2018年上半年中小学教师资格考试物理学科知识与教学能力试题及答案(高级中学)

2018年上半年中小学教师资格考试物理学科知识与教学能力试题及答案（高级中学）注意事项：1．考试时间为120分钟，满分为150分。2．请按规定在答题卡上填涂、作答。在试卷上作答无效，不予评分。一、单项选择题（本大题共8小题，每小题5分，共40分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的请用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案字母按要求涂黑。错选、多选或未选均无分。1．高中物理某教科书中描述的一个演示实验如图1所示。在振幅较小的情况下，通过该实验能初步得出的结论是（）。图1A．周期与摆球的质量、振幅、摆长均无关B．周期与摆球的质量无关，与振幅和摆长有关C．周期与摆球的质量、振幅均无关，与摆长有关D．周期与摆球的质量、振幅均无关，与摆长的二分之一次方成正比【答案】C。解析：单摆的周期T=2𝜋√𝑙𝑔，因此周期只与摆长有关，与摆球的质量、振幅均无关，A、B两项错误。题目的问题是通过该实验能初步得出的结论，D项是一个定量关系，通过该实验无法得出，D项错误。故本题选C。2．如图2甲所示，在力传感器下端悬挂一钩码。某同学手持该传感器，从站立状态下蹲，再从下蹲状态起立回到站立状态，此过程中手和上身保持相对静止。下蹲过程传感器受到的拉力随时间变化情况如图2乙，则起立过程传感器受到的拉力随时间变化情况可能是（）。【答案】C。解析：在起立过程中，该同学先向上加速运动，后向上减速运动。因此加速度先向上，后向下。可以判断加速度a向上时，处于超重状态，拉力大于重力，即拉力大于F0；加速度a向下时，处于失重状态，拉力小于重力，即拉力小于F0。故本题选C。3．登上火星是人类的梦想。若将地球和火星公转视为匀速圆周运动，忽略行星自转影响。根据表1，火星和地球相比，下列叙述正确的是（）。表1A．火星的公转周期较小B．火星做圆周运动的加速度较小C．火星表面的重力加速度较大D．火星的第一宇宙速度较大【答案】B。解析：根据GMmR2=m4π2T2R，可知T=2π√R3GM。故轨道半径越大，周期越大，即火星的公转周期较大，A项错误。根据GMmR2=ma，可知a=GMR2。故轨道半径越大，加速度越小，即火星做圆周运动的加速度较小，B项正确。根据GM行mR行2=ma行，可知a行=GM行R行2。代入地球和火星各自的质量和半径，可得地球的重力加速度的大小约为9.77m/s2，而火星的重力加速度的大小约为3.69m/s2，因此地球的重力加速度较大，C项错误。第一宇宙速度v=√GM行R行，代入地球和火星各自的质量和半径，可得地球的第一宇宙速度的大小约为7.91×103m/s，火星的第一宇宙速度大小约为3.54×103m/s，D项错误。4．2013年6月11日“神舟十号”顺利升空，标志着我国火箭载人太空飞行有了历史性的突破。高空实验火箭起飞前，仪器舱内气体的压强p0=1atm，温度t0=27℃。在火箭竖直向上加速飞行的过程中，当加速度的大小等于重力加速度g时，仪器舱内水银气压计示数p=0.6p0，已知仪器舱是密封的，则此时舱内温度为（）。A．360KB．180KC．16.2℃D．32.4℃【答案】A。解析：在火箭竖直向上加速飞行的过程中，设水银气压计的底面积为S，以水银柱为研究对象进行受力分析有p1S-mg=ma。因为a=g，所以p1S=2mg。以密封舱内气体为研究对象，起飞前，p0=1atm，T0=273+t0=300K；在加速飞行的过程中，p=ρgh=0.6p0，P1=2mg𝑆=2ρgh，所以p1=1.2p0=1.2atm。因为仪器舱是密封的，所以𝑃0𝑇0=𝑃1𝑇1，T1=360K。5．某电阻中通有随时间变化的电流i，按每经过24s减少一半的规律变化，初始时刻电流为I0，如图3所示。该电流的表达式为（）。【答案】D。解析：电流从初始时刻的I0开始变化，每24S减少一半。