高中物理教师资格考试学科知识与教学能力试题及解答参考

高中物理教师资格考试学科知识与教学能力试题及解答参考高中物理教师资格考试《学科知识与教学能力》（高级中学）完整试题及解答参考按照全国统考命题规范设置，全卷满分150分，各题型试题与解答如下：一、单项选择题（本大题共8小题，每小题5分，共40分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）我国探月工程嫦娥五号任务成功带回月球土壤样品，若已知月球绕地球公转的轨道半径近似为r，公转周期为T，引力常量为G，忽略其他天体对月球的引力影响，根据以上条件可以推算出的物理量是（）A.地球的质量B.月球的质量C.地球的平均密度D.月球的平均密度参考答案：A解答参考：月球绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，可得关系式GM地m光滑水平面上固定有间距为L的平行金属导轨，导轨左端连接阻值为R的定值电阻，其余电阻忽略不计，导轨区域存在垂直导轨平面向下、磁感应强度为B的匀强磁场，一根质量为m的导体棒以初速度v0向右运动，最终静止在导轨上，整个过程中导体棒运动的位移大小为（A.mv0RB2L2B.mv参考答案：A解答参考：对导体棒整个运动过程应用动量定理，安培力的冲量等于导体棒动量的变化，可得−BL∫Idt=0−《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》将高中物理课程目标凝练为物理学科核心素养，下列选项中不属于物理学科核心素养维度的是（）A.物理观念B.科学思维C.科学实践D.科学探究参考答案：C解答参考：物理学科核心素养分为四个维度，分别是物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任，科学实践不属于物理学科核心素养的法定维度，因此C符合题意。一定质量的理想气体经历循环过程，p−V图中A→B为绝热膨胀过程，B→C为等温压缩过程，C→A为等压压缩过程，下列说法正确的是（）

A.A→B过程中，气体对外做功，内能减小B.参考答案：A解答参考：理想气体的内能仅与温度有关，绝热膨胀过程中，气体体积增大，对外做功，且Q=0，根据热力学第一定律ΔU=W+Q，可得ΔU<在双缝干涉实验中，用波长为λ1的单色光照射双缝，光屏上O点为中央亮纹，O点上方P点为第三条暗纹；若换用波长为λ2=λ12的单色光照射，不改变其他实验条件，则O点和P点的条纹性质为（C.O点为暗纹，P点为亮纹D.O点为暗纹，P点为暗纹参考答案：B解答参考：O点到双缝的路程差始终为0，无论入射光波长多少，路程差始终为波长的整数倍，因此O点始终是中央亮纹，排除C、D。原来用λ1照射时P为第三条暗纹，暗纹满足路程差Δr=(2n+1)张老师在讲解“曲线运动”新课之前，布置学生提前拍摄生活中常见的曲线运动场景，课上组织学生分享自己拍摄的视频，以此引入新课，该教学做法最突出体现了下列哪一项高中物理课程基本理念（）A.注重课程的基础性B.提升学生的科学探究能力C.突出学生的主体地位D.培养学生的科学态度与责任参考答案：C解答参考：该教学过程中，教师引导学生主动参与课程资源开发，通过学生自主分享引入新课，充分尊重了学生在学习过程中的主体地位，符合新课程以学生为中心的教育理念，因此C正确。该做法没有突出体现课程内容的基础性，也不属于完整的科学探究活动，也没有针对性培养科学态度与责任，因此排除A、B、D。一群氢原子处于n=4的激发态，当它们自发向低能级跃迁时，辐射出多种频率的光子，已知氢原子能级满足En=E1n2,E1=−13.6 eV，下列说法正确的是（）

A.最多能辐射出4种不同频率的光子B.参考答案：B解答参考：一群氢原子从n=4能级跃迁，最多可辐射出C42=6种不同频率的光子，A错误；跃迁过程中能级差越大，辐射光子的能量越大，频率越高，波长越短，从n=在研究平抛运动的规律时，教师引导学生将平抛运动分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动，分别研究两个分运动的规律后，再合成得到平抛运动的整体规律，这种研究物理问题的方法是（）A.控制变量法B.理想化模型法C.等效替代法D.微元法参考答案：C解答参考：控制变量法多用于探究多个变量对某一物理量的影响关系，如探究加速度与力、质量的关系，A不符合题意；理想化模型法是忽略次要因素突出主要因素建立抽象模型的方法，如质点、点电荷，B不符合题意；将复杂的平抛运动等效为两个简单的直线运动，两个分运动的效果与原运动相同，这种方法属于等效替代法，C符合题意；微元法是将研究对象分割为无数微小单元，再对微元进行处理得到整体结论的方法，多用于推导连续变化的物理规律，D不符合题意。