2023年上半年中小學(xué)教師資格考試物理學(xué)科知識(shí)與教學(xué)能力試題及答案(高級(jí)中學(xué))

2023年上半年中小學(xué)教師資格考試物理學(xué)科知識(shí)與教學(xué)能力試題及答案〔高級(jí)中學(xué)〕考前須知：1．考試時(shí)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(xiàng)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(gè)備選項(xiàng)中只有一個(gè)是符合題目要求的請用2B鉛筆把答題卡上對應(yīng)題目的答案字母按要求涂黑。錯(cuò)選、多項(xiàng)選擇或未選均無分。1．高中物理某教科書中描述的一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)如圖1所示。在振幅較小的情況下，通過該實(shí)驗(yàn)?zāi)艹醪降贸龅慕Y(jié)論是〔〕。圖1A．周期與擺球的質(zhì)量、振幅、擺長均無關(guān)B．周期與擺球的質(zhì)量無關(guān)，與振幅和擺長有關(guān)C．周期與擺球的質(zhì)量、振幅均無關(guān)，與擺長有關(guān)D．周期與擺球的質(zhì)量、振幅均無關(guān)，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(guān)，與擺球的質(zhì)量、振幅均無關(guān)，A、B兩項(xiàng)錯(cuò)誤。題目的問題是通過該實(shí)驗(yàn)?zāi)艹醪降贸龅慕Y(jié)論，D項(xiàng)是一個(gè)定量關(guān)系，通過該實(shí)驗(yàn)無法得出，D項(xiàng)錯(cuò)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(xué)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(shí)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(shí)間變化情況可能是〔〕?！敬鸢浮緾。解析：在起立過程中，該同學(xué)先向上加速運(yùn)動(dòng)，后向上減速運(yùn)動(dòng)。因此加速度先向上，后向下?？梢耘袛嗉铀俣萢向上時(shí)，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(shí)，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(shè)將地球和火星公轉(zhuǎn)視為勻速圓周運(yùn)動(dòng)，忽略行星自轉(zhuǎn)影響。根據(jù)表1，火星和地球相比，以下表達(dá)正確的是〔〕。表1A．火星的公轉(zhuǎn)周期較小B．火星做圓周運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)周期較大，A項(xiàng)錯(cuò)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(yùn)動(dòng)的加速度較小，B項(xiàng)正確。根據(jù)GM行m4．2023年6月11日“神舟十號(hào)〞順利升空，標(biāo)志著我國火箭載人太空飛行有了歷史性的突破。高空實(shí)驗(yàn)火箭起飛前，儀器艙內(nèi)氣體的壓強(qiáng)p0=1atm，溫度t0=27℃。在火箭豎直向上加速飛行的過程中，當(dāng)加速度的大小等于重力加速度g時(shí)，儀器艙內(nèi)水銀氣壓計(jì)示數(shù)p=0.6p0，儀器艙是密封的，那么此時(shí)艙內(nèi)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(shè)水銀氣壓計(jì)的底面積為S，以水銀柱為研究對象進(jìn)行受力分析有p1S-mg=ma。因?yàn)閍=g，所以p1S=2mg。以密封艙內(nèi)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(shí)間變化的電流i，按每經(jīng)過24s減少一半的規(guī)律變化，初始時(shí)刻電流為I0，如圖3所示。該電流的表達(dá)式為〔〕【答案】D。解析：電流從初始時(shí)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。可知，電流的表達(dá)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(qiáng)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(shè)運(yùn)動(dòng)過程中MN始終與EF平行，MN在磁場中到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)，OP未進(jìn)入磁場。那么線框從開始運(yùn)動(dòng)至最高點(diǎn)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(jìn)入磁場前，做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，其速度減小，v-t圖2像應(yīng)為傾斜的直線，排除A、B。