类比原子的衰变规律公式N=𝑁0𝑒−𝑙𝑛2𝜏𝑡，其中τ为半衰期。可知，电流的表达公式为i=𝐼0𝑒−𝑙𝑛2𝜏𝑡，即i=𝐼0𝑒−𝑙𝑛224𝑡。A6．如图4所示，空间存在具有水平边界EF，方向水平向里的匀强磁场：在距离EF下方H处有一正方形线框MNPO，线框平面的法线方向与磁场方向平行。将线框以初速度v0竖直向上抛出。若运动过程中MN始终与EF平行，MN在磁场中达到最高点时，OP未进入磁场。则线框从开始运动至最高点的过程中，v-t图像是（）。图4【答案】C。解析：竖直向上抛出的线框进入磁场前，做竖直上抛运动，其速度减小，v-t图2像应为倾斜的直线，排除A、B。线框进入磁场时，MN切割磁感线，产生感应电动势，MN内产生指向M的电流。设线框的电阻为R，边长为l，根据左手定则可知线框受到竖直向下的安培力，大小为𝐵2𝑙2𝑣𝑅。故线框的加速度为a=-(g+𝐵2𝑙2𝑣𝑚𝑅)。在上升的过程中，速度v减小，所以加速度a的大小逐渐减小v-t图像中的斜率表示加速度，C项正确，D顶错误。7．某光栅每厘米有3150条刻线，用该光栅做衍射实验，则在第五级衍射光谱中可观察到的最大可见光波长为（）。A．3150ÅB．3174ÅC．7875ÅD．6349Å【答案】D。解析：由光栅公式(a+b)sinθ=kλ，可知λ=（a+b）sinθ𝐾。当在第五级衍射光谱中可观察到的可见光波长取最大时,sinθ=1。光栅常数a+b=0.013150m，代入公式解得λ=6349Å。8．某放射性元素经过11.4天有34的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为（）。A．3.8天B．5.7天C．8.6天D．11.4天【答案】B。解析：由衰变规律公式N=𝑁0𝑒−𝑙𝑛2𝜏𝑡，其中N=14𝑁0，t=11．4天，代入公式可求得τ=5.7天。C二、计算题（本大题共1小题，20分）9、球形电容器由两个同心的球壳导体，A、B组成，如图5所示。导体A、B的半径分别为和𝑅𝐴RA和𝑅𝐵，且𝑅𝐴𝑅𝐵，导体A、B在真空中分别带有电荷+q和-q，求：(1)导体A、B之间的电场强度;(10分)(2)该电容器的电容。(10分)三、案例分析题（本大题共2小题，第10题20分，第11题30分，共50分）阅读案例，并回答问题。10．案例：下面为一道物理习题和某同学的解答过程。问题：（1）简述该习题旨在帮助学生掌握的知识；（4分）（2）给出该习题的正确解答；（6分）（3）针对该同学的作业，设计教学片段帮助他解决该问题。（10分）【参考答案】（1）该习题旨在帮助学生掌握的知识是开普勒第二定律。（2）解：卫星做椭圆运动，由开普勒第二定律知，同一卫星在相等的时间内扫过相等的面积。在时间极短时，面积为S=12𝑅∙v∆t，所以12𝑎𝑣𝑎∆𝑡=12𝑏𝑣𝑏∆𝑡，故𝑣𝑎𝑣𝑏=𝑎𝑏（3）教学片段：师：因为卫星做椭圆运动，所以万有引力的作用是什么？生：万有引力提供卫星做椭圆运动的向心加速度和切向加速度。师：所以不能用万有引力等于向心力进行求解。那么椭圆运动遵循哪个规律呢？生：开普勒第二定律，是指同一卫星在相同时间扫过的面积相等。师：那么怎样求在极短的Δt时间内卫星扫过的面积呢？生：S=12𝑅∙v∆t师：大家知道怎么求vb与va之比了吗？生：知道了。因为12𝑎𝑣𝑎∆𝑡=12𝑏𝑣𝑏∆𝑡，所以𝑣𝑎𝑣𝑏=𝑎𝑏师：非常好！看来大家都掌握了。11．案例：下面是李老师讲授高中物理“静电现象的应用”一课的教学片段。李老师：同学们，前面我们已经学习过电荷在电场中会受到力的作用。由于金属导体中也有电荷，如果把一块金属导体放在电场中，导体中的电荷会怎样呢？大家先看大屏幕（图6），阅读课本中对应的内容，待会儿我们共同来讨论。（师生阅读、讨论）李老师：同学们，有谁想发表自己的观点？甲同学：金属中有自由电子，在电场力的作用下向左边运动，直至到达金属板的左边为止。乙同学：金属中的正电荷在电场力，的作用下向右运动，直至到达金属板的右侧为止。李老师：同学们都说得非常好！正是因为受到外电场力的作用，正负电荷分开，从而在左右两边就出现了正负电荷，我们把这些电荷叫作感应电荷。