基于流程图解构的初中物理能量问题的教学思考

一、问题聚焦

1、题目特点分析

本地区在 2020 年—2024 年连续五年考查了关于汽车能量转化的相关计算，能量题处于倒数第二题，题目一般较长，数据繁多，综合性强，各种能量之间的关系错综复杂，从难度系数上来说，它属于7：2：1 中的“2”，是中上难度的题型，因此非常考验学生读题、析题、解题的能力，是凸显试卷区分度的很好的抓手。

2、学生思维诊断

表层问题：学生遇到能量题一般会直接套入公式，而公式套用错误（如混淆 1=W， # /Q 放与η=P Γ₄₄/P_43∧））会导致全盘皆输。

深层症结：表面上看来是学生套用公式错误，其实根本上看还是学生存在能量流动路径认知的碎片化、物理情境与数学模型脱节以及多系统耦合问题处理失当等问题。这就急需教师在平时的教学过程中善于总结汽车能量题的转化流程图，从简单的模块分析入手，逐渐发展成能够解决复杂问题的流程图。

下面笔者就以 4 个汽车能量转化的小模块为例，谈一谈这类题型的流程图解题方法。

二、例题分析

【例 1】一辆燃油汽车在某段平直公路上进行测试，汽车以 18m/s 的速度匀速行驶了5min，消耗燃油 0.3kg ，汽车发动机的牵引力是1000N。燃油的热值为 4.5×10⁷J/kg 。求：发动机的能量转化效率η。

【例 2】一辆新能源汽车使用氢电池供电，每消耗 1kg 氢气产生的电能为 9×10⁷J 小明驾驶该汽车沿着公路以 54km/h 的速度匀速行驶 1h 的过程中消耗了 2kg 的氢气，此过程中产生电能的 40% 给蓄电池充电，充电效率为 50% 。求：充入蓄电池中的电能 W；

【例 3】一辆新能源汽车使用氢电池供电，每消耗 1kg 氢气产生的电能为 9×10⁷J 小明驾驶该汽车沿着公路以 54km/h 的速度匀速行驶 1h 的过程中消耗了 2kg 的氢气，此过程中产生电能的 60% 全部用来驱动汽车行驶，产生电能的 40% 给蓄电池充电，充电效率为 50% ，设公交行驶中所受阻力恒定。求：（1）汽车所受的阻力；（2）若将上述过程中充入蓄电池的电能全部用来驱动该车行驶，求以 54km/h 的速度匀速行驶的路程。

【例 4】混合动力汽车具有节能、低排放等优点，成为汽车研究与开发领域的重点，某新型混合动力汽车启动时，内燃机不工作，蓄电池向车轮输送能量，当需要高速行驶或蓄电池电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输送能量，又可以给蓄电池充电，车速与所受阻力的关系如图所示。在某次测试中，刚开始蓄电池存满电能 7.6×10⁸J ，汽车启动加速到 50km/h 的过程中，蓄电池消耗了 20% 电能输送给车轮；当汽车速度达到50km/h 时，由内燃机提供能量，接下来汽车匀速行驶过程中共消耗燃料 14kg ，此时蓄电池被充满电能。已知内燃机效率为 40% 。（忽略蓄电池和电动机的热损失，q 燃料=4.5×10⁷J/kg））求：内燃机给车轮供能的效率。