線框進(jìn)入磁場時(shí)，MN切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，MN內(nèi)產(chǎn)生指向M的電流。設(shè)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(shí)驗(yàn)，那么在第五級(jí)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(dāng)在第五級(jí)衍射光譜中可觀察到的可見光波長取最大時(shí),sinθ=1。光柵常數(shù)a+b8．某放射性元素經(jīng)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(jì)算題〔本大題共1小題，20分〕9、球形電容器由兩個(gè)同心的球殼導(dǎo)體，A、B組成，如圖5所示。導(dǎo)體A、B的半徑分別為和RARA和RB，且RA<RB，導(dǎo)體A、B在真空中分別帶有電荷+q和-q，求：(1)導(dǎo)體A、B之間的電場強(qiáng)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(fù)以下問題。10．案例：下面為一道物理習(xí)題和某同學(xué)的解答過程。問題：〔1〕簡述該習(xí)題旨在幫助學(xué)生掌握的知識(shí)；〔4分〕〔2〕給出該習(xí)題的正確解答；〔6分〕〔3〕針對該同學(xué)的作業(yè)，設(shè)計(jì)教學(xué)片段幫助他解決該問題。〔10分〕【參考答案】〔1〕該習(xí)題旨在幫助學(xué)生掌握的知識(shí)是開普勒第二定律。〔2〕解：衛(wèi)星做橢圓運(yùn)動(dòng)，由開普勒第二定律知，同一衛(wèi)星在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積。在時(shí)間極短時(shí)，面積為S=12R?v?t，所以〔3〕教學(xué)片段：師：因?yàn)樾l(wèi)星做橢圓運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)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(jìn)行求解。那么橢圓運(yùn)動(dòng)遵循哪個(gè)規(guī)律呢？生：開普勒第二定律，是指同一衛(wèi)星在相同時(shí)間掃過的面積相等。師：那么怎樣求在極短的Δt時(shí)間內(nèi)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?yàn)?2a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(yīng)用〞一課的教學(xué)片段。李老師：同學(xué)們，前面我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過電荷在電場中會(huì)受到力的作用。由于金屬導(dǎo)體中也有電荷，如果把一塊金屬導(dǎo)體放在電場中，導(dǎo)體中的電荷會(huì)怎樣呢？大家先看大屏幕〔圖6〕，閱讀課本中對應(yīng)的內(nèi)容，待會(huì)兒我們共同來討論。〔師生閱讀、討論〕李老師：同學(xué)們，有誰想發(fā)表自己的觀點(diǎn)？甲同學(xué)：金屬中有自由電子，在電場力的作用下向左邊運(yùn)動(dòng)，直至到達(dá)金屬板的左邊為止。乙同學(xué)：金屬中的正電荷在電場力，的作用下向右運(yùn)動(dòng)，直至到達(dá)金屬板的右側(cè)為止。李老師：同學(xué)們都說得非常好！正是因?yàn)槭艿酵怆妶隽Φ淖饔?，正?fù)電荷分開，從而在左右兩邊就出現(xiàn)了正負(fù)電荷，我們把這些電荷叫作感應(yīng)電荷。我們知道只要有電荷就會(huì)產(chǎn)生電場，那么感應(yīng)電荷產(chǎn)生的場就叫感應(yīng)電場。感應(yīng)電荷的電場方向與外電場方向相反，所以最終合場強(qiáng)為零，這時(shí)我們就說靜電平衡了。同學(xué)們理解這個(gè)過程了嗎？同學(xué)：理解了。李老師：接下來我們學(xué)習(xí)等勢面，同學(xué)們先閱讀課本?！餐瑢W(xué)閱讀，老師巡視〕李老師：有誰能說說什么是等勢面嗎？丙同學(xué)：等勢面是電勢相等的面。處于靜電平衡狀態(tài)的整個(gè)導(dǎo)體是個(gè)等勢體，它的外表是個(gè)等勢面。丁同學(xué)：老師，靜電平衡的導(dǎo)體，它的內(nèi)部還有電荷嗎？戊同學(xué)：老師我知道，在電場力的作用下，金屬中的電荷被分開了，負(fù)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(fù)得非常好！靜電平衡后，導(dǎo)體內(nèi)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(xué)過程中的缺乏進(jìn)行評述；〔10分〕〔2〕指出戊同學(xué)答復(fù)中存在的問題；〔5分〕〔3〕針對丁、戊同學(xué)的問題，設(shè)計(jì)一個(gè)教學(xué)片段或教學(xué)思路，幫助學(xué)生正確理解靜電平衡時(shí)導(dǎo)體內(nèi)部電荷的分布問題?！