1、2017 年上半年中学教师资格认定考试（高级物理学科知识与教学能力）真题试卷及答案与解析一、单项选择题1 图 1 所示为高中物理某教科书描述的一个演示实验。该实验用于学习的物理知识是( )。（A）衍射（B）干涉（C）折射（D）偏振2 国际单位制的七个基本物理量中，除了长度、质量、时间、热力学温度外，还有( )。（A）电流、发光强度和物质的量（B）电压、电流和发光强度（C）力、发光强度和电量（D）力、电流和能量3 在图 2 所示的电路中，C 1=100F，C 2=50F，C 3=50F。AB 间的电容为( )。（A）20F（B） 375F（C） 833F（D）200F4 一电子由静止经过电势差
2、U 加速之后，撞击金属靶发出光子，其动能完全转换为光子的能量。若发出光子的最短波长为 s，普朗克常量为 h，光速为 c，元电荷为e，则下列有关此最短波长光子叙述正确的是( ) 。5 理想弹簧一端固定，另一端系有一可视为质点的小球，小球在光滑水平面上做一维简谐运动。则在一个周期内，弹性势能 Ep 随时间 t 的变化图像是( )。6 质量为 m 的人造地球卫星在地面上受到的重力为 P，它在到地面的距离等于地球半径尺的圆形轨道上运动时，下列叙述正确的是( )。（A）速度大小为（B）周期为（C）动能为（D）重力为 07 如图 3 所示，轻质弹簧上端与一质量为 m 的物块 1 相连，下端与另一质量为 M
3、的物块 2 相连，整个系统置于水平放置的光滑木板上，并处于静止状态。将木板沿水平方向突然抽出后的瞬间，物块 1、2 的加速度大小分别为 a1、a 2，重力加速度大小为 g，则( ) 。（A）a 1=0， a2=g（B） a1=g，a 2=g（C） a1=0，（D）a 1=g，8 如图 4 所示，一条长为 L 的柔软链条，开始时静止地放在一光滑表面 ABC 上，其左端至 B 的距离为 L=a，当链条的左端滑到 B 点时，链条速度大小为( )。二、简答题9 如图 5 所示，半径为 R 的刚性圆环轨道，水平固定在光滑的桌面上，一物体贴着轨道内侧运动，物体与轨道间的滑动摩擦系数为 。设物体在某时刻经过
4、 4 点时的速率为 v0，求： (1)此后 t 时刻物体的速率。(2)从 A 点开始在 t 时间内的路程。三、案例分析题10 案例： 下面为一道物理试题和某学生的解答过程。 题目：如图 6 所示，水平面(纸面)内间距为 Z 的平行金属导轨间接一电阻，质量为 m、长度为 l 的金属杆置于导轨上。t=0 时，金属杆在水平向右、大小为 F 的恒定拉力作用下由静止开始运动。t0 时刻，金属杆进入磁感应强度大小为 B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域且在磁场中恰好能保持匀速运动。杆与导轨的电阻均忽略不计，两者始终保持垂直且接触良好，两者之间的动摩擦因数为 。重力加速度大小为 g。求：(1)金属杆在磁场中
5、运动时产生的电动势的大小：(2)电阻的阻值。解：(1)设加速度为 a，得：ma=F-2mg到左边界速度 v=at由电磁感应定律，电动势 E=Blv联立得： (2)设电流为，则I=ER安培力 f=BIl则 F-f-2mg=0联立得 答：电动势大小为 问题：(1)指出此道试题检测了学生所学哪些知识点?(2)给出正确解题过程。(3)针对学生解题过程中存在问题，设计一个教学片段，帮助学生解决此类问题。11 案例： 上课了，教室很快安静下来。 李老师：同学们，上课了。有谁在游乐场坐过过山车呀? 教室里一下活跃了起来，同学们七嘴八舌地交流。 李老师：谁来分享一下坐过山车的感受? 学生甲：老师，我坐过，感觉
