内容正文:
专题15 流水行船与扶梯问题
知识梳理
1. 流水行船问题
在行程问题中,如果参考系(如水面)本身在运动,那么物体的实际速度会受到参考系速度的影响。
(1)核心公式:
① 顺水速度 = 船速(静水速度) + 水速
② 逆水速度 = 船速(静水速度) - 水速
(2)推导公式(和差问题):
① 船速 = (顺水速度 + 逆水速度) ÷ 2
② 水速 = (顺水速度 - 逆水速度) ÷ 2
(3)重要性质:
① 相遇问题:两船在河流中相向而行(一顺水、一逆水),它们的速度和等于两船在静水中速度之和,与水速无关。
公式:
② 追及问题:两船同向而行,速度差只与两船在静水中的速度差有关。
③ 漂浮物:漂浮物的速度等于水速。
2. 自动扶梯问题
扶梯问题与流水行船在数学模型上完全一致,但物理情境不同。人走的路程取决于扶梯的级数。
(1)核心类比:
① 顺水行船 顺行扶梯(人顺着扶梯走)
② 逆水行船 逆行扶梯(人逆着扶梯走)
(2)变量定义:
① 设 为人在静止扶梯上走的速度(级/秒)。
② 设 为扶梯运行的速度(级/秒)。
(3)公式:
① 顺行扶梯(同向):
② 逆行扶梯(反向):
③ 扶梯可见级数:无论人走不走,扶梯露在外面的级数 是固定的。
顺行时: (扶梯自己跑的级数)+ 人走的级数。
通常用方程组求解:
3. 两类问题对比
项目
流水行船
自动扶梯
核心变量
船速、水速、路程
人速、梯速、可见级数
同向公式
顺水速 = 船速 + 水速
级数 = (人速 + 梯速) 时间
反向公式
逆水速 = 船速 - 水速
级数 = (人速 - 梯速) 时间
关键区别
路程是连续的距离
结果通常是整数“级数”
例题讲解
【典型例题1】流水行船基础
一只船顺水行320千米需要8小时,水流速度是每小时15千米。求这只船逆水行这段路程需要几小时?
【分析】
1. 求顺水速度:路程 时间 = (千米/时)。
2. 求船速:顺水速度 - 水速 = (千米/时)。
3. 求逆水速度:船速 - 水速 = (千米/时)。
4. 求逆水时间:路程 逆水速度。
【详解】
【答案】
需要 32 小时。
【跟踪训练1】
一艘轮船从甲港开往乙港,顺水而行每小时行28千米,返回甲港时逆水航行,用了6小时。已知水速是每小时4千米,求甲乙两港的距离。
【分析】
1. 已知顺水速度和水速,可求船速。
2. 利用船速和水速求逆水速度。
3. 利用逆水速度 逆水时间 = 距离。
【详解】
【答案】
甲乙两港相距 120 千米。
【典型例题2】扶梯问题(求可见级数)
自动扶梯以均匀速度由下往上行驶,男孩每分钟走80级,用2分钟到达楼上;女孩每分钟走60级,用3分钟到达楼上。求扶梯的可见级数。
【分析】
这是一个典型的扶梯相遇问题(人梯同向)。扶梯的总级数等于人走的级数加上扶梯在这段时间内移动的级数。
设扶梯速度为 级/分。
男孩:总级数
女孩:总级数
因为总级数 不变,列方程求解 ,再求 。
【详解】
代入男孩公式: (级)
【答案】
扶梯的可见级数是 200 级。
【跟踪训练2】
两个孩子逆着自动扶梯的方向行走。男孩20秒走29级,女孩20秒走21级。男孩用了5分钟到达另一端,女孩用了6分钟到达另一端。问该自动扶梯共有多少级?
【分析】
1. 先算出人速(级/秒):男孩 ,女孩 。
2. 时间单位换算:5分=300秒,6分=360秒。
3. 逆着走:总级数 (人速 - 梯速) 时间。
4. 列方程:
【详解】
设梯速为 级/秒。
代入: (级)
【答案】
自动扶梯共有 150 级。
【典型例题3】流水行船相遇与追及
甲、乙两船在静水中的速度分别是24千米/时和32千米/时。两船从相距336千米的A、B两港同时出发相向而行,水流速度是4千米/时。问几小时后两船相遇?