緟⒖即鸢浮俊?〕教師的教學(xué)方式單一。李老師僅僅是讓學(xué)生自由閱讀課本，沒有采用更多有效的教學(xué)方式促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)，無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師的評價(jià)方式及評價(jià)內(nèi)容存在問題。對于學(xué)生的答復(fù)，李老師只答復(fù)好或非常好，沒有針對學(xué)生的答復(fù)做出指導(dǎo)性評價(jià)。同時(shí)，在學(xué)生答復(fù)或理解錯(cuò)誤時(shí)，也沒有及時(shí)指出。戊同學(xué)對靜電平衡的過程理解錯(cuò)誤時(shí)，老師反而評價(jià)學(xué)生“答復(fù)得非常好〞。教師與學(xué)生的互動(dòng)存在問題。在學(xué)生交流討論或自由看書時(shí)，教師僅僅是巡視，沒有給予學(xué)生一定的指導(dǎo)，缺乏交流?！?〕靜電平衡時(shí)不是負(fù)電荷全在左邊，正電荷全在右邊，中間沒有電荷。實(shí)際上，在電場力作用下，金屬中可以移動(dòng)的負(fù)電荷向左移動(dòng)，最后呈現(xiàn)的結(jié)果是金屬左端顯負(fù)電，同理金屬右端顯正電。感應(yīng)電場與在金屬內(nèi)部的外電場大小相等，方向相反。〔3〕教學(xué)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(zhuǎn)動(dòng)的電子。金屬導(dǎo)電時(shí)，是哪一種電荷在移動(dòng)？生：因此金屬導(dǎo)電時(shí)，是核外電子在移動(dòng)，帶正電的原子核不能移動(dòng)。定向移動(dòng)的電子形成電流。師：這位同學(xué)理解得很透徹！金屬中只有原子的核外電子可以移動(dòng)。那么，一塊金屬在外電場的作用下，內(nèi)部是哪種電荷在移動(dòng)？生：負(fù)電荷。師：結(jié)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(fù)電，右端顯正電？生：右端的負(fù)電荷移動(dòng)到左端，所以右端顯正電，而不是左端的正電荷移動(dòng)到右端。師：那大家想想，什么時(shí)候電荷不移動(dòng)？生：金屬內(nèi)部的感應(yīng)電場與外電場抵消時(shí)，金屬內(nèi)部電荷不移動(dòng)，但中間也是存在電荷的。四、教學(xué)設(shè)計(jì)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(xué)設(shè)計(jì)。材料圖7所示為高中物理某教科書“科學(xué)的轉(zhuǎn)折：光的粒子性〞一節(jié)中的一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)。任務(wù)：〔1〕這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)可用于什么物理知識(shí)的教學(xué)？〔4分〕〔2〕用此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一個(gè)教學(xué)片斷，幫助學(xué)生理解與該現(xiàn)象相關(guān)的物理知識(shí)?！?分〕【參考答案】〔1〕這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)可用于光電效應(yīng)及其影響因素的教學(xué)。光電效應(yīng)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(yīng)中產(chǎn)生的光電子的初速度與光強(qiáng)無關(guān)。入射光的強(qiáng)度影響光電流的強(qiáng)度，影響單位時(shí)間單位面積內(nèi)逸出的光電子數(shù)目。入射光越強(qiáng)，飽和電流越大?！?〕教學(xué)片段：師：同學(xué)們，我們已經(jīng)知道光具有粒子性，有哪些現(xiàn)象可以表達(dá)光的粒子性呢？生：光電效應(yīng)。師：光電效應(yīng)，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(yīng)與哪些因素有關(guān)呢？生1：可能與光的強(qiáng)度有關(guān)。照射光的強(qiáng)度越大，電流越大。生2：可能與光的種類有關(guān)。生3：可能與金屬的種類有關(guān)。師：很好，大家都有自己的想法，我們先用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一下第一個(gè)猜測，剩下的兩種猜測同學(xué)們自行驗(yàn)證，好不好？生：好的。師：現(xiàn)在老師有驗(yàn)電器、鋅板、紫外線燈和導(dǎo)線假設(shè)干。