我们知道只要有电荷就会产生电场，那么感应电荷产生的场就叫感应电场。感应电荷的电场方向与外电场方向相反，所以最终合场强为零，这时我们就说静电平衡了。同学们理解这个过程了吗？同学：理解了。李老师：接下来我们学习等势面，同学们先阅读课本。（同学阅读，老师巡视）李老师：有谁能说说什么是等势面吗？丙同学：等势面是电势相等的面。处于静电平衡状态的整个导体是个等势体，它的表面是个等势面。丁同学：老师，静电平衡的导体，它的内部还有电荷吗？戊同学：老师我知道，在电场力的作用下，金属中的电荷被分开了，负电荷只能停留在左边，正电荷只能停留在右边，所以中间就没有电荷了。李老师：回答得非常好！静电平衡后，导体内部就没有净电荷了。我们继续讨论等势面。问题：（1）请对李老师教学过程中的不足进行评述；（10分）（2）指出戊同学回答中存在的问题；（5分）（3）针对丁、戊同学的问题，设计一个教学片段或教学思路，帮助学生正确理解静电平衡时导体内部电荷的分布问题。【参考答案】（1）教师的教学方式单一。李老师仅仅是让学生自由阅读课本，没有采用更多有效的教学方式促进学生学习，无法激发学生的学习兴趣。教师的评价方式及评价内容存在问题。对于学生的回答，李老师只回答好或非常好，没有针对学生的回答做出指导性评价。同时，在学生回答或理解错误时，也没有及时指出。戊同学对静电平衡的过程理解错误时，老师反而评价学生“回答得非常好”。教师与学生的互动存在问题。在学生交流讨论或自由看书时，教师仅仅是巡视，没有给予学生一定的指导，缺乏交流。（2）静电平衡时不是负电荷全在左边，正电荷全在右边，中间没有电荷。实际上，在电场力作用下，金属中可以移动的负电荷向左移动，最后呈现的结果是金属左端显负电，同理金属右端显正电。感应电场与在金属内部的外电场大小相等，方向相反。（3）教学片段：师：从微观上来说，金属一般由金属原子组成，在原子核外是绕核转动的电子。金属导电时，是哪一种电荷在移动？生：因此金属导电时，是核外电子在移动，带正电的原子核不能移动。定向移动的电子形成电流。师：这位同学理解得很透彻！金属中只有原子的核外电子可以移动。那么，一块金属在外电场的作用下，内部是哪种电荷在移动？生：负电荷。师：结合图6，大家继续想一下，在外电场力作用下，金属为什么左端显负电，右端显正电？生：右端的负电荷移动到左端，所以右端显正电，而不是左端的正电荷移动到右端。师：那大家想想，什么时候电荷不移动？生：金属内部的感应电场与外电场抵消时，金属内部电荷不移动，但中间也是存在电荷的。四、教学设计题（本题共2小题，第12题12分，第13题28分，共40分）12．阅读材料，根据要求完成教学设计。材料图7所示为高中物理某教科书“科学的转折：光的粒子性”一节中的一个演示实验。任务：（1）这个演示实验可用于什么物理知识的教学？（4分）（2）用此实验设计一个教学片断，帮助学生理解与该现象相关的物理知识。（8分）【参考答案】（1）这个演示实验可用于光电效应及其影响因素的教学。光电效应是照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。这种电子称为光电子。光电效应中产生的光电子的初速度与光强无关。入射光的强度影响光电流的强度，影响单位时间单位面积内逸出的光电子数目。入射光越强，饱和电流越大。（2）教学片段：师：同学们，我们已经知道光具有粒子性，有哪些现象可以体现光的粒子性呢？生：光电效应。师：光电效应，是照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。这种电子称为光电子。那么光电效应与哪些因素有关呢？生1：可能与光的强度有关。照射光的强度越大，电流越大。生2：可能与光的种类有关。生3：可能与金属的种类有关。师：很好，大家都有自己的想法，我们先用实验验证一下第一个猜想，剩下的两种猜想同学们自行验证，好不好？生：好的。师：现在老师有验电器、锌板、紫外线灯和导线若干。大家以小组为单位思考、讨论、设计实验方案来验证光的强度对光电效应的影响。