6、风驰电掣，很刺激。 学生乙：老师我也坐过，上去之前害怕极了，老担心会掉下来。 学生丙：老师，我不敢坐，一想到过山车翻滚冲向环形轨道最高点，吓得腿软! 李老师：看来不少同学害怕会掉下来。真的会掉下来吗?我们一起做个实验。 李老师拿出了模型。 李老师：同学们，这是老师自己做的模型，这是一个钢球，老师将钢球放在轨道上，大家注意观察钢球是否会掉下来。 李老师将钢球放在高于圆形轨道顶端的轨道上，放手后小球沿轨道滑下。 李老师：钢球从轨道上掉下来了吗? 学生：没有。 李老师：老师再做一次。 李老师将钢球放在低于圆形轨道顶端的轨道上，放手后小球沿轨道滑下。 李老师：大家看到了什么? 学生甲：钢球还没到达轨道
7、顶端就掉下来了，老师，我再也不敢坐了。 李老师在黑板上写下了这节课的课题“向心力与向心加速度” 。 李老师：钢球在什么情况下会掉下来，什么情况下不会掉下来，你们学习了其中的规律后就不会害怕了。 问题(1)对李老师的教学进行评价。(2)以此图为依托设计教学片段，帮助学生理解小球通过圆环最高点时的受力及运动情况。四、教学设计题12 阅读材料，根据要求完成教学设计。 材料：图 8 所示为高中物理某教科书“电容器和电容”一节介绍的可变电容器的符号和实物图。 任务：设计一个教学片段，向学生介绍可变电容器的工作原理。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实验关于折射率的内容要求为
8、：“测定材料的折射率” 。材料二高中物理教科书 “折射率”一节的部分教学内容如下：材料三教学对象为高中二年级学生，已学过光的折射现象、折射定律等知识点。任务：(1)简述什么是折射率。(2)根据上述材料完成实验“测定玻璃折射率”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(要求包含有教学环节、教学活动、设计意图)。2017 年上半年中学教师资格认定考试（高级物理学科知识与教学能力）真题试卷答案与解析一、单项选择题1 【正确答案】 A【试题解析】 波在传播中遇到障碍物或小孔，当孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长相比差不多或比波长更小时，波会发生衍射现象。题干所描述的演示实验为波的衍射。
9、2 【正确答案】 A【试题解析】 国际单位制中七个基本物理量为长度(单位为 m)、质量(单位为 kg)、时间(单位为 s)、电流( 单位为 A)、热力学温度( 单位为 K)、物质的量(单位为 mol)及光强(单位为 cd)。3 【正确答案】 B【试题解析】 C 1 与 C2 两电容器并联，再与 C3 串联。C 12=C1+C2， 经计算，C AB=375F。4 【正确答案】 C【试题解析】 由题目中“其动能完全转换为光子的能量”，可知 C 项正确。由光学公式以及能量公式 E=eU，c=f=v，=hv ，E= 可推导可知 A、B、 D 三项错误。5 【正确答案】 D【试题解析】 如果从最大位移处
10、开始计时，此时 t=0，弹簧形变最大，E p 最大，时，E p 达到最大， 时，开始反向运动回到平衡位置，E p 为零，一个周期时，又回到开始计时的位置，故 A、B 两项错误。如果从平衡位置开始计时，此时 t=0，E p 为零， 时 Ep 达到最大，弹簧开始反向运动，时，E p 达到最大，一个周期结束时，回到平衡位置，C 项错误，D 项正确。6 【正确答案】 C【试题解析】 因为质量为 m 的人造地球卫星在地面上受到的重力为 P，则P=mg，则 由重力提供万有引力有 依据题意可知，人造地球卫星的轨道半径为 2R，则重力不为零，等于此时的万有引力，为7 【正确答案】 C【试题解析】 在木板撤出的
11、瞬间，弹簧的形变没有立即发生变化，所以对于物块1 来说受力不变，此时 mg=F 弹，故 a1=0；对物块 2 进行受力分析可知，在撤去木板瞬间，对物块 2 的支持力消失，故此时只受到弹簧弹力和自身重力，即 Mg+F 弹=Ma，所以8 【正确答案】 D【试题解析】 链条运动过程中只有重力做功，故机械能守恒，即运动前后始末状态机械能不变。取 AB 为零势能面，初始状态时，对链条进行受力分析，可知：当链条左端滑到 B 点时的速度为 v，此时链条的机械能为二、简答题9 【正确答案】 (1)物体贴着轨道内侧运动，在水平面上受两个力的作用，一是环对物体的正压力 N，方向指向环心，另一个是环对物体的滑动摩擦
