2015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(高级中学)试卷真题及答案

2015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（高级中学）注意事项：1．考试时间为120分钟，满分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）1．李老师用弹簧和物块做成如图1所示的弹簧振子演示振动图象。课前准备实验时，李老师觉得该弹簧振子振动频率过小，想让振子的频率增大一倍，为此他将（）。A．换一个质量为原质量两倍的物块B．换一个质量为原质量一半的物块C．弹簧长度减去一半D．弹簧长度减去3/42．雨后，太阳光入射到大气中的水滴发生色散而形成彩虹。设水滴是球形的，图2中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b、c、d代表四条不同颜色的出射光线，则它们可能依次是（）。A．紫光、黄光、蓝光和红光B．紫光、蓝光、黄光和红光C．红光、蓝光、黄光和紫光D．红光、黄光、蓝光和紫光3．一定质量的理想气体经历了了A→B→C变化过程，其压强随温度变化的p-t图如图3所示。气体在A、B、C三个状态时的体积分别为VA、VB、VC。则通过图象可以判断（）。A．VA=VB＞VCB．VA=VB＜VCC．VA＜VB＜VCD．VA＞VB＞VC4．一个23892U原子核衰变为一个20682Pb原子核发生衰变的次数为（）。A．6次B．10次C．22次D．32次5．如图4所示，一个未带电的空腔导体球壳，内半径为R，在腔内离球心的距离为d处（dR），固定一点电荷+q，用导线把球壳接地，选无穷远处为电势零点，则球心O处的电势为（）。A．0B．04qdC．04qRD．011()4qdR6．如图5所示，墙上有两点M和N分别钉有两铁钉，M和N的连线与水平方向的夹角为45°，两者的高度差为l。一条不可伸长的轻质细绳一端固定于M点的铁钉上，另一端跨过N点的光滑铁钉悬挂一质量为m1的重物，在绳上距M点2l的P点系上一质量为m2的重物，平衡后绳的MP段正好水平。则12mm为（）。A．5B．52C．2D．27．如图6所示，纸平面内两个半径均为R的半圆相切于O点，半圆形区域内分別存在垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度大小相等、方向相反，一长为2R的导体杆OA绕过O点且垂直于纸面的轴顺时针匀速旋转，t=0时，OA恰好位于两半圆的公切线上。若选取从O指向A的方向为电动势的正方向，下列描述导体杆中感应电动势随时间t变化的图象正确的是（）。8．《普通高中物理课程标准（实验）》规定，高中物理课程由12个模块组成，有必修和选修模块，其中选修1-1模块物理学科知识的主体为（）。A．电磁学B．热学C．力学D．光学二、计算题（本大题1小题，20分）9．如图7所示，在半径=0.10m的区域内有均匀分布的磁场B，其方向垂直纸面向外，若该磁场B的大小以dBdt=10T/s的匀速率增加。（1）求半径r=0.04m的导体圆环中的感应电动势及P点处电场强度的大小。（10分）（2）已知图8中的3，oa=ob=0.04m，求等腰梯形导线框abcd中的感应电动势，并指出感应电流的方向。（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：某教师为了检测学生对电场力做功、电势差等知识的掌握情况，布置了若干练习题，下面是某同学对其中一题的解答过程：题目：如图所示，质量为m的带电粒子，其带电量为q，以初速度v0从A点竖直向上射入真空中的匀强电场中。若电场方向水平向右，粒子通过电场中的B点时，速率02Bvv，方向与电场方向一致，试求A、B两点的电势差。解：带电粒子由A点运动到B点的过程中，只有电场力做功，由动能定理，得2201122ABBqUmvmv，又02Bvv代入得：2032ABmvUq答：A、B两点的电势差为2032ABmvUq。