大家以小組為單位思考、討論、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案來驗(yàn)證光的強(qiáng)度對光電效應(yīng)的影響。生：將驗(yàn)電器與鋅板串聯(lián)，用不同強(qiáng)度的紫外線光進(jìn)行照射。師：很好，這種實(shí)驗(yàn)方法是我們常用的哪一種方法？生：控制變量法。師：老師已經(jīng)按照大家說的將驗(yàn)電器和鋅板連入了電路，下面來驗(yàn)證大家的想法是否正確。教師操作：翻開紫外線燈把亮度調(diào)到最低，驗(yàn)電器出現(xiàn)了偏轉(zhuǎn)。師：這個(gè)現(xiàn)象說明了什么？生：紫外線照射鋅板可以產(chǎn)生光電效應(yīng)。教師操作：一點(diǎn)點(diǎn)地調(diào)高紫外線燈的亮度，此時(shí)驗(yàn)電器的偏轉(zhuǎn)角變大。師：這個(gè)現(xiàn)象說明了什么？生：隨著入射光的強(qiáng)度增大，電流變大，即單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的電荷變多。師：大家答復(fù)得很對！因?yàn)槿肷涔獾膹?qiáng)度影響單位時(shí)間、單位面積內(nèi)逸出的光電子數(shù)目，所以光強(qiáng)越大，電流越大。下面大家小組思考、討論、設(shè)計(jì)其余兩個(gè)猜測的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。生：好?！矊W(xué)生思考討論，教師巡回指導(dǎo)〕13．閱讀材料，根據(jù)要求完成教學(xué)設(shè)計(jì)。材料一：?普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)〔實(shí)驗(yàn)〕?關(guān)于“電容、電感與交流電〞的內(nèi)容的要求為：通過實(shí)驗(yàn)，了解電容器和電感器對交變電流的導(dǎo)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(nèi)容。材料三：教學(xué)對象為高中二年級(jí)學(xué)生，已學(xué)過交流電、電感、電容概念。任務(wù)：〔1〕簡述什么是交變電流?！?分〕〔2〕根據(jù)上述材料，完成“實(shí)驗(yàn)：電容對交變電流的影響〞的教學(xué)設(shè)計(jì)。教學(xué)設(shè)計(jì)要求包括：教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)重點(diǎn)、教學(xué)過程〔要求含有教學(xué)環(huán)節(jié)、教學(xué)活動(dòng)、設(shè)計(jì)意圖等〕?！?4分〕答案:(1)交變電流指電流的方向隨時(shí)間成周期性變化的電流。交變電流在生活和生產(chǎn)中都有廣泛的應(yīng)用，一般家庭電路和工業(yè)用電都是交流電。(2)教學(xué)設(shè)計(jì)如下：電容對交變電流的影響一、教學(xué)目標(biāo)【知識(shí)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?！具^程與方法】通過觀察演示實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和已學(xué)習(xí)知識(shí)去分析物理問題的意識(shí)。【情感態(tài)度價(jià)值觀】在用科學(xué)知識(shí)解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的過程中，鼓勵(lì)學(xué)生提出科學(xué)猜測，逐步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。l．知識(shí)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(chǎn)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(guān)。2．過程與方法：通過觀察演示實(shí)驗(yàn)，具有根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和已學(xué)習(xí)知識(shí)去分析物理問題的意識(shí)。3．情感態(tài)度與價(jià)值觀：在用科學(xué)知識(shí)理解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的過程中，體會(huì)科學(xué)地提出猜測的過程，逐步具有創(chuàng)新意識(shí)與實(shí)踐能力。二、教學(xué)重難點(diǎn)【教學(xué)重點(diǎn)】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(xué)難點(diǎn)】電容器“通交流〞的實(shí)質(zhì)。三、教學(xué)過程教學(xué)過程教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖新課導(dǎo)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