2018年下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)

2018年下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）

（科目代码：406）

2018年下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.图1所示为中学物理教学常用的一个演示实验示意图。用不同数量的小球（可选用豆粒、

玻璃球、钢球等），分别从不同高度连续倒在秤盘上，观察指针的摆动情况。该实验通常用于帮助学生理解的物理知识是（

）。

图1

A.气体的压强B.机械能守恒C.动量守恒D.功能原理

2.有些球类比赛在开赛前用猜硬币正反面的方法来决定谁先开球。如图2所示，若裁判员以5.00m/s的速度竖直向上抛出硬币，不考虑空气阻力，则该硬币能上升的最大高度约为（）。

图2

A.1.27mC.1.40m

󰀁󰀁

B.1.35mD.1.54m

—1—

3.图3所示是某种安检门的工作原理示意图，可以检测是否携带金属物品通过安检门。门

框绕有线圈，闭合电键后，当金属物体通过线圈时，电路中电流发生变化，而非金属物体靠近时则对电路中的电流没有影响。其工作原理是（

）。

图3

A.电流的磁效应

C.闭合电路欧姆定律B.电磁感应现象

D.磁场对电流有力的作用

）。

4.如图4所示，玻璃管内封闭了一定质量的气体，气柱长度为l，管内外水银面高度差为h。

若温度保持不变，把玻璃管稍向下压一段距离，则（

图4

A.h、l均变大B.h、l均变小C.h变大，l变小D.h变小，l变大5.下面的各种核反应中能产生中子的是（）。

26

A.用γ光子轰击的2612Mg，生成物之一为11Na

17B.用α粒子轰击147N，生成物之一为󰀁8O8C.用质子轰击73Li，生成物之一为4Be10D.用α粒子轰击73Li，生成物之一为5B

6.如图5所示，将水平匀强电场中质量可忽略的带电小球M和N，分别沿图示路径移动到

同一水平线上的不同位置后，同时释放，M、N均保持静止，则（

）。

图5

A.M的带电量比N的大B.M带正电荷、N带负电荷

—2—

C.移动过程中匀强电场对M做负功D.移动过程中匀强电场对N做正功

7.如图6所示，一束单色光由空气以45°角射入厚度为d的长方形玻璃砖，入射点与出射点的水平距离为s。若所有的光线只在两水平界面发生折射与反射，则下列叙述正确的是（）。

图6

A.玻璃砖的折射率为d

s22B.玻璃砖的折射率为姨d+ssC.经两界面反射而返回原空气入射区的光线会互相平行D.若增大入射角，则会在入射区的界面发生全反射

8.在光滑水平面上，有三个质量分别为m、2m及2m的物块a、b和c，其中c连接一质量可忽略的理想弹簧，如图7所示。初始时，b、c静止，a以速度v与b碰撞。若三物块间的碰撞可视为一维弹性碰撞，则碰撞后c的最大速率是（）。

图7

A.1v5B.2v5C.1v2D.2v3

二、计算题（本大题1小题，20分）

9.如图8所示，水平面上固定有一间距为l的平行、光滑长直导轨，其上放有质量为m的金属杆，导轨的一端连接电阻R，磁感应强度为B的匀强磁场垂直地通过导轨平面。当金属杆以初速度v0，且始终保持与导轨垂直地向右运动时，用微积分的方法求：

图8

—3—

（1）金属杆能够运动的距离x；（10分）

（2）该过程中电流通过电阻所做的功。（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：

下面为某同学对一道物理习题的解答。题目：

运动员在练习跳板跳水时，将跳板压到最低点C，跳板将运动员竖直向上弹到最高点

A后，运动员做自由落体运动。运动员质量m=60kg，取g=10m/s2,最高点A、跳板的水平点B、最低点C和水面之间的竖直距离如图9所示。求：

图9

（1）跳板被压缩到最低点C时具有的弹性势能；（2）运动员入水时的速度大小。

解：（1）取B点所在平面为参考平面，由机械能守恒定律，有：

mghB=Ep+mghC

则Ep=mg（hB-hC）=60×10×（3-0.4）=1560J。

—4—

（2）由机械能守恒定律，有：mghB=1mv22则v2=2ghB=2×10×3=600得v=姨600=10姨6m/s。答：跳板被压缩到最低点C时具有的弹性势能为1560J，运动员入水时的速度大小为10姨6m/s。问题：

