vmR)。在上升的過程中，速度7．某光柵每厘米有3150條刻線，用該光柵做衍射實驗，那么在第五級衍射光譜中可觀察到的最大可見光波長為〔〕。A．3150?B．3174?C．7875?D．6349?【答案】D。解析：由光柵公式a+bsinθ=kλ，可知λ=（a+b）sinθK。當在第五級衍射光譜中可觀察到的可見光波長取最大時,sinθ=1。光柵常數(shù)a+b8．某放射性元素經過11.4天有34的原子核發(fā)生了衰變，該元素的半衰期為〔〕A．3.8天B．5.7天C．8.6天D．11.4天【答案】B。解析：由衰變規(guī)律公式N=N0e-ln2τt，其中N=14二、計算題〔本大題共1小題，20分〕9、球形電容器由兩個同心的球殼導體，A、B組成，如圖5所示。導體A、B的半徑分別為和RARA和RB，且RA<RB，導體A、B在真空中分別帶有電荷+q和-q，求：(1)導體A、B之間的電場強度;(10分)(2)三、案例分析題〔本大題共2小題，第10題20分，第11題30分，共50分〕閱讀案例，并答復以下問題。10．案例：下面為一道物理習題和某同學的解答過程。問題：〔1〕簡述該習題旨在幫助學生掌握的知識；〔4分〕〔2〕給出該習題的正確解答；〔6分〕〔3〕針對該同學的作業(yè)，設計教學片段幫助他解決該問題。〔10分〕【參考答案】〔1〕該習題旨在幫助學生掌握的知識是開普勒第二定律。〔2〕解：衛(wèi)星做橢圓運動，由開普勒第二定律知，同一衛(wèi)星在相等的時間內掃過相等的面積。在時間極短時，面積為S=12R?v?t，所以〔3〕教學片段：師：因為衛(wèi)星做橢圓運動，所以萬有引力的作用是什么？生：萬有引力提供衛(wèi)星做橢圓運動的向心加速度和切向加速度。師：所以不能用萬有引力等于向心力進行求解。那么橢圓運動遵循哪個規(guī)律呢？生：開普勒第二定律，是指同一衛(wèi)星在相同時間掃過的面積相等。師：那么怎樣求在極短的Δt時間內衛(wèi)星掃過的面積呢？生：S=1師：大家知道怎么求vb與va之比了嗎？生：知道了。因為12a師：非常好！看來大家都掌握了。11．案例：下面是李老師講授高中物理“靜電現(xiàn)象的應用〞一課的教學片段。李老師：同學們，前面我們已經學習過電荷在電場中會受到力的作用。由于金屬導體中也有電荷，如果把一塊金屬導體放在電場中，導體中的電荷會怎樣呢？大家先看大屏幕〔圖6〕，閱讀課本中對應的內容，待會兒我們共同來討論?！矌熒喿x、討論〕李老師：同學們，有誰想發(fā)表自己的觀點？甲同學：金屬中有自由電子，在電場力的作用下向左邊運動，直至到達金屬板的左邊為止。乙同學：金屬中的正電荷在電場力，的作用下向右運動，直至到達金屬板的右側為止。李老師：同學們都說得非常好！正是因為受到外電場力的作用，正負電荷分開，從而在左右兩邊就出現(xiàn)了正負電荷，我們把這些電荷叫作感應電荷。我們知道只要有電荷就會產生電場，那么感應電荷產生的場就叫感應電場。感應電荷的電場方向與外電場方向相反，所以最終合場強為零，這時我們就說靜電平衡了。同學們理解這個過程了嗎？同學：理解了。李老師：接下來我們學習等勢面，同學們先閱讀課本?！餐瑢W閱讀，老師巡視〕李老師：有誰能說說什么是等勢面嗎？丙同學：等勢面是電勢相等的面。處于靜電平衡狀態(tài)的整個導體是個等勢體，它的外表是個等勢面。丁同學：老師，靜電平衡的導體，它的內部還有電荷嗎？戊同學：老師我知道，在電場力的作用下，金屬中的電荷被分開了，負電荷只能停留在左邊，正電荷只能停留在右邊，所以中間就沒有電荷了。李老師：答復得非常好！靜電平衡后，導體內部就沒有凈電荷了。我們繼續(xù)討論等勢面。問題：〔1〕請對李老師教學過程中的缺乏進行評述；〔10分〕〔2〕指出戊同學答復中存在的問題；〔5分〕〔3〕針對丁、戊同學的問題，設計一個教學片段或教學思路，幫助學生正確理解靜電平衡時導體內部電荷的分布問題?！緟⒖即鸢浮俊?〕教師的教學方式單一。李老師僅僅是讓學生自由閱讀課本，沒有采用更多有效的教學方式促進學生學習，無法激發(fā)學生的學習興趣。教師的評價方式及評價內容存在問題。對于學生的答復，李老師只答復好或非常好，沒有針對學生的答復做出指導性評價。同時，在學生答復或理解錯誤時，也沒有及時指出。戊同學對靜電平衡的過程理解錯誤時，老師反而評價學生“答復得非常好〞。教師與學生的互動存在問題。在學生交流討論或自由看書時，教師僅僅是巡視，沒有給予學生一定的指導，缺乏交流?！?〕靜電平衡時不是負電荷全在左邊，正電荷全在右邊，中間沒有電荷。實際上，在電場力作用下，金屬中可以移動的負電荷向左移動，最后呈現(xiàn)的結果是金屬左端顯負電，同理金屬右端顯正電。感應電場與在金屬內部的外電場大小相等，方向相反?！?〕教學片段：師：從微觀上來說，金屬一般由金屬原子組成，在原子核外是繞核轉動的電子。金屬導電時，是哪一種電荷在移動？生：因此金屬導電時，是核外電子在移動，帶正電的原子核不能移動。定向移動的電子形成電流。