2024年下半年教师资格考试初中物理学科知识与教学能力测试试卷及答案解析

2024年下半年教师资格考试初中物理学科知识与教学能力测试试卷及答案解析一、单项选择题（本大题共8小题，每小题5分，共40分）1.某国产新能源汽车在平直测试跑道上开展制动性能测试，车辆以v0=30m/s的初速度开始做匀减速直线运动，经t=6s速度减为0，已知汽车总质量m=1.8t，运动过程中所受阻力恒定。下列说法正确的是（）A.汽车制动过程的位移大小为80mB.汽车制动过程的加速度大小为6m/s²C.汽车制动过程中受到的阻力大小为9×10³ND.制动后第3s末汽车的瞬时速度大小为10m/s2.2024年年初我国南方部分山区出现低温凝冻天气，树枝、电线表面形成晶莹剔透的冰挂，当地环卫部门通过在路面撒工业盐的方式防止路面结冰，保障群众出行安全。下列说法正确的是（）A.冰挂的形成是凝华现象，形成过程需要吸收热量B.撒盐防止路面结冰的核心原理是盐提升了冰的熔点C.低温天气下出行时人呼出的“白气”是水蒸气液化形成的小水滴D.结冰路面上车辆刹车距离变长是因为冰面的摩擦力比干燥路面大3.某学习小组用自制水透镜模拟近视眼的成因与矫正，实验装置规律为：向水透镜内注水时透镜厚度增加、焦距变小，向外抽水时透镜厚度减小、焦距变大。实验时将点燃的蜡烛、水透镜、光屏依次安装在光具座上，调整器材位置后光屏上呈现烛焰清晰的倒立、缩小实像，下列说法正确的是（）A.成像清晰时光屏到透镜的距离大于2倍透镜焦距B.向水透镜内注水后，若不移动蜡烛和光屏位置，可在透镜前放置合适度数的凸透镜使像重新清晰C.向水透镜内注水的过程模拟了近视眼的成因，此时像成在光屏（模拟视网膜）前方D.将蜡烛靠近透镜方向移动，要在光屏上重新得到清晰的像，应将光屏向靠近透镜方向移动4.电磁感应、通电导体在磁场中受力运动等电磁学规律在生产生活中应用广泛，下列关于常见电磁设备工作原理的说法正确的是（）A.动圈式话筒的工作原理是电磁感应，工作时将电信号转化为声信号B.动圈式扬声器的工作原理是通电导体在磁场中受力运动，工作时将声信号转化为电信号C.交流发电机的工作原理是电磁感应，工作时将机械能转化为电能D.直流电动机的工作原理是电流的磁效应，工作时将电能转化为机械能5.2024年5月，我国全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）实现1.2亿摄氏度等离子体稳定运行403秒，再次刷新世界纪录，为可控核聚变的商用化推进奠定了关键基础。下列关于核聚变的说法正确的是（）A.核聚变反应过程中生成的新原子核比结合能较反应前变小，因此释放大量能量B.目前我国商业化运营的核电站主要利用核聚变反应释放的能量发电C.核聚变反应的主要原料是铀235，该矿物在地球上的储量十分有限D.太阳内部持续发生氢原子核的聚变反应，释放的能量以电磁波的形式向外辐射6.质量为m的蹦极运动爱好者从足够高的跳台由静止下落，所用弹性绳的原长为L，下落过程中弹性绳始终处于弹性限度内，不计空气阻力。从弹性绳刚好被拉直开始，到爱好者下落到最低点的过程中，下列说法正确的是（）A.爱好者的动能随下落过程持续减小B.爱好者重力势能的减少量等于弹性绳弹性势能的增加量C.弹性绳弹力大小刚好等于爱好者重力时，爱好者的瞬时动能最大D.爱好者下落到最低点时，加速度为0，处于平衡状态7.某同学设计的恒温箱温控电路构成如下：恒压电源、定值电阻R0、负温度系数热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联，电流表测电路总电流，电压表测定值电阻R0两端电压；负温度系数热敏电阻的特性为温度升高时电阻值减小，温度降低时电阻值增大。下列说法正确的是（）A.恒温箱内温度升高时，电压表示数变小，电路总功率变小B.恒温箱内温度降低时，电流表示数变大，电压表示数变大C.