12、力 f 方向沿圆环的切向方向。 建立自然坐标系，并应用牛顿第二定律的法向分量式和切向分量式：将代入 有， 分离变量积分，代入初始条件 t=0时，v=v 0， (2)路程三、案例分析题10 【正确答案】 (1)本题考查受力分析与匀速直线运动、电磁感应、欧姆定律、通电导体在磁场中受力、受力平衡等知识点。 (2)正确解题过程： 解：(1)金属杆进入磁场前做匀加速直线运动，设加速度为 a，由牛顿第二定律： F-mg=ma 到达左边界速度 v=at0 电动势 E=Blv 联立得 。 (2)金属杆在匀速运动时受力平衡，F-F 安 -f=0 f=mg F 安 =BIl 联立解得 (3)教学片段： 师：同学们
13、，我们先来分析一下杆的运动情况，在进入磁场前和进入磁场后。杆分别做什么运动? 生：进入磁场前匀加速运动，进入磁场后匀速运动。 师：非常好。那么，匀加速的时候，对杆进行受力分析，在水平方向上杆受到了什么力? 生：匀加速运动时，杆受到了拉力 F 和摩擦力的作用。进入磁场后，拉力和摩擦力以及安培力平衡。 师：好，我们分别来分析一下各阶段的受力。进入磁场前，拉力是固定的 F，摩擦力怎么算呢? 生：摩擦力等于动摩擦因数乘支持力，支持力大小等于重力大小，摩擦力大小等于 mg。金属杆与铁杆有两部分接触，所以总摩擦力应该是 2mg。 师：摩擦力大小为 乘以导轨所受的正压力这句话表述是非常准确的，大家想一想，这
14、里两根导轨对金属杆的正压力是多大呢?是不是都等于金属杆的重力呢? 生：哦，我知道了，每根导轨上承担的正压力是金属杆重力的一半，因此，杆所受摩擦力大小为 =mg，而不是 .2mg。 师：非常好，不能看到几个正压力几个接触点就简单地认为摩擦力就是几倍的 mg，考虑摩擦力一定要辨别清楚它所受到的正压力。接下来这个问题能解决了吗? 生：能。11 【正确答案】 (1)李老师在教学过程中利用了生活实例导入、演示实验导入，利用了直观性原则，充分调动了学生的学习积极性和主动性，启迪学生思维，集中学生注意力。借助生活中常见的过山车，引发学生积极讨论，通过演示实验让学生逐步将生活情境转化为物理模型。 在教师角色方
15、面，李老师体现了学习引导者的角色，体现了启发式的教学原则。在实际的教学过程中，李老师采用生活情境中常见的过山车问题，? 步一步地引导学生对本节课产生兴趣，进而提出本节课的核心问题“小球什么情况下掉落 ”，让学生带着问题，参与到本节课的探究过程中。 在课堂气氛方面，李老师营造了一种民主、宽松、平等的课堂气氛，为学生主动思考，发表自己意见，发挥学生个性奠定了基础。 (2)师：大家思考一下，如果小球要通过最高点，速度能否为零?为什么? 生：不能，速度为零小球就会掉下来。 师：速度既然不为零，那么在最高点小球做圆周运动的向心力是由谁来提供的呢?大家先来做一下受力分析。 生：小球通过最高点，受重力和轨道
16、向内的支持力。 师：如果速度较小的时候呢? 这两个力是否会发生变化 ? 生：支持力会减小。 师：那支持力减小为零的时候，谁来提供向心力呢? 生：只有重力。 师：支持力会不会继续减小呢?支持力变成负值的话，轨道给小球的力指向哪? 生：力会向外，不可能出现这种情况。 师：因此，轨道给小球的力最小为多少? 生：为零! 师：我们能算一下此时，小球的速度是多少吗? 生： 师：这个速度就是恰好能通过最高点的速度，此时只有重力提供向心力；如果小球速度大于这个速度，小球的向心力将由重力和轨道向内的支持力的合力提供，而且速度越大，轨道向内的支持力越大。四、教学设计题12 【正确答案】 师：学习了电容的有关知识后