二、简答题（本大题共2小题，每小题20分，共40分）简述《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》中“科学探究”核心素养的内涵，并列举一个高中物理教学中培养学生科学探究素养的具体实例。解答参考：（1）“科学探究”核心素养的内涵：科学探究是指基于观察和实验提出物理问题、形成猜想和假设、设计实验与制定方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。科学探究核心素养主要包含四个要素：一是问题与假设，能够从真实情境中提出可探究的物理问题，基于已有经验提出合理的猜想假设；二是设计与探究，能够独立设计实验方案，选择合适的实验器材，规范完成实验操作，获取实验数据；三是分析与论证，能够采用多种方式处理实验数据，基于数据得出合理结论，验证猜想假设；四是交流与评估，能够准确表述探究过程和结果，反思探究过程中存在的问题，提出改进方案。（10分）（2）教学实例：在“探究影响滑动摩擦力大小的因素”教学中，教师首先展示生活场景：推重箱子比推轻箱子费力，穿旧鞋底比新鞋底滑，引导学生提出问题：滑动摩擦力的大小和哪些因素有关？学生基于生活经验提出猜想：滑动摩擦力可能和接触面的粗糙程度有关，可能和接触面之间的压力有关，可能和接触面积大小有关。接下来教师引导学生分组设计实验，学生讨论得出用控制变量法进行实验：探究压力的影响时保持接触面粗糙程度不变，改变木块对木板的压力；探究粗糙程度的影响时保持压力不变，改变接触面材料，用弹簧测力计匀速拉动木块读取拉力大小得到滑动摩擦力。学生分组完成实验，记录数据，绘制表格分析数据，得出结论：滑动摩擦力大小和压力成正比，和接触面粗糙程度有关，和接触面积大小无关。最后组织各小组交流实验结果，反思实验过程中很难保持木块匀速运动导致读数不准的问题，学生提出用固定弹簧测力计拉动木块，拉动木板运动的改进方案，进一步优化实验。整个探究过程完整覆盖科学探究的各个环节，能够有效培养学生的科学探究素养。（10分）不少高中学生学习楞次定律后，反映“来拒去留”口诀很好记，但做题时经常错误判断感应电流方向，请分析学生出现该问题的可能原因，并提出针对性的教学改进建议。解答参考：（1）学生出错的原因：第一，学生未理解楞次定律的本质，仅记住了通俗化的口诀表述，没有掌握“感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量变化”这一核心逻辑，不清楚“拒”“留”对应的物理本质是阻碍磁通量变化，遇到非平动的磁通量变化场景就无法套用口诀，出现判断错误；第二，学生未建立完整的逻辑推导链条，习惯跳过步骤直接套用口诀，没有养成“确定原磁场方向→判断磁通量变化→根据楞次定律确定感应磁场方向→右手螺旋定则判断感应电流方向”的规范推导习惯，遇到复杂场景时容易逻辑混乱；第三，学生的空间想象能力不足，对于三维空间中的磁场变化、导体转动等场景，无法准确还原磁通量变化的过程，口诀仅适用于磁铁靠近或远离回路的简单场景，复杂场景下无法对应；第四，教师教学过程中过早给出口诀，没有引导学生充分理解楞次定律的本质，导致学生舍本逐末，依赖口诀而忽略了本质规律的理解。（10分）（2）教学改进建议：第一，调整教学顺序，在学生充分理解楞次定律的本质、掌握规范推导步骤后，再总结“来拒去留”的通俗表述，明确指出口诀仅为简化记忆，适用范围是磁体相对回路平动的场景，复杂场景必须用本质规律推导，避免学生盲目套用口诀；第二，强化推导规范训练，要求学生做题时必须按步骤书写推导过程，禁止直接套用口诀跳步，对跳步出错的学生针对性纠正，帮助学生养成规范的解题习惯；第三，设计分层进阶练习，从简单的磁体平动场景入手，逐步过渡到磁场变化、导体转动、非矩形回路等复杂场景，让学生在练习中体会口诀的适用条件，掌握本质规律的应用方法；第四，利用信息技术辅助教学，通过动画模拟、实物演示等方式，展示不同场景下磁通量的变化过程，帮助学生建立空间观念，理解楞次定律的应用逻辑；第五，创设错误情境，让学生对比套用口诀出错和用本质规律推导正确的结果，引导学生自己发现口诀的局限性，加深对楞次定律本质的理解。（10分）三、案例分析题（本大题共2小题，每小题25分，共50分）某教师讲解完牛顿第三定律后，在课堂上出示了一道练习题：水平冰面上一个大人和一个小孩拔河，两人脚下冰面都可近似认为光滑，最终大人把小孩拉了过来，下列关于两人之间拉力的说法正确的是（）A.大人拉小孩的力大于小孩拉大人的力B.大人拉小孩的力小于小孩拉大人的力C.大人拉小孩的力等于小孩拉大人的力D.无法判断拉力大小关系教师统计学生答题结果后发现，约45%的学生错选A选项，不到一半学生选对C选项。该教师看到结果后说：“我们刚讲完牛顿第三定律，作用力和反作用力大小一定相等，怎么这么多同学错，记住正确答案是C，我们看下一题。”