若要提高恒温箱的设定触发温度，应将滑动变阻器的滑片适当向接入电阻增大的方向移动D.恒温箱内温度升高时，热敏电阻Rt两端的电压变大8.物理学的发展离不开历代科学家的严谨探索与持续突破，下列关于物理学史的表述符合科学史实的是（）A.伽利略通过理想斜面实验，提出了“力是维持物体运动状态的原因”的结论B.法拉第最早发现了电磁感应现象，进一步揭示了电现象与磁现象的内在联系C.卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子的“葡萄干蛋糕”结构模型D.托里拆利通过著名的马德堡半球实验，首次证明了大气压强的存在二、简答题（本大题共2小题，每小题10分，共20分）9.控制变量法是初中物理实验中最常用的科学研究方法之一，请列举三个初中力学板块中运用控制变量法开展的探究实验，分别说明每个实验中的控制变量、自变量与需要观测的因变量。10.《义务教育物理课程标准（2022年版）》将“从生活走向物理，从物理走向社会”作为课程基本理念之一，请简述在初中物理“压强”单元教学中落实该理念的具体实施路径。三、案例分析题（本大题共2小题，每小题20分，共40分）11.阅读下面某教师讲授“串联电路的电流规律”的教学片段，回答问题。师：前面我们已经学习了电流的形成、串联电路的连接方式，大家猜想一下，串联电路中不同位置的电流大小有什么规律？生：老师，我觉得电流从电源正极流出来，经过小灯泡的时候会被灯泡“消耗掉”一部分，所以越靠近电源负极的位置电流越小，就像水流推动水轮机转动之后流量会变小一样。师：你这个想法是完全错误的！记清楚，串联电路的电流是处处相等的，大家把这个结论在课本上划出来，一定要背熟，这是考试的高频考点。随后教师独自完成演示实验，用电流表分别测量串联电路三个位置的电流，快速读出数据后直接给出结论，随即组织学生开展巩固练习。问题：（1）分析学生产生“串联电路中电流逐渐减小”这一错误认知的可能原因（8分）；（2）针对学生的该错误认知，设计一个体现探究式教学要求的教学片段，帮助学生建构正确的物理概念（12分）。12.阅读某八年级学生完成的浮力章节作业及解答过程，回答问题。题目：将一个重力为5N、体积为600cm³的实心物体轻轻放入足够深的盛满清水的容器中，当物体静止时，求物体受到的浮力大小（g取10N/kg）。学生解答：解：已知物体体积V=600cm³=6×10^-4m³，物体静止时浸没在水中，因此排开水的体积V排=V=6×10^-4m³。根据阿基米德原理，F浮=ρ水gV排=1.0×10³kg/m³×10N/kg×6×10^-4m³=6N。答：物体静止时受到的浮力为6N。问题：（1）指出学生解答过程中的错误，分析错误产生的深层原因（8分）；（2）简述针对该典型错误的习题讲评教学思路，要求面向全体学生，兼顾知识巩固与思维提升（12分）。四、教学设计题（本大题共1小题，共50分）13.阅读人教版八年级物理下册“阿基米德原理”的教材内容（教材核心内容包括：通过阿基米德鉴别皇冠的典故引入，结合“将易拉罐按入装满水的烧杯中感受浮力变化”的体验活动，引出探究问题——浮力大小与排开液体所受重力的关系；通过分组实验探究得出阿基米德原理的内容与公式，结合轮船排水量等实例开展原理应用），完成下列教学设计任务：（1）撰写本节课基于物理核心素养导向的教学目标（12分）；（2）确定本节课的教学重点与教学难点（8分）；（3）设计“探究浮力大小与排开液体所受重力的关系”的教学活动片段，要求包含问题引导、学生探究、交流总结三个核心环节，突出学生的主体地位（20分）；（4）设计一个体现跨学科实践要求的课后作业，说明作业内容与实施要求（10分）参考答案及解析一、单项选择题1.