（1）指出这道习题能检测学生所学的知识点。（4分）

（2）给出题目的正确解答。（6分）

（3）针对学生解答存在的问题，设计一个教学片段或思路，帮助学生解决此类问题。（10分）

—5—

11.案例：

某老师在进行“测定电池的电动势和内阻”的实验教学时，希望通过对实验原理、电路连接以及数据处理的讨论，提高学生实验探究能力。下面是该老师教学过程的3个环节：

环节1：讲述实验原理，要求学生在不翻阅教科书的情况下，根据实验原理设计测量电路图，引导学生讨论存在问题，绘制出正确的电路图。其中，学生甲绘制的运用E=U+Ir测定电池电动势和内阻的电路图如图10所示。

环节2：引导学生讨论、分析连接电路存在的问题，正确连接电路。图11为老师展示的学生乙根据E=U+Ir测定电池电动势和内阻的原理连接的电路。

环节3：讲解与讨论相结合，学习利用U-I图像求出电源电动势E和内阻r的方法。

问题：

图11图10

（1）指出学生甲绘制的电路图存在的问题，画出正确的电路图。（6分）

（2）设计一个教学过程，了解学生乙的想法，引导学生讨论并正确连接电路。（15分）

—6—

（3）简述利用U-I图像求出电源电动势E和内电阻r的教学思路。（9分）

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12所示为高中物理某教科书“光”一章某节中用酒精灯、肥皂膜做薄膜干涉实验。

图12

任务：设计一个教学片段，向学生介绍薄膜干涉实验现象与原理。（12分）

—7—

13.阅读材料，根据要求完成教学设计。

材料一《普通高中物理课程标准（2017年版）》关于“静电现象”的内容标准为：“通过实

验，了解静电现象。能用原子结构模型和电核守恒的知识分析静电现象。”

材料二高中物理某教科书“静电现象的应用”一节的部分内容。

演示

研究静电平衡时导体内部的电荷

如图1.7-2所示，取两个验电器A和B，在B上装一个几乎封闭的空心金属筒C（历史上把它叫做法拉第圆筒），使B和C带电，A不带电。

D是带有绝缘柄的金属小球，使D跟C的外部接触，再让D跟A的金属球接触；这样操作若干

次，观察A的箔片的变化（图1.7-2甲）。

图1.7-2研究静电平衡时导体内部的电荷

重复上述操作，不过这一次让D在C的内表面与A之间反复接触，观察A的箔片的变化（图

1.7-2乙）。

金属筒C的开口很小，其内表面可以认为就是导体的内部。通过这个实验，关于导体内部与外表面的电荷分布，你能得出什么结论？

材料三教学对象为高中二年级学生，已学过电场、静电平衡状态等知识。任务：

（1）简述什么是静电平衡状态。（4分）

—8—

（2）根据上述材料，完成“研究静电平衡时导体内部的电荷”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（要求含有教学环节、教学活动、设计意图等）。（24分）