问题：（1）指出学生解答中的错误，分析错误产生的可能原因，给出正确解法。（10分）（2）给出一个教学思路，帮助学生掌握相关知识。（10分）11．案例：李老师在进行高中物理“牛顿第一定律”一课教学时，将踢足球的图片投影到了屏幕上（如图9）。李老师：同学们，我们在初中已经学过了牛顿第一定律和惯性，大家看屏幕上踢球的图片，你们能用初中所学的知识，分析踢球前、后足球的运动状态，并得出物理结论吗？（同学们相互交流了起来）甲同学：踢球前足球不动，踢球后足球就飞了起来，说明力是改变物体运动状态的原因。乙同学：足球被踢就会飞起来，不被踢就不会动，飞起来的足球不一会就会掉下来不动了。李老师：乙同学，那你能得出什么物理结论呢？乙同学：物体不受力就不会动。丙同学：老师，足球在空中飞起来那段，没有受到力的作用，但足球还在运动，说明不受力的作用时，物体就会不停地运动下去。丁同学：不对，球在飞行过程中，受到重力的作用，因此才会运动下去，最后掉下来不动的。李老师：丁同学分析得很好，球会掉下来是因为受到地球引力的作用，但现在我们不讨论引力的问题，同学们思考一下，不讨论引力的作用，球会怎样运动呢？丁同学：可地球不会没有引力呀！李老师：我们可以假设呀！讨论物理问题是可以假设的，不要在课堂捣乱，其他同学还有什么意见吗？（同学们纷纷翻开物理教材看了起来，课堂很安静）李老师：大家还有问题吗？（没有同学回应）李老师：看来大家已经把初中学的物理知识还给你们的老师了。一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态，这就是我们在初中学过的牛顿第一定律，知道了吗？下面大家看看书上的实验。问题：（1）对上述课堂实录进行评述。（15分）（2）针对该课堂存在的问题，设计一个改进教学的方案（形式不限，可以是教学思路、教学活动等）。（15分）四、教学设计题（本大题共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任务。材料：图示为某高中物理教材“库仑定律”一节的“探究影响电荷间相互作用力的因素”的演示实验。演示探究影响电荷间相互作用力的因素O是一个带正电的物体。把系在丝线上的带正电的小球先后挂在图1．2-1中P1、P2、P3等位置，比较小球在不同位置所受带电体的作用力的大小。这个力的大小可以通过丝线偏离竖直方向的角度显示出来。使小球处于同一位置，增大或减少小球所带的电荷量，比较小球所受作用力的大小。哪些因素影响电荷间的相互作用力？这些因素对作用力的大小有什么影响？任务：（1）说明教材所述“使小球处于同一位置，增大或减少小球所带的电荷量，比较小球所受作用力的大小”的实验设计意图。（4分）（2）基于该实验，设计一个包含师生交流的教学方案。（8分）13．阅读材料，根据要求完成教学设计任务。材料一《普通高中物理课程标准（实验）》关于“气体实验定律”的内容要求为“通过实验了解气体实验定律，知道理想气体模型。用分子动理论和统计观点理解气体压强和气体实验定律。材料二高中物理某版本教科书：“气体的等温变化”一节中关于“探究气体等温变化规律”内容如下：实验：如图8.1-1，注射器下端的开口有橡胶塞，它和柱塞一起把一段空气柱封闭在玻璃管中。这段空气柱是我们研究的对象，实验过程中它的质量不会变化。实验中如果空气柱体积的变化不太快，它的温度大致等于环境温度，也不会有明显变化。1．实验数据的收集空气柱的压强p可以从仪器上方的指针读出，空气柱的长度乙可以在玻璃管侧面的刻度尺上读出，空气柱的长度L与横截面积S的乘积就是它的体积V。用手把活塞向下压或向上拉，读出体积与压强的几组数据。2．实验数据处理很容易发现，空气柱的体积越小，压强越大。空气柱的压强是否跟体积成反比呢？我们可以通过图象来检验这个猜想。以压强p为纵坐标，以体积倒数1V为横坐标，把以上各组数据在坐标系中描点。如果图象中的各点位于过原点的同一条直线上，就说明压强跟体积的倒数成正比，即压强的确与体积成反比。