【答案】C【解析】汽车做匀减速直线运动，加速度大小a=Δv/Δt=30m/s÷6s=5m/s²，B选项错误；制动过程总位移x=v0t/2=30m/s×6s÷2=90m，A选项错误；根据牛顿第二定律，制动过程中阻力提供合外力，f=ma=1800kg×5m/s²=9×10³N，C选项正确；制动后第3s末的瞬时速度v=v0-at=30m/s-5m/s²×3s=15m/s，D选项错误。2.【答案】C【解析】冰挂是液态水遇冷凝固形成的，凝固过程放热，A选项错误；撒盐防结冰的原理是盐溶于水后降低了溶液的凝固点（即冰的熔点），使冰在0℃以下即可熔化，B选项错误；人呼出的“白气”是呼出气体中的高温水蒸气遇冷液化形成的小水滴，C选项正确；结冰路面更光滑，车辆与路面间的摩擦力更小，因此刹车距离变长，D选项错误。3.【答案】C【解析】凸透镜成倒立、缩小实像时，物距大于2倍焦距，像距在1倍焦距到2倍焦距之间，A选项错误；向水透镜注水后焦距变小、折光能力增强，像会成在光屏前方，与近视眼成因一致，需要放置对光线有发散作用的凹透镜才能使像重新成在光屏上，B选项错误、C选项正确；根据凸透镜成像“物近像远像变大”的规律，蜡烛靠近透镜时物距减小，需要增大像距才能得到清晰的像，因此光屏应向远离透镜的方向移动，D选项错误。4.【答案】C【解析】动圈式话筒的工作原理是电磁感应，工作时将声信号转化为电信号，A选项错误；动圈式扬声器的工作原理是通电导体在磁场中受力运动，工作时将电信号转化为声信号，B选项错误；交流发电机基于电磁感应原理工作，将转子转动的机械能转化为电能，C选项正确；直流电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力运动，而非电流的磁效应，工作时将电能转化为机械能，D选项错误。5.【答案】D【解析】核聚变反应释放能量的原因是反应生成的新原子核比结合能大于反应前原子核的比结合能，核子结合更稳定，A选项错误；目前商业化核电站均利用核裂变反应释放的能量发电，可控核聚变尚未实现商用，B选项错误；铀235是核裂变的主要原料，核聚变的主要原料是氘、氚，C选项错误；太阳内部持续发生氢核聚变为氦核的反应，释放的能量以电磁波的形式向宇宙空间辐射，D选项正确。6.【答案】C【解析】弹性绳刚被拉直时，弹力小于爱好者的重力，爱好者所受合力向下，仍做加速运动，动能持续增大；当弹力大小等于重力时，合力为0，速度达到最大值，动能最大；之后弹力大于重力，合力向上，爱好者做减速运动，动能逐渐减小到0，因此动能是先增大后减小，A选项错误、C选项正确；根据能量守恒，该过程中爱好者重力势能的减少量等于弹性绳弹性势能的增加量与爱好者动能减少量之和，B选项错误；爱好者到达最低点时，弹力大于重力，合力向上，加速度不为0，并非平衡状态，D选项错误。7.【答案】C【解析】温度升高时，负温度系数热敏电阻Rt阻值减小，电路总电阻减小，根据欧姆定律，电路电流增大，定值电阻R0两端电压（即电压表示数）增大，电路总功率P=UI增大，Rt两端电压为电源电压减去R0两端电压，因此Rt两端电压减小，A、D选项错误；温度降低时，Rt阻值增大，电路总电阻增大，电流减小，电压表示数减小，B选项错误；若提高恒温箱的设定触发温度，即温度更高（Rt阻值更小）时才触发控温开关，需要增大滑动变阻器接入的电阻值，保证Rt阻值更小时总电阻达到触发阈值，C选项正确。8.【答案】B【解析】伽利略通过理想斜面实验推翻了“力是维持物体运动状态的原因”的错误结论，提出力是改变物体运动状态的原因，A选项错误；法拉第在1831年发现电磁感应现象，揭示了电与磁的内在联系，B选项正确；卢瑟福通过α粒子散射实验提出原子的核式结构模型，“葡萄干蛋糕”模型是汤姆逊提出的，C选项错误；马德堡半球实验是格里克设计完成的，首次证明了大气压的存在，托里拆利最早完成了大气压值的精准测量，D选项错误。二、简答题9.