【分析】
两船相向而行,一船顺水,一船逆水。根据流水行船相遇问题的性质,它们的速度和等于两船在静水中的速度之和,与水速无关。
直接用总路程 (船速甲 + 船速乙) 即可。
【详解】
【答案】
6 小时后两船相遇。
【跟踪训练3】
商场的自动扶梯匀速由下往上行驶,两个孩子嫌扶梯走得太慢,于是在行驶的扶梯上,男孩每秒向上走2梯级,女孩每秒向上走3梯级。结果男孩用100秒到达楼上,女孩用80秒到达楼上。该扶梯共有多少级?
【分析】
同向而行,总级数 = (人速 + 梯速) 时间。
设梯速为 级/秒。
男孩方程:
女孩方程:
联立求解。
【详解】
代入: (级)
【答案】
该扶梯共有 400 级。
提升练习
1. 一只船在静水中的速度是每小时 18 千米,水流速度是每小时 2 千米。这只船顺水航行 4 小时,能走多远?
【详解】
1. 顺水速度 = 船速 + 水速 = 18 + 2 = 20 (千米/时)。
2. 路程 = 顺水速度 × 时间 = 20 × 4 = 80 (千米)。
【答案】
能走 80 千米。
2. 一艘轮船从 A 港顺水开往 B 港,每小时行 30 千米,6 小时到达。已知水速是每小时 5 千米,求这艘船从 B 港逆水返回 A 港需要几小时?
【详解】
1. 求路程:30 × 6 = 180 (千米)。
2. 求船速:顺水速度 - 水速 = 30 - 5 = 25 (千米/时)。
3. 求逆水速度:船速 - 水速 = 25 - 5 = 20 (千米/时)。
4. 求逆水时间:路程 ÷ 逆水速度 = 180 ÷ 20 = 9 (小时)。
【答案】
需要 9 小时。
3. 一艘船逆水航行 120 千米用了 10 小时,水流速度是每小时 3 千米。求这只船在静水中的速度是多少?
【详解】
1. 求逆水速度:路程 ÷ 时间 = 120 ÷ 10 = 12 (千米/时)。
2. 求船速:逆水速度 + 水速 = 12 + 3 = 15 (千米/时)。
【答案】
船在静水中的速度是 15 千米/时。
4. 甲、乙两港相距 240 千米。一艘轮船从甲港开往乙港顺水而行用了 8 小时,已知船在静水中的速度是 25 千米/时。这艘轮船从乙港返回甲港逆水航行需要几小时?
【详解】
1. 求顺水速度:240 ÷ 8 = 30 (千米/时)。
2. 求水速:顺水速度 - 船速 = 30 - 25 = 5 (千米/时)。
3. 求逆水速度:船速 - 水速 = 25 - 5 = 20 (千米/时)。
4. 求逆水时间:240 ÷ 20 = 12 (小时)。
【答案】
需要 12 小时。
5. 甲船在静水中的速度是每小时 20 千米,乙船是每小时 30 千米。两船同时从相距 250 千米的两个码头相向而行(一顺水一逆水),水流速度是每小时 5 千米。问几小时后两船相遇?
【详解】
1. 根据流水行船相遇性质,速度和 = 甲船速 + 乙船速(水速抵消)。
2. 速度和 = 20 + 30 = 50 (千米/时)。
3. 相遇时间 = 总路程 ÷ 速度和 = 250 ÷ 50 = 5 (小时)。
【答案】
5 小时后两船相遇。
6. 甲、乙两船在静水中的速度分别为 22 千米/时和 18 千米/时。两船从同一港口同时出发,同向而行(均为顺水),水流速度是 4 千米/时。几小时后两船相距 40 千米?
【详解】
1. 根据流水行船追及性质,速度差 = 甲船速 - 乙船速(水速抵消)。
2. 速度差 = 22 - 18 = 4 (千米/时)。
3. 追及时间 = 路程差 ÷ 速度差 = 40 ÷ 4 = 10 (小时)。
【答案】
10 小时后两船相距 40 千米。
7. 自动扶梯以均匀速度由下往上行驶。男孩每分钟走 100 级,用 1.5 分钟到达楼上;女孩每分钟走 80 级,用 2 分钟到达楼上。求扶梯的可见级数。
【详解】
1. 设扶梯速度为 级/分。
2. 男孩路程方程:
3. 女孩路程方程:
4. 列方程:
5. 解方程:
6. 代入求 : (级)
【答案】
扶梯的可见级数是 180 级。
8. 两个孩子顺着自动扶梯的方向行走。男孩每秒走 3 级,用 50 秒到达楼上;女孩每秒走 2 级,用 60 秒到达楼上。求该自动扶梯共有多少级?