—9—

2018年下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）参及解析

一、单项选择题

1.【答案】A。解析：本实验是用小球做气体分子的模型，演示气体压强产生的机理。不同高度落下的小球模

拟具有不同平均动能的气体分子；不同数量的小球模拟不同密集程度的气体分子。实验说明气体压强的大小跟气体分子的平均动能和分子的密集程度有关。

2.【答案】A。解析：硬币向上抛出后做匀减速直线运动，末速度为零，重力加速度g≈9.8m/s2。根据位移公式，

2

最大高度h=v≈1.27m。

2g3.【答案】B。解析：当金属物靠近探测器的线圈时，金属物体会产生涡流，而金属中的涡流产生的磁场又引

起线圈中的磁通量发生变化，影响线圈中的电流，从而使电流表示数发生变化。故探测器采用了电磁感应原理。故本题选B。

4.【答案】B。解析：先假设气柱长度不变，即l不变h减小，被封闭的气体体积不变，水银柱高度变小。管内气

体压强p1=p0-p水银，p1增大，管内气体体积减小，l必须变小才能重新获得平衡，故h减小，l也要减小。B项正确。

5.【答案】D。解析：根据质量数与质子数守恒可知，A项的核反应产生的是正电子01e；B项的核反应产生的是

1

质子11H；C项的核反应产生的是光子；D项的核反应产生的是中子0n。

6.【答案】C。解析：因为M、N在匀强电场中均处于静止状态，M、N均受力平衡。只有M带负电荷，N带正电

荷时，M、N受力才可能都平衡。B项错误。M、N的受力大小满足EqM=EqN，则可知M、N带电量相等。A项错误。因为M带负电荷，故在移动过程中匀强电场对M做负功。C项正确。因为N带正电，故在移动过程中匀强电场对N做负功。D项错误。

227.【答案】C。解析：根据折射定律n1=sinθ2可知，玻璃砖的折射率为姨2（d+s）。A、B两项错误。根据折射

2sn2sinθ1

定律和反射定律可知，入射光折射进入玻璃砖，通过第二界面进行反射，最后折射到入射区。这四条光线关于第二界面的反射法线对称。所以返回原空气入射区的光线与第一界面右侧成45°角，与入射光线经过第一界面反射的光线平行。C项正确。全发射发生的条件包括：①由光密介质射入光疏介质；②入射角大于等于全反射角。

D项的条件不满足①。D项错误。

8.【答案】D。解析：a与b作用的过程中水平方向的动量守恒，根据动量守恒定律和机械能守恒定律即可求

出a与b碰撞之后a的速度v1，b的速度v2，且v1≤v2。以向右为正，由动量守恒：mv=mv1+mv2①。由于发生的是弹

1·1v，v=2v或v=v，v=0（舍去）。a与性碰撞，总动能不变，所以：1mv2=1mv22mv21+2②。联立①②可得：v1=-212

22233b碰撞之后，b、c以及弹簧组成的系统水平方向动量守恒。当弹簧压缩量最大时b、c达到共同速度，而当弹簧由

压缩状态恢复为原长时b与c速度发生交换，即b的速率为0，c的速率为2v。D项正确。

3二、计算题

9.【参】

金属杆切割磁感线，产生感应电流并受到向左的安培力。根据E=Blv，F=BIl，I=E可知，F=Blv。

22

RR根据牛顿第二定律可知，a=-F=-Blv。

22

mRm22

根据a=dv=dvdx=vdv=-Blv可知，dx=-Rmdv。22

dtdxdtdxRmBl—10—

故

乙dx=乙0

-Rmdv，x=B2l2

-Rmv󰀣dv=0-0=Rmv。乙-RmBlBlBlv0

22

220

22

0

0

（2）电流所做功等于金属杆克服安培力所做的功。根据dW=Fdx=-madx=-mvdvdx可知，dW=-mvdv。

dx故W=

1mv。

乙-mvdv=2v0

20

三、案例分析题

10.【参】

（1）本题检测的知识点：自由落体运动、机械能守恒定律。（2）正确解答：

①运动员于B点起跳，由B运动到C的过程中重力势能和动能转化为弹性势能，到达C点时的动能为0。

随后运动员被跳板弹起，运动到最高点A点时，动能仍旧为0。所以运动员由C运动到A的过程中将全部的弹性势能转化为重力势能。由机械能守恒定律可得：mghA=Ep+mghC