17、。我们一起来认识生活中常见的电容器。常见的电容器分为两种，一种是固定电容，一种是可变电容，今天大家一起来认识可变电容器。请看大屏幕，右图是一个可变电容器。它由两组铝片组成，固定的一组(下端的这组)叫作定片，可以转动的一组叫作动片(老师演示转动动片)。 师：大家猜想一下，它的工作原理以及它是如何改变电容的?(提示从电容的决定式考虑 ) 生：根据 ，我猜想可能和正对面积 S 有关。 师：这位同学观察得很细致大家看两组极板间的间距是不是没有发生变化? 它是两组间隔相等的极板。那么影响电容的还有电介质，这个可变电容的电介质是什么呢? 生：空气。 师：非常好是不是没有在极板间添加任何电介质? 那么影响电
18、容的因素就只有两极板间的正对面积这一因素了。转动动片(老师再次演示) ，两组铝片的正对面积发生了变化，电容随之改变，这就是可变电容的工作原理。通常我们一般用 来表示可变电容器。 下面老师问大家一个问题，如果把可变电容器的动片旋进去一些，电容器的电容会怎么变? 生：变大，正对面积变大了。 师：如果把两极板问的空气换成陶瓷，则电容怎么变化? 生：变大，电介质增大。 师：大家都掌握得非常好，如果增大两极板间的电势差，电容如何变化呢? 生：不变。 (略有疑惑 ) 师：电容器不变，改变电压，可以改变电容容纳的电荷量，但是电荷本身的电容没有增加。另外老师需要补充一个知识点，大家观察电容器外壳上标的电压，它
19、是电容器的额定电压，使用时一定要保证电容器两端的电压为额定电压。当电压超过了一定值，大于击穿电压时，电介质被击穿，容易发生危险。13 【正确答案】 (1)光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫作这种介质的绝对折射率。简称折射率，用符号 n 表示。(2)教学设计如下： 测定玻璃的折射率 一、教学目标 1知识与技能：验证光的折射定律；掌握插针法测折射率的方法。 2过程与方法：通过设计实验步骤及实验操作，提高问题解决能力和数据处理能力。 3情感态度与价值观：培养对物理实验及物理理论学习的兴趣以及团体协作和共同面对困难的精神。 二、教学重难点 教学重点：测定两面平行的玻璃砖
20、的折射率。 教学难点：测定玻璃折射率的方法的掌握与能力的培养。 三、教学准备 实验仪器：玻璃砖、量角器、白纸、铅笔、直尺一把或三角板一个、计算器、木板、图钉、大头针。 四、教学过程 (一)复习导入 师：我们已经知道了当光以一定的入射角射入一块两面平行的玻璃砖后，出射光线的方向会发生平移你能画出示意图吗? 生：画出示意图，回忆光的折射的知识。 【设计意图】通过做出光的示意图让学生回顾光的折射基本定律，同时也为接下来在实验中画出实验原理图作铺垫。同时，学生画出示意图的过程中，能迅速进入到课堂状态。 (二 )新课内容 1实验方案设计 现在给定大家器材：两面平行的玻璃砖一块，大头针四枚，白纸一张，直尺
21、一把或三角板一个，量角器一个。请你设计一个实验方案，根据这个方案，画出光以一定入射角穿过玻璃砖时的传播路径。 老师引导：想一想，为了测出玻璃的折射率，应该测出哪些物理量? 学生根据刚才作图分析，要测得玻璃的折射率，即要求得 ，它就是玻璃砖的折射率。 教师引导学生完成基本的实验方案设计：第一步：在白纸上画出一条直线aa，代表两种介质的分界面，再画出一直线段 AO 代表入射光线：然后画出分界面上 O 点处的法线 NO。 第二步：把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边与 aa对齐。用直尺或三角板轻靠在玻璃砖的另一长边，按住直尺或三角板不动，将玻璃砖取下，画出直线 bb代表玻璃砖的另一边。老师强调：