師：這位同學理解得很透徹！金屬中只有原子的核外電子可以移動。那么，一塊金屬在外電場的作用下，內部是哪種電荷在移動？生：負電荷。師：結合圖6，大家繼續(xù)想一下，在外電場力作用下，金屬為什么左端顯負電，右端顯正電？生：右端的負電荷移動到左端，所以右端顯正電，而不是左端的正電荷移動到右端。師：那大家想想，什么時候電荷不移動？生：金屬內部的感應電場與外電場抵消時，金屬內部電荷不移動，但中間也是存在電荷的。四、教學設計題〔此題共2小題，第12題12分，第13題28分，共40分〕12．閱讀材料，根據(jù)要求完成教學設計。材料圖7所示為高中物理某教科書“科學的轉折：光的粒子性〞一節(jié)中的一個演示實驗。任務：〔1〕這個演示實驗可用于什么物理知識的教學？〔4分〕〔2〕用此實驗設計一個教學片斷，幫助學生理解與該現(xiàn)象相關的物理知識?！?分〕【參考答案】〔1〕這個演示實驗可用于光電效應及其影響因素的教學。光電效應是照射到金屬外表的光，能使金屬中的電子從外表逸出的現(xiàn)象。這種電子稱為光電子。光電效應中產生的光電子的初速度與光強無關。入射光的強度影響光電流的強度，影響單位時間單位面積內逸出的光電子數(shù)目。入射光越強，飽和電流越大?！?〕教學片段：師：同學們，我們已經知道光具有粒子性，有哪些現(xiàn)象可以表達光的粒子性呢？生：光電效應。師：光電效應，是照射到金屬外表的光，能使金屬中的電子從外表逸出的現(xiàn)象。這種電子稱為光電子。那么光電效應與哪些因素有關呢？生1：可能與光的強度有關。照射光的強度越大，電流越大。生2：可能與光的種類有關。生3：可能與金屬的種類有關。師：很好，大家都有自己的想法，我們先用實驗驗證一下第一個猜測，剩下的兩種猜測同學們自行驗證，好不好？生：好的。師：現(xiàn)在老師有驗電器、鋅板、紫外線燈和導線假設干。大家以小組為單位思考、討論、設計實驗方案來驗證光的強度對光電效應的影響。生：將驗電器與鋅板串聯(lián)，用不同強度的紫外線光進行照射。師：很好，這種實驗方法是我們常用的哪一種方法？生：控制變量法。師：老師已經按照大家說的將驗電器和鋅板連入了電路，下面來驗證大家的想法是否正確。教師操作：翻開紫外線燈把亮度調到最低，驗電器出現(xiàn)了偏轉。師：這個現(xiàn)象說明了什么？生：紫外線照射鋅板可以產生光電效應。教師操作：一點點地調高紫外線燈的亮度，此時驗電器的偏轉角變大。師：這個現(xiàn)象說明了什么？生：隨著入射光的強度增大，電流變大，即單位時間內產生的電荷變多。師：大家答復得很對！因為入射光的強度影響單位時間、單位面積內逸出的光電子數(shù)目，所以光強越大，電流越大。下面大家小組思考、討論、設計其余兩個猜測的驗證實驗。生：好。〔學生思考討論，教師巡回指導〕13．閱讀材料，根據(jù)要求完成教學設計。材料一：?普通高中物理課程標準〔實驗〕?關于“電容、電感與交流電〞的內容的要求為：通過實驗，了解電容器和電感器對交變電流的導通和阻礙作用。材料二：高中物理某教科書“電感和電容對交變電流的影響〞一節(jié)的局部內容。材料三：教學對象為高中二年級學生，已學過交流電、電感、電容概念。任務：〔1〕簡述什么是交變電流。〔4分〕〔2〕根據(jù)上述材料，完成“實驗：電容對交變電流的影響〞的教學設計。教學設計要求包括：教學目標、教學重點、教學過程〔要求含有教學環(huán)節(jié)、教學活動、設計意圖等〕?！?4分〕答案:(1)交變電流指電流的方向隨時間成周期性變化的電流。交變電流在生活和生產中都有廣泛的應用，一般家庭電路和工業(yè)用電都是交流電。(2)教學設計如下：電容對交變電流的影響一、教學目標【知識與技能】理解交流電能夠能夠通過電容的原理，知道容抗的概念及其影響因素。【過程與方法】通過觀察演示實驗，培養(yǎng)學生根據(jù)實驗現(xiàn)象和已學習知識去分析物理問題的意識。【情感態(tài)度價值觀】在用科學知識解釋實驗現(xiàn)象的過程中，鼓勵學生提出科學猜測，逐步培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。l．知識與技能：〔1〕了解交變電流能通過電器的原理，知道電容器對交變電流產生阻礙作用的原因?！?〕知道用容抗來表示電容對交變電流的阻礙作用的大小，知道容抗與哪些因素有關。2．過程與方法：通過觀察演示實驗，具有根據(jù)實驗現(xiàn)象和已學習知識去分析物理問題的意識。3．情感態(tài)度與價值觀：在用科學知識理解實驗現(xiàn)象的過程中，體會科學地提出猜測的過程，逐步具有創(chuàng)新意識與實踐能力。二、教學重難點【教學重點】交變電流能夠通過電容器的原理；容抗的概念和影響因素?！窘虒W難點】電容器“通交流〞的實質。三、教學過程教學過程教師活動學生活動設計意圖新課導入提問引入：l．首先，我們來回憶一下什是電容器？2．如果將電容器接入直流電路中，電路中有沒有電流