【详解】
1. 设梯速为 级/秒。
2. 男孩方程:
3. 女孩方程:
4. 列方程:
5. 解方程:
6. 代入求 : (级)
【答案】
该自动扶梯共有 300 级。
9. 两个孩子逆着自动扶梯的方向行走。男孩每秒走 2 级,用 100 秒到达楼下;女孩每秒走 1.5 级,用 120 秒到达楼下。求自动扶梯的可见级数。
【详解】
1. 逆向行走,总级数 = (人速 - 梯速) × 时间。
2. 设梯速为 级/秒。
3. 男孩方程:
4. 女孩方程:
5. 列方程:
6. 解方程:
7. 代入求 : (级)
【答案】
自动扶梯的可见级数是 100 级。
10. 商场的自动扶梯匀速由下往上行驶,男孩每秒向上走 1 级,用 150 秒到达楼上;女孩每秒向上走 2 级,用 100 秒到达楼上。求扶梯共有多少级?
【详解】
1. 设梯速为 级/秒。
2. 男孩:
3. 女孩:
4. 列方程:
5. 解方程:
6. 代入求 : (级)
【答案】
扶梯共有 300 级。
11. 两个孩子逆着自动扶梯的方向行走。男孩 10 秒走 15 级,女孩 10 秒走 10 级。男孩用了 4 分钟到达另一端,女孩用了 6 分钟到达另一端。问该自动扶梯共有多少级?
【详解】
1. 先算人速:男孩 级/秒;女孩 级/秒。
2. 时间换算:男孩 秒;女孩 秒。
3. 设梯速为 级/秒。
4. 男孩方程:
5. 女孩方程:
6. 列方程:
7. 解方程: (说明扶梯没动,即静止扶梯)
8. 代入求 : (级)
【答案】
该自动扶梯共有 360 级。
12. 一个男孩和一个女孩同时在自动扶梯上行走。男孩每秒走 2 级,用 100 秒到达楼上;女孩每秒走 3 级,用 80 秒到达楼上。求扶梯的可见级数。
【详解】
1. 设梯速为 级/秒。
2. 男孩方程:
3. 女孩方程:
4. 列方程:
5. 解方程:
6. 代入求 : (级)
【答案】
扶梯的可见级数是 400 级。
13. 一艘轮船往返于相距 240 千米的 A、B 两港之间。去时(顺水)每小时行 30 千米,返回时(逆水)每小时行 20 千米。求这艘轮船往返的平均速度。
【详解】
1. 去时时间: (小时)。
2. 返回时间: (小时)。
3. 总路程: (千米)。
4. 总时间: (小时)。
5. 平均速度 = 总路程 ÷ 总时间 = (千米/时)。
【答案】
往返的平均速度是 24 千米/时。
14. 自动扶梯由下往上行驶。男孩每秒走 1 级,女孩每秒走 2 级。男孩用了 120 秒到达楼上,女孩用了 90 秒到达楼上。求扶梯的可见级数和扶梯的速度。
【详解】
1. 设梯速为 级/秒。
2. 男孩方程:
3. 女孩方程:
4. 列方程:
5. 解方程:
6. 代入求 : (级)
【答案】
扶梯的可见级数是 360 级,扶梯速度是 2 级/秒。
15. 甲、乙两船在静水中的速度分别为 30 千米/时和 20 千米/时。两船从相距 300 千米的两港同时出发相向而行(一顺水一逆水)。已知水速是 5 千米/时。问几小时后两船相遇?