如果不在同一条直线上，我们再尝试其他关系。任务：（1）简述玻意耳定律的内容。（4分）（2）根据材料完成“气体的等温变化”的教学设计。教学设计要求包括：教学目标、教学重点、教学过程（要求含有教师活动、学生活动、设计意图，可以采用表格式、叙述式等）。（24分）2015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（高级中学）参考答案及解析一、单项选择题1．【答案】D。解析：弹簧振子的频率112kfTm，若振子的频率增大一倍，可将物块的质量变为原来的14或者劲度系数k变为原来的4倍。根据弹簧长度与劲度系数k成反比的关系，长度应变为原来的14，可知D项正确。2．【答案】B。解析：太阳光折射后形成的七种单色光折射率由大到小依次为紫光、蓝光、青光、绿光、黄光、橙光、红光，图中a、b、c、d四条光线偏折程度逐渐减小，折射率逐渐减小，B选项正确。3．【答案】D。解析：过理想气体的A点和B点，分别做它们的等容变化的p-t图，可以看出过A点的直线斜率小，pT小，由理想气体状态方程pVCT可知VAVB。B到C变化过程，温度相等，压强增加，由理想气体状态方程得VBVC，所以VAVBVC。4．【答案】A。解析：一个23892U原子核衰变为一个20682Pb原子核的过程中，发生衰变的次数为（238﹣206）÷4=8次，发生衰变的次数为2×8﹣（92﹣82）=6次，选项A正确。5．【答案】D。解析：球壳不接地时，内层感应出等量异种电荷﹣q（不均匀分布，因为内部电场线疏密不均匀），外层带+q电荷。接入地后，球壳外层感应的正电荷消失，球壳内层电荷为﹣q，在O点产生的电势为04qR；球内部的点电荷+q在O点产生的电势为04qd，根据叠加原理，总电势为011()4qdR。故选D。6．【答案】B。解析：对绳子上的结点P进行受力分析：平衡后设NP与水平方向的夹角为，根据几何关系得2sin5。据平衡条件和三角函数关系得21sinNmFFm，所以1252mm，故答案为B。7．【答案】C。解析：根据右手定则，开始时感应电动势的方向为正，因此排除B、D，设经过时间t导体杆转过的角度为，则t，导体有效切割长度为2sinLRt。由212EBL可知，222sin,REBRtB、、不变。根据数学知识，杆中的电动势在右边磁场区域，从0开始随着时间增大，离开磁场后变为0；进入左边区域后，方向变为负向，电动势从0开始随着时间增大，离开磁场后变为0，可知C正确，故选C。8．【答案】A。解析：选修1-1模块涉及电磁现象和规律、电磁技术与社会发展、家用电器与日常生活等内容。A选项正确。二、计算题9．【参考答案】（1）以逆时针为导体环回路的正方向，则穿过导体环的磁通量S=BdS为正值。由法拉第电磁感应定律，得导体圆环中的感应电动势2SSdddBdB====r=0.05VdtdtdtdtBdSdS。磁场变化产生感生电场，根据公式SddBE==dtdtldldS有2dB2r=rdtE只考虑感生电场的大小，可得dB0.2/2dtrENC。（2）等腰梯形导线框的感应电动势为ddBdB113==S=Raa=0.045Vdtdtdt2222（）由楞次定律判断出，感应电流的方向为顺时针方向。三、案例分析题10．【参考答案】（1）错误之处：带电粒子由A点运动到B点的过程中，除了电场力做功，还有重力做功。错误原因：学生对物体运动状态分析得不透彻，导致对物体受力分析错误，体现学生平时学习时不求甚解的习惯。正确解法：22011mgh22BqUmvmv①粒子在初速度方向上仅在重力的作用下做匀减速运动，末速度为零，则2012mvmgh②由①②两式得202mvUq。（2）针对学生的错误，教师可以从学生的角度出发设计一系列的启发性质的问题，引导学生意识到自己的错误所在，例如教师可以这样提问：①如果带电粒子只在电场力的作用下运动，那么它会做什么类型的运动呢？②平抛运动中，物体的末速度方向可能与竖直速度方向相同吗？③那么本题中粒子的初速度方向上的速度最后变成零了是为什么呢？经过这几