请回答：（1）分析学生错选A选项的原因；（10分）（2）对该教师的教学处理进行评价，并说明如果你是该教师你会如何处理该问题。（15分）解答参考：（1）学生错选A的原因：第一，受到生活经验的负迁移影响，学生看到拔河的结果是大人把小孩拉过来，就想当然认为赢的一方拉力更大，混淆了相互作用力和合力的概念，没有认识到相互作用力大小相等和运动结果无关，小孩被拉动是因为小孩受到的合力指向大人，不是因为拉力更小；第二，学生对牛顿第三定律的本质理解不到位，没有真正掌握“作用力与反作用力大小相等、方向相反，作用在两个不同物体上”这一规律，错误认为力的大小和物体的运动状态、质量大小有关；第三，学生没有养成规范受力分析的习惯，没有对大人和小孩分别进行受力分析，错误将运动结果归因于相互作用力大小不同，实际上两人质量不同，在冰面摩擦力都很小的情况下，拉力大小相等，小孩质量小，根据牛顿第二定律，小孩加速度更大，因此向大人方向运动，最终大人获胜，学生没有理清这一逻辑，因此错选A。（10分）（2）对该教师教学处理的评价：该教师的处理方式存在明显不足，不符合新课程的教学理念，首先，该教师忽略了课堂生成性教学资源，错过了纠正学生错误前概念的最佳机会，直接给出答案没有解决学生的认知冲突，学生的错误认知仍然存在，后续遇到同类问题依然会出错；其次，该教师以教师为中心，没有关注学生的错误思维过程，没有引导学生自己发现错误、纠正错误，不利于学生物理核心素养的发展；最后，该教师的处理方式会打击错选学生的学习积极性，不利于营造民主开放的课堂氛围。（5分）如果我是该教师，我会按照以下方式处理：第一，肯定学生的想法，引发认知冲突：“很多同学选A，其实非常合理，因为我们看到确实是大人赢了，那为什么会赢？是不是真的因为大人拉小孩的力更大呢？我们今天一起来把这个问题说清楚。”；第二，组织学生分组讨论，让错选A的学生主动表达自己的思考过程，暴露错误思维，再让选对的学生分享自己的思路，引发学生思维碰撞；第三，引导学生对大人和小孩分别做受力分析：两人在光滑冰面上，水平方向只受到对方的拉力，两个拉力是作用力与反作用力，大小相等，方向相反，然后根据牛顿第二定律，加速度a=某教师批改学生作业，发现一道计算题很多学生解答错误，题目如下：质量m=1 kg的物块静止在水平地面上，物块与地面间的动摩擦因数μ=0.2，现用一个与水平方向成37∘角斜向下的推力F=10 N推物块，物块沿地面运动位移x请回答：（1）计算该题的正确结果，指出学生的错误并分析错误原因；（10分）（2）结合学生的错误设计一个教学片段，帮助学生解决该问题。（15分）解答参考：（1）正确结果：对物块进行受力分析，竖直方向受力平衡，物块对地面的压力N=mg+Fsin37∘=1×错误原因：第一，思维定势的影响，学生之前接触的水平受力问题大多没有斜向力，已经形成了“水平面上压力等于重力”的错误定势，遇到有斜向力的场景不会调整受力分析；第二，受力分析步骤不规范，没有养成按顺序分析受力、利用平衡条件计算弹力的习惯，跳过受力分析直接套用经验公式，导致错误；第三，对滑动摩擦力的本质理解不到位，不知道滑动摩擦力大小取决于正压力，正压力不一定等于重力，需要根据受力平衡计算，因此出错。（5分）（2）教学片段设计：师：我们先来看这道题的典型解法，很多同学都是这么做的，有没有同学发现哪里不对呀？我们先回忆一下，受力分析第一步要做什么？生：按顺序分析物体受到的所有力。师：很好，那这个物块受到几个力？谁来说一说？生：重力、推力F、地面的支持力、滑动摩擦力，一共四个力。师：非常好，那竖直方向上物块有没有加速度？生：物块只在水平方向运动，竖直方向加速度为零，所以竖直方向合力为零。师：那我们来列竖直方向的平衡方程，竖直方向有哪些力？生：重力向下，F的竖直分量向下，支持力向上，所以平衡方程是N=mg生：哦！原来我错了，N不等于mg，因为F还有向下的分量！师：对呀，那为什么之前我们做的很多题里N等于mg呀？生：之前的力都是水平的，没有竖直分量。师：非常好，那我们现在重新来算，N是多少？（学生计算得出N=16N，f=3.2N，合功24J）师：那如果我们把斜向下的推力改成斜向上的拉力，那N等于多少？生：斜向上的话F的分量向上，所以N=mg生：只有当没有其他竖直方向的力，或者所有其他力的竖直分量之和为零的时候，N才等于mg。师：对，那做这类题的步骤是什么？生：先做受力分析，再列竖直方向平衡方程求N，再算f，再算各个力的功，最后算合功。设计意图：通过问题链引导学生自己发现错误，纠正思维定势，掌握规范的受力分析步骤，从本质上理解正压力和重力的关系，避免后续出现同类错误。（15分）四、教学设计题（本大题共1小题，共20分）请围绕高中物理必修第一册“牛顿第一定律”内容，完成下列教学设计任务：（1）写出本节课的核心素养教学目标；（10分）（2）写出本节课的教学重难点；（5分）（3）设计“探究阻力对物体运动的影响”这一环节的教学过程，并说明设计意图。（5分）