【参考答案】初中力学板块中应用控制变量法的典型实验包括以下三个：（1）探究影响滑动摩擦力大小的因素：探究压力对滑动摩擦力的影响时，控制接触面粗糙程度不变，改变接触面受到的压力大小，通过弹簧测力计匀速拉动物体时的示数观测滑动摩擦力大小；探究接触面粗糙程度对滑动摩擦力的影响时，控制接触面压力大小不变，改变接触面粗糙程度，同样通过弹簧测力计示数观测摩擦力大小。（2）探究影响压力作用效果的因素：探究压力对作用效果的影响时，控制受力面积大小不变，改变压力大小，通过海绵的凹陷程度观测压力作用效果；探究受力面积对作用效果的影响时，控制压力大小不变，改变受力面积大小，通过海绵凹陷程度观测作用效果。（3）探究影响物体动能大小的因素：探究速度对动能的影响时，控制物体质量不变，改变物体到达水平面时的运动速度，通过水平面上木块被推动的距离观测动能大小；探究质量对动能的影响时，控制物体到达水平面的速度不变，改变物体质量，通过木块被推动的距离观测动能大小。10.【参考答案】在“压强”单元落实“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念，可从四个环节实施：一是新课导入链接生活场景。收集学生熟悉的生活实例，如宽肩带书包、磨得锋利的菜刀、雪地行走的滑雪板、盲道的凸起纹路、高铁站台安全线等，结合场景提出问题，引发学生认知冲突，让学生感知物理知识与生活的紧密联系，避免概念的抽象灌输。二是概念建构结合生活体验。组织学生开展体验活动，如用两指按压铅笔两端感受不同的压力效果、用装不同水量的矿泉水瓶压海绵观察凹陷程度、用两张纸片模拟流体压强与流速的关系，通过亲身体验完成压强、液体压强、流体压强等概念的建构，降低认知难度。三是规律应用解决生活问题。在知识点学习后，引导学生用压强规律解释生活现象，如为什么货车严禁超载、为什么破窗锤的敲击端做成锥形、为什么高压锅能提升烹饪效率，让学生在应用中深化对规律的理解。四是实践拓展对接社会发展。组织学生调研社区中压强知识的应用案例，设计无障碍通道防滑方案；结合我国“奋斗者”号深海潜水器的抗压技术、“福建舰”的排水量设计等科技成就，渗透科技自信教育，引导学生体会物理知识的社会价值。三、案例分析题11.【参考答案】（1）学生产生错误认知的原因主要有三点：第一，生活经验的负迁移。学生将生活中水流推动水轮机后能量衰减的直观经验直接类比到电流上，没有区分水流与电流的本质差异，将电能的消耗错误等同于电流的衰减，形成“电流被用电器消耗”的前概念。第二，思维发展阶段的局限。初中生处于具体运算思维向形式运算思维过渡的阶段，容易直观感知用电器“耗电”的外显现象，无法抽象理解闭合电路中电荷定向移动的连续性，因此容易形成片面认知。第三，教学中类比方法的使用存在缺陷。如果前期教学中用“水流类比电流”时没有说明类比的局限性，会强化学生的错误认知。（2）教学片段设计：首先，教师肯定学生的猜想价值：“你能结合生活中水流的经验提出猜想，说明你非常善于观察和思考，这种猜想是否准确，我们可以通过实验共同检验。”随后组织学生分组开展探究实验：给每组提供2节干电池、2个不同规格的小灯泡、电流表、开关、导线若干，引导学生连接两灯串联的电路，分别将电流表接在电源正极与第一个灯泡之间、两个灯泡之间、第二个灯泡与电源负极之间三个位置，读取并记录三个位置的电流值。实验过程中教师巡视，指导学生规范连接电流表、正确读数。实验结束后，请各组汇报实验数据，学生会发现三个位置的电流值基本相等，与之前的猜想形成认知冲突。此时教师引导学生分析：“为什么大家会觉得电流被消耗了？其实闭合电路中的电荷是连续定向移动的，就像闭合环形水管里的水，水轮机转动消耗的是水流的能量，但水管中各个位置的水流量是相等的；灯泡发光消耗的是电能，而不是电流本身，因此串联电路中各处的电流大小是相等的。”随后请学生换用不同规格的灯泡、改变电源电压重复实验，验证结论的普遍性，最终纠正错误认知，建构串联电路电流规律。12.