故Ep=mg（hA-hC）=60×10×（0.6+0.4）=600J。

②运动员由A点向下做自由落体运动至水面，初速度为0m/s，由机械能守恒定律可得：mghA=1mv2。

2v2=2gh=2×10×3.6=72m2/s2。v=姨72=6姨2m/s。

（3）教学片段：

师：首先我们来回顾一下，什么样的问题可以运用机械能守恒定律求解呢？生：系统内只有弹力或重力做功时。

师：其次，运用机械能守恒定律需要注意什么问题吗？

生：在运用机械能守恒定律时，要选好参考平面，要仔细分析各点的弹性势能、重力势能、动能，选出解题的起始和终止点。

师：非常好，那我们沿着解题的思路来看一下这道题。取B点所在平面为参考平面，采用机械能守恒解题有什么问题吗？

生：没有。因为只有弹性势能、重力势能、动能之间的转化。

师：好，这道题选取了B和C点为起始和终止点。那么一起来看在B、C点的时候，运动员的弹性势能、重力势能、动能分别是多少？

生：B点时重力势能为零；弹性势能为0；动能需要计算。C点时重力势能为mghC；弹性势能需要计算；动能为0。有两个需要计算的量不能算出结果。

师：那我们应该选取哪两个点进行计算呢？

生：A点和C点。A点的重力势能为mghA；弹性势能为0；动能为0。由C运动到A的过程mghA=Ep+mghC。师：嗯，所以在运用机械能守恒定律时，我们一定要按照步骤，不能随便找起始和终止点。明白了吗？生：明白了！

师：我也相信大家！那能说一下第二问有什么问题吗？

生：第一，第一问中已经选取了B点所在平面为参考平面，所以重力势能应为0。第二，B点的动能也是未知，所以不能选B点为起始点。A点只有重力势能，列式最简单，应选为起始点。

师：很好，思路很清晰。计算一下吧。

生：根据mghA=1mv2，解得v=姨72=6姨2m/s。

2师：非常好啊，我相信下次遇到这种题型一定没问题！

—11—

11.【参】

（1）由于所用到的实验原理是：E=U+Ir，式中的U为路端电压，I为干路电流。而甲同学设计的电路中电流表测量的是流过电阻R的电流和电压表测量的是电阻R两端的电压，所以甲同学实验电路图错误。正确电路图如下：

（2）教学过程：

师：乙同学，观察一下你所设计的电路是否有问题？

生：没有啊。点压表测路端电压，电流表测干路电流，滑动变阻器接两个接线柱。师：那我们一起来检查一下吧？怎么做呢？

生：看电路是否畅通、是否存在短路或断路。电流从正极流出经过开关流入电压表和电流表负极……老师，我电源连反了。我换一下应该就没问题了。

师：你确定吗？那滑动变阻器在这个电路中起什么作用呢？生：①保护电路；②测量多组数据求平均值，减小实验误差。师：非常好！这两条作用你的电路都满足吗？

生：首先，滑动变阻器最大接入电路，电压表不会过大，①满足。其次……起不到第二条作用。师：那滑动变阻器该怎么接在电路中呢？生：一上一下的方式连接。

师：修改你电路图再连接实物图进行实验吧。生：好的，谢谢老师。

（3）首先教师带领学生将闭合电路欧姆定律的公式：E=U+Ir，进行变形得出U=-Ir+E。其次引导学生根据所测出来的实验数据，在U-I坐标系中进行描点，并用平滑直线进行连接，并延长交于横纵轴。最后引导学生根据变形式思考横轴截距和纵轴截距和图像斜率的意义，并进行纠正与讲解。

