2024 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1
A．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=2 ，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1
A．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：根据错误。根据根据
行 行
，可知T=2 。故轨道半径越大，周期越大，即火星的公转周期较大，A 项
，可知a= 。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。
行 行
行，可知 行
。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/ ，
行 行
而火星的重力加速度的大小约为3.69m/ ，因此地球的重力加速度较大，C 项错误。第一宇宙速度
，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 =1 atm，温度 =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=0.6 ，已知仪器舱是密封的，则此时舱内温度为（ ）。 A．360K B．180K C．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 S-mg=ma。因为a=g，所以 S=2mg。以密封舱内气体为研究对象，起飞前， =1 atm， =273+ =300K；在加速飞行的过程中，p= gh=0.6 ，
，所以 =1.2 =1.2 atm。因为仪器舱是密封的，所以 ，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 ，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 开始变化，每24S减少一半。类比原子的衰变规律公式 半衰期。可知，电流的表达公式为i=
，其中τ为
，即i=
。 A
6．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 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
。故线框的加速度为a=-(g+
)。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．3150? B．3174? C．7875? D．6349? 【答案】D。解析：由光栅公式 λ，可知λ=取最大时, =1。光栅常数a+b=
（ ）
。当在第五级衍射光谱中可观察到的可见光波长
m，代入公式解得λ=6349?。
8．某放射性元素经过11.4 天有 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
，其中N= ，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 RA 和 ，且 < ，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= ，所以 ，故
（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=
师：大家知道怎么求vb 与va 之比了吗？ 生：知道了。因为 ，所以
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。
2024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)