【参考答案】（1）学生的错误在于解题时没有预先判断物体静止时的浮沉状态，直接默认物体完全浸没在水中，将物体的体积等同于排开水的体积，导致结果错误。实际上物体完全浸没时受到的浮力为6N，大于自身重力5N，因此物体会上浮直至漂浮，静止时浮力与重力平衡，大小为5N。错误产生的原因：一是知识理解存在片面性，学生对阿基米德原理中“V排”的概念理解不到位，混淆了V排与V物的关系，未明确只有物体完全浸没时V排才等于V物，漂浮状态下V排小于V物；二是存在解题思维定势，学生前期练习中多接触完全浸没的浮力场景，形成了“看到物体体积就直接代入阿基米德公式计算”的固化思维，忽略了“先判断浮沉状态再选择计算方法”的解题逻辑。（2）讲评教学思路：第一步，错例展示，引发认知冲突。将学生的典型错解匿名展示，引导全体学生思考“该解题过程的逻辑是否严谨，结果是否正确”，让学生主动发现解题环节的疏漏，激发探究欲望。第二步，实验演示，建构直观认知。现场演示实验：将符合题目参数的实心物体放入盛满水的容器中，学生观察到物体最终漂浮在水面，并未完全浸没，再用弹簧测力计通过配重法测量漂浮时的浮力，验证浮力大小为5N，与错解结果形成直观对比，打破思维定势。第三步，方法梳理，明确解题逻辑。和学生共同总结浮力计算的通用步骤：遇到静止状态的浮力问题，首先通过“比较物体密度与液体密度”或“假设完全浸没比较浮力与重力大小”判断浮沉状态，再选择对应公式计算：漂浮、悬浮时优先用F浮=G物，沉底或明确浸没时用F浮=ρ液gV排，帮助学生形成规范的解题逻辑。第四步，变式训练，巩固思维方法。给出两道变式习题：①重7N、体积600cm³的物体放入水中静止时浮力为多少？（沉底，浮力6N）②重6N、体积600cm³的物体放入水中静止时浮力为多少？（悬浮，浮力6N），让学生通过练习巩固“先判断浮沉再计算”的思路，区分不同场景的解题方法。第五步，生活迁移，深化理解。引导学生解释“煮饺子时刚下锅的饺子沉底，煮熟后浮上水面”的生活现象，将解题方法与生活实际结合，实现知识的迁移应用。四、教学设计题13.【参考答案】（1）核心素养导向教学目标①物理观念：通过实验探究理解阿基米德原理的内容，能准确写出公式F浮=G排=ρ液gV排，能运用原理分析生活中的浮力现象、计算简单浮力问题，形成“浮力大小等于物体排开液体所受重力”的运动与相互作用观念。②科学思维：经历“体验猜想—设计方案—推理论证”的探究过程，能基于体验活动提出浮力与排开液体重力关系的合理猜想，能对实验数据的误差进行分析论证，提升科学推理与论证能力。③科学探究：能小组合作设计探究浮力与排开液体重力关系的实验方案，正确使用弹簧测力计、溢水杯等器材完成实验操作，如实记录实验数据，通过分析数据得出实验结论，提升实验操作与合作交流能力。④科学态度与责任：通过了解阿基米德发现浮力原理的科学史，体会物理规律探究的严谨性；结合我国“福建舰”航母排水量、“奋斗者”号潜水器浮力设计的实例，增强科技自信，形成将物理知识应用于实际的意识。（2）教学重难点教学重点：阿基米德原理的探究过程、原理内容与公式的基本应用。教学难点：正确理解“排开液体体积”的物理含义，实验方案的设计与实验误差的分析。（3）“探究浮力大小与排开液体所受重力的关系”教学活动片段①问题引导，提出猜想教师组织学生开展体验活动：将空易拉罐缓慢按入装满水的溢水杯中，引导学生感受手的受力变化，同时观察溢出水的多少。体验结束后提问：“按易拉罐的过程中，手感受到的浮力大小如何变化？溢出来的水的多少如何变化？”学生结合体验回答：“越往下按，浮力越大，溢出来的水越多。”教师进一步引导：“浮力是力，排开的水受到的重力也是力，大家猜想一下，浮力的大小和排开的水的重力之间可能存在什么数量关系？”学生结合体验提出猜想：“浮力大小可能等于排开的水受到的重力。”教师继续追问：“要验证这个猜想，我们需要测量哪两个物理量？分别用什么方法测量？”引导学生明确：用称重法测量物体受到的浮力（F浮=G-F拉），用溢