【详解】
1. 根据相遇性质,速度和 = 甲船速 + 乙船速 = 30 + 20 = 50 (千米/时)。
2. 相遇时间 = 总路程 ÷ 速度和 = 300 ÷ 50 = 6 (小时)。
【答案】
6 小时后两船相遇。
16. 两个孩子逆着自动扶梯的方向行走。男孩每分钟走 60 级,女孩每分钟走 40 级。男孩用了 2 分钟到达楼下,女孩用了 3 分钟到达楼下。求自动扶梯的可见级数。
【详解】
1. 设梯速为 级/分。
2. 男孩方程:
3. 女孩方程:
4. 列方程:
5. 解方程: (扶梯静止)
6. 代入求 : (级)
【答案】
自动扶梯的可见级数是 120 级。
17. 一艘轮船从甲港开往乙港顺水航行,每小时行 28 千米,水速是每小时 4 千米。这艘船从乙港返回甲港时逆水航行,每小时行 20 千米。求甲乙两港的距离(已知去时比回时少用 2 小时)。
【详解】
1. 设去时(顺水)时间为 小时,则回时(逆水)时间为 小时。
2. 路程相等:
3. 解方程:
4. 求距离: (千米)。
【答案】
甲乙两港的距离是 140 千米。
18. 自动扶梯以均匀速度由下往上行驶。男孩每秒走 4 级,用 50 秒到达楼上;女孩每秒走 3 级,用 60 秒到达楼上。求扶梯的可见级数和扶梯的速度。
【详解】
1. 设梯速为 级/秒。
2. 男孩方程:
3. 女孩方程:
4. 列方程:
5. 解方程:
6. 代入求 : (级)
【答案】
扶梯的可见级数是 300 级,扶梯速度是 2 级/秒。
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专题15 流水行船与扶梯问题
知识梳理
1. 流水行船问题
在行程问题中,如果参考系(如水面)本身在运动,那么物体的实际速度会受到参考系速度的影响。
(1)核心公式:
① 顺水速度 = 船速(静水速度) + 水速
② 逆水速度 = 船速(静水速度) - 水速
(2)推导公式(和差问题):
① 船速 = (顺水速度 + 逆水速度) ÷ 2
② 水速 = (顺水速度 - 逆水速度) ÷ 2
(3)重要性质:
① 相遇问题:两船在河流中相向而行(一顺水、一逆水),它们的速度和等于两船在静水中速度之和,与水速无关。
公式:
② 追及问题:两船同向而行,速度差只与两船在静水中的速度差有关。
③ 漂浮物:漂浮物的速度等于水速。
2. 自动扶梯问题
扶梯问题与流水行船在数学模型上完全一致,但物理情境不同。人走的路程取决于扶梯的级数。
(1)核心类比:
① 顺水行船 顺行扶梯(人顺着扶梯走)
② 逆水行船 逆行扶梯(人逆着扶梯走)
(2)变量定义:
① 设 为人在静止扶梯上走的速度(级/秒)。
② 设 为扶梯运行的速度(级/秒)。
(3)公式:
① 顺行扶梯(同向):
② 逆行扶梯(反向):
③ 扶梯可见级数:无论人走不走,扶梯露在外面的级数 是固定的。
顺行时: (扶梯自己跑的级数)+ 人走的级数。
通常用方程组求解:
3. 两类问题对比
项目
流水行船
自动扶梯
核心变量
船速、水速、路程
人速、梯速、可见级数
同向公式
顺水速 = 船速 + 水速
级数 = (人速 + 梯速) 时间
反向公式
逆水速 = 船速 - 水速
级数 = (人速 - 梯速) 时间
关键区别
路程是连续的距离
结果通常是整数“级数”
例题讲解
【典型例题1】流水行船基础
一只船顺水行320千米需要8小时,水流速度是每小时15千米。求这只船逆水行这段路程需要几小时?
【跟踪训练1】
一艘轮船从甲港开往乙港,顺水而行每小时行28千米,返回甲港时逆水航行,用了6小时。已知水速是每小时4千米,求甲乙两港的距离。
【典型例题2】扶梯问题(求可见级数)
自动扶梯以均匀速度由下往上行驶,男孩每分钟走80级,用2分钟到达楼上;女孩每分钟走60级,用3分钟到达楼上。求扶梯的可见级数。
【跟踪训练2】
两个孩子逆着自动扶梯的方向行走。男孩20秒走29级,女孩20秒走21级。男孩用了5分钟到达另一端,女孩用了6分钟到达另一端。问该自动扶梯共有多少级?
【典型例题3】流水行船相遇与追及
甲、乙两船在静水中的速度分别是24千米/时和32千米/时。两船从相距336千米的A、B两港同时出发相向而行,水流速度是4千米/时。问几小时后两船相遇?