22、在玻璃砖的取用过程中，注意一定不要用手接触到玻璃砖的光学面。 第三步：在直线 AO 上竖直地插上两枚大头针 P1、 P2，放回玻璃砖，然后透过玻璃砖观察大头针 P1、P 2 的像，调整视线方向，直到 P1 的像被 P2 的像挡住。 老师引导：大家思考，这是利用什么原理? 学生思考。部分学生应该猜想到数学中两点确定一条直线的原理。 老师深入引导：那么另一侧的光线如何表示? 学生有了刚才的思考，可以迅速回答出用相同的道理来确定 P3、P 4 的位置。 第四步：在玻璃砖的另一侧观察 P1、P 2 的像，并用大头针 P3 挡住它们的像 P1、P 2，将 P3 插在白纸上。再用大头针 P4 挡住 P1、
23、P 2和 P3 插在白纸上。 老师总结：同一条光线经过玻璃砖后，出射光线发生平移，但是仍是同一条光线。 最后两步学生自行学习。 第五步：取出玻璃砖，用三角板过 P1、P 2 画直线、过 P3、P 4 画直线，分别与玻璃砖的上、下边界线交于 O、O点，连接 O、O两点得到玻璃中的折射光线 OO。 第六步：量出入射角和折射角，用折射定律计算玻璃的折射率。 第七步：改变入射角，重复第二至第七步，多测几组。 【设计意图】在老师引导和学生学习的过程中，完成实验方案的设计，同时通过老师层层深入的引导和总结，让学生深刻理解插针法的基本原理和操作方法。 2实验操作环节 学生台上演示实验。 在演示者演示的过程中
24、，其他学生发现问题并记录。 【设计意图】这个环节是本节课的重点，分组实验和演示实验，一是可以发现学生操作过程中的问题及共性的盲点。让学生真正进行实际操作，领会实验操作的严谨性及实验数据的合理性。 老师引导实验注意事项： (1)入射角问题的确定：入射角太小，折射角将更小，测量误差更大；若入射角 i 过大，则由大头针 P1、P 2 射入玻璃中的光线量减少，即反射光增强，折射光减弱，且色散较严重，由玻璃砖对面看大头针的虚像将暗淡，模糊并且变粗，不利于瞄准插大头针 P3、P 4。因此画入射光线 AO 时要使入射角 i 适中，入射角 i 应在1575范围内取值。 (2)P 1 与 P2 间距太小：不容易
25、确定光路。 掌握了基本实验步骤及操作注意事项后，学生分组实验，记录实验数据。 实验数据的处理见下表：3数据操作环节老师引导学生，在之前有过数据处理的经验上，利用图像，删去无效数值，得到较为准确的折射率数据。根据折射定律可得， 因此有在多次改变入射角、测量相对应的入射角和折射角正弦值基础上，以sini 值为横坐标、以 sinr 值为纵坐标，建立直角坐标系，如图所示。描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线。 求解图线斜率，设斜率为 k，则 故玻璃砖折射率 4交流讨论 老师引导：本实验要求求出入射角和折射角的正弦值，那么我们手头并没有量角器又如何来求正弦值呢?现在请大家思考有没有不用量角器就能达到
26、实验目的的方法。 学生思考后演示利用数学三角函数可以求出。 在找到入射光线和折射光线以后，以入射点 O为圆心，以任意长为半径画圆，分别与 AO 交于 C 点，与 OO(或 OO的延长线)交于 D 点，过 C、D 两点分别向 NN作垂线，交 NN于 C、D，用直尺量出 CC和DD的长。如图所示。 而 CO=DO 老师引导注意事项：强调圆要适当地画大一点以减小误差，并告诉大家一定注意，要计算的是入射角的正弦值和折射角的正弦值，所以，要注意找准圆与入射光线和折射光线的交点，切忌不要找成出射光线与圆的焦点。 【设计意图】这个环节有针对性，对本节课有巩固作用，另外让学生知道插针法适用于多样性的玻璃体结构的光学仪器，并不仅限于课本中的玻璃砖，让学生开阔视野。同时，改进实验方案，让学生具有设计实验、解决问题的能力。 (三)小结作业 总结回顾分享：学生分享实验过程及成果。 教师总结：现代的科学研究是众多人共同完成的工作。大家一起分析问题、制定方案、分工研究，最后汇集成果，共享成果。没有分工合作，是难以在短时间内完成大的研究任务的。 【设计意图】通过最后的总结回顾，让学生体会分工合作的乐趣，培养团体协作和共同面对困难的精神，激发学生对物理实验及物理理论学习的兴趣。 作业：大家可以进一步思考有无其他方式测定玻璃的折射率。 四、板书设计 五、教学反思