四、教学设计题

12.【参】

教师：同学们在生活中有没有玩过吹肥皂泡？在玩肥皂泡的时候，肥皂泡有什么神奇的现象？学生：玩过，肥皂泡是五颜六色的。

教师：同学们真细心啊，观察得不错。有人知道为什么肥皂泡是五颜六色的吗？学生：可能是太阳光的原因。

教师：不错，有一定的关系，那具体的原理又是什么呢？现在老师展示一个小实验，同学们注意观察和思考。教师：老师将这个肥皂膜靠近酒精灯，同学们注意观察肥皂膜有什么变化。学生：肥皂膜上逐渐地出现颜色了。学生：肥皂膜上有细细的带颜色的条纹。

教师：同学们观察的都很仔细，值得表扬。肥皂膜上的确呈现出不同颜色的条纹，同学们可以讨论一下，试着分析出肥皂膜出现条纹的原因。

学生：光线照到肥皂膜上会发生反射，可能是因为大量光线反射后相互干扰，最后产生了五颜六色的条纹。学生：白光是由多种颜色的光组成，每种颜色光的波长不同。肥皂膜同一点反射的色光就不同，所以肥皂膜呈现五颜六色。

教师：同学们的分析都很严谨，有理有据。现在大家一起看屏幕上放大的原理图，系统地认识薄膜干涉现象。教师：肥皂膜是有一定厚度的，光线先后在肥皂膜前后面发生两次反射，当该处的肥皂膜厚度为光半波长的整数倍时就是干涉加强点，就出现亮条纹；当该处的肥皂膜厚度为光半波长的奇数倍时就是干涉减弱点，就

—12—

呈现暗条纹。又因为白光含有不同颜色的光且每种颜色的光波长不同，同一点只有一种颜色的光发生干涉，最终就呈现的我们看到的五颜六色的条纹。

学生：那条纹间距不是均匀的是不是因为肥皂膜的厚度不是均匀变化的呢？

教师：同学们分析得很有道理，看来同学们理解了薄膜干涉的原理，以后同学们就可以给你的其他朋友解释薄膜干涉的现象了。

13.【参】

（1）导体内（包括表面）的自由电子不再发生定向移动的状态，叫作静电平衡状态。（2）教学设计如下：

研究静电平衡时导体内部的电荷

一、教学目标

1.知识与技能

（1）认识静电感应，知道感应起电的原理和感应电荷正、负的判定。

（2）知道静电平衡状态；理解静电平衡的特点，导体内部的场强处处为零，电荷只分布在导体的外表面上。

2.过程与方法

通过观察演示实验及对实验现象的分析，学生学会运用所学知识进行分析推理，具备一定的分析推理能力。

3.情感态度与价值观

通过对实验的观察和推理，学生养成科学的研究方法，以及严谨认真的学习态度。二、教学重难点

1.教学重点

静电现象的特点。

2.教学难点

静电现象的理解。三、教学过程教学环节

教师活动

师生共同回顾：一个导体，不论原来是不是带电，

提出问题

放入电场中以后，都会由于静电感应而在导体中学生思考，发表自激发学生的学习兴趣和探的不同部位出现不同电荷。教师提问：在静电平衡己的想法状态下，导体上的电荷怎样分布呢？

教师介绍器材，并明确实验的步骤。教师进行实验

演示实验展示，引导学生观察，并要求学生记录实验现象，

多次进行实验，指导观察

分析现象

为了让学生得出共同的实

学生观察、记录验结论，教师进行演示实验现象

的同时引导学生观察，提高分析问题解决问题的能力

组讨论，发表想法规律的能力

究欲望

学生活动

设计意图

借助实验现象，教师引导学生思考，现象能够说明学生进行思考，小提高学生分析问题和总结什么问题？

教师对于学生的想法进行总结与归纳，得出结论：静电平衡时，导体上的电荷分布有以下两个特点：

（1）导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外学生记录，通过回表面。

（2）在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度（单位面积的电荷量）越大，凹陷的位置几乎没有电荷

忆现象加深记忆

教师总结能够更加有条理，逻辑更加清晰，帮助学生生成系统的知识体系

得出结论

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