【跟踪训练3】
商场的自动扶梯匀速由下往上行驶,两个孩子嫌扶梯走得太慢,于是在行驶的扶梯上,男孩每秒向上走2梯级,女孩每秒向上走3梯级。结果男孩用100秒到达楼上,女孩用80秒到达楼上。该扶梯共有多少级?
提升练习
1. 一只船在静水中的速度是每小时 18 千米,水流速度是每小时 2 千米。这只船顺水航行 4 小时,能走多远?
2. 一艘轮船从 A 港顺水开往 B 港,每小时行 30 千米,6 小时到达。已知水速是每小时 5 千米,求这艘船从 B 港逆水返回 A 港需要几小时?
3. 一艘船逆水航行 120 千米用了 10 小时,水流速度是每小时 3 千米。求这只船在静水中的速度是多少?
4. 甲、乙两港相距 240 千米。一艘轮船从甲港开往乙港顺水而行用了 8 小时,已知船在静水中的速度是 25 千米/时。这艘轮船从乙港返回甲港逆水航行需要几小时?
5. 甲船在静水中的速度是每小时 20 千米,乙船是每小时 30 千米。两船同时从相距 250 千米的两个码头相向而行(一顺水一逆水),水流速度是每小时 5 千米。问几小时后两船相遇?
6. 甲、乙两船在静水中的速度分别为 22 千米/时和 18 千米/时。两船从同一港口同时出发,同向而行(均为顺水),水流速度是 4 千米/时。几小时后两船相距 40 千米?
7. 自动扶梯以均匀速度由下往上行驶。男孩每分钟走 100 级,用 1.5 分钟到达楼上;女孩每分钟走 80 级,用 2 分钟到达楼上。求扶梯的可见级数。
8. 两个孩子顺着自动扶梯的方向行走。男孩每秒走 3 级,用 50 秒到达楼上;女孩每秒走 2 级,用 60 秒到达楼上。求该自动扶梯共有多少级?
9. 两个孩子逆着自动扶梯的方向行走。男孩每秒走 2 级,用 100 秒到达楼下;女孩每秒走 1.5 级,用 120 秒到达楼下。求自动扶梯的可见级数。
10. 商场的自动扶梯匀速由下往上行驶,男孩每秒向上走 1 级,用 150 秒到达楼上;女孩每秒向上走 2 级,用 100 秒到达楼上。求扶梯共有多少级?
11. 两个孩子逆着自动扶梯的方向行走。男孩 10 秒走 15 级,女孩 10 秒走 10 级。男孩用了 4 分钟到达另一端,女孩用了 6 分钟到达另一端。问该自动扶梯共有多少级?
12. 一个男孩和一个女孩同时在自动扶梯上行走。男孩每秒走 2 级,用 100 秒到达楼上;女孩每秒走 3 级,用 80 秒到达楼上。求扶梯的可见级数。
13. 一艘轮船往返于相距 240 千米的 A、B 两港之间。去时(顺水)每小时行 30 千米,返回时(逆水)每小时行 20 千米。求这艘轮船往返的平均速度。
14. 自动扶梯由下往上行驶。男孩每秒走 1 级,女孩每秒走 2 级。男孩用了 120 秒到达楼上,女孩用了 90 秒到达楼上。求扶梯的可见级数和扶梯的速度。
15. 甲、乙两船在静水中的速度分别为 30 千米/时和 20 千米/时。两船从相距 300 千米的两港同时出发相向而行(一顺水一逆水)。已知水速是 5 千米/时。问几小时后两船相遇?
16. 两个孩子逆着自动扶梯的方向行走。男孩每分钟走 60 级,女孩每分钟走 40 级。男孩用了 2 分钟到达楼下,女孩用了 3 分钟到达楼下。求自动扶梯的可见级数。
17. 一艘轮船从甲港开往乙港顺水航行,每小时行 28 千米,水速是每小时 4 千米。这艘船从乙港返回甲港时逆水航行,每小时行 20 千米。求甲乙两港的距离(已知去时比回时少用 2 小时)。
18. 自动扶梯以均匀速度由下往上行驶。男孩每秒走 4 级,用 50 秒到达楼上;女孩每秒走 3 级,用 60 秒到达楼上。求扶梯的可见级数和扶梯的速度。
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