小学数学扶梯问题(顺逆行)深度解析:为什么速度要相加或相减?:典型例题精讲
适用年级
五年级
难度等级
⭐⭐⭐
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最近更新
2025-12-20
小学数学扶梯问题(顺逆)深度解题指南:为什么顺行要加,逆行要减?
💡 阿星解密:为什么公式长这样?
想象一下,你站在一个大型机场的平行电梯(传送带)上。这个传送带本身就在动。现在,我们要搞清楚你相对于地面到底跑得多快。
这里有两个速度在“合作”或“打架”:
1. 你的走路速度:假设你精力充沛,每秒能走2级台阶。
2. 传送带的速度:假设传送带很给力,每秒能送你前进1级台阶。
核心物理场景慢放:
- 当你和传送带往同一个方向走(顺行):你不仅自己在努力迈腿前进,传送带这个“隐形的好朋友”还在后面推着你走!所以,你相对于静止的地面来说,速度飞快。
> 公式灵魂:顺行总速度 = 你的速度 + 传送带的速度
> 那个“+”号,代表的就是传送带这个“隐形帮手”给你的额外加成!
- 当你转身和传送带反着走(逆行):你拼命向前走,但传送带这个“调皮鬼”却非要把你往后拽。你每向前走一步,它都试图把你拉回去一点。所以,你相对于静止的地面来说,前进得很艰难。
> 公式灵魂:逆行总速度 = 你的速度 - 传送带的速度
> 那个“-”号,代表的就是传送带这个“隐形阻力”对你造成的拖累!
所以,根本不用死记“相加相减”,你只需要问自己:传送带是在帮我,还是在碍我的事? 帮我就加,碍我就减。那个容易被孩子忽略的“隐形数字”,就是扶梯(传送带)它自己的速度! 做题时,一定要把它从题目中“揪”出来。
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🔥 三级跳挑战:从陷阱到精通
【母题演示】
一个自动扶梯,如果它不运行,小明从下走到上需要30秒。如果扶梯正常运行,小明顺着扶梯向上走,只需要12秒。请问:如果扶梯正常运行,小明逆着扶梯向上走(即向下走),需要多少秒?
阿星的显微镜:
我们先不列方程,用“赋予具体长度”的降维打击法。设扶梯的全长为60级台阶(选30和12的公倍数60,为了方便计算)。
- 扶梯静止时:小明60级要走30秒,所以小明的纯走路速度 = 60 ÷ 30 = 2级/秒。
- 扶梯运行,小明顺行:12秒走完了60级。这12秒里,小明自己走了 2级/秒 × 12秒 = 24级。那剩下的60 - 24 = 36级是谁走的?就是扶梯这个“隐形帮手”推着他走的!所以,扶梯的速度 = 36级 ÷ 12秒 = 3级/秒。
看,我们通过具体数字,亲眼看到了“小明速度”和“扶梯速度”这两个核心角色。
现在模拟逆行场景:
扶梯以3级/秒向上运行,小明却要向下走(逆行)。他每向下走1秒,自己向下挪2级,但扶梯会把他向上推3级。两者效果相反,所以:
他相对于地面的实际下行速度 = 自己的速度(2) - 扶梯的速度(3) = -1级/秒。
这个负号表示他实际上在向上走!也就是说,他根本下不去,反而会被扶梯带上去。所以,题目问“逆着扶梯向上走(即向下走)需要多久?”答案是:永远也走不到,因为他在向上移动。
标准算式(代数法):
设扶梯全长S,小明速度V人,扶梯速度V梯。
由“静止时走上用30秒”:S / V人 = 30 ①
由“顺行用12秒”:S / (V人 + V梯) = 12 ②
由①得 V人 = S/30,代入②:S / (S/30 + V梯) = 12 → S = 12*(S/30 + V梯) → 两边除以S:1 = 12/30 + 12V梯/S → 12V梯/S = 1 - 0.4 = 0.6 → V梯 = 0.05S。
逆行时间 = S / (V人 - V梯) = S / (S/30 - 0.05S) = S / (S/30 - S/20) = S / (-S/60) = -60秒。
时间出现负数,物理意义就是“不可能完成”。
【易错陷阱】
(接上题条件)如果扶梯正常运行,小明从扶梯顶端逆着扶梯向下走(即正常下楼方向),到达底部需要多少秒?
阿星的避雷针:
大多数人会怎么错:很多学生会直接套用“逆行时间 = 路程 ÷ (人速 - 梯速)”,算出 60 ÷ (2 - 3) = -60秒,然后可能就把负号去掉,回答60秒。
为什么错:他们忽略了公式 (V人 - V梯) 的物理意义。当 V梯 > V人 时,结果是个负数,这不是计算错误,而是数学在告诉你一个重要的物理事实:你的速度比扶梯慢,你根本战胜不了它,所以“逆行”这个动作无法让你向目标方向前进。就像你在一个上升速度太快的电梯上往下跑,你永远跑不到一楼。
正确思路:先比较 V人 和 V梯。本题中 V人=2, V梯=3,V人 < V梯。因此,当小明试图向下逆行时,他的实际速度方向是向上的。所以,他无法从顶端到达底部。本题的正确答案应该是“不可能”或“需要无穷大的时间”。这才是理解了公式本质。
【高手进阶】
在火车站的自动扶梯上,小华发现,如果他顺着扶梯方向走,从下到上用时24秒;如果他逆着扶梯方向走,从上到下用时72秒。已知小华在静止扶梯上走下去需要36秒。请问:这个自动扶梯不动时,小华从下走到上需要多少秒?
思维迁移:
虽然题目变得更绕了(问了两次静止时间),但核心模型没变:速度的合成与分解。我们依然要找出三个关键速度:V人(上)、V人(下)、V梯。
- 设扶梯全长S。题目给了三个条件:
S / (V人上 + V梯) = 24 ... (1) 【顺行上】
S / (V人下 - V梯) = 72 ... (2) 【逆行下】(注意方向,此时人速和梯速反向)
S / V人下 = 36 ... (3) 【静止下】 - 由(3)得:V人下 = S/36。代入(2):S / (S/36 - V梯) = 72 => S/36 - V梯 = S/72 => V梯 = S/36 - S/72 = S/72。
- 现在把 V梯 = S/72 代入(1):S / (V人上 + S/72) = 24 => V人上 + S/72 = S/24 => V人上 = S/24 - S/72 = (3S - S)/72 = 2S/72 = S/36。
- Wow!我们发现 V人上 = S/36。那么扶梯静止时,从下走到上的时间 = S / V人上 = S / (S/36) = 36秒。
迁移关键:无论题目怎么变,先识别出“人”和“梯”这两个运动物体,然后根据顺行(同向)就加,逆行(反向)就减的原则,列出它们的速度合成式。剩下的就是解方程。这道题巧妙之处在于,算出来小华上下楼的速度竟然是一样的(都是S/36)。
📝 阿星的定海神针(口诀):
顺加逆减别搞混,隐形帮手是梯速。
先比大小判方向,负号现身即无路。
(解读:第一句说规则;第二句是精华——在计算逆行速度前,先比较人速和梯速,如果梯速更大,算出负数就意味着此路不通。)
🚀 举一反三:巩固练习
某商场自动扶梯,如果不开动,小红从下走到顶需40秒。扶梯正常运行时,小红顺行而上需16秒。请问扶梯的速度是小红步行速度的几分之几?
(数据有坑)自动扶梯匀速向上运行,男孩每分钟走20级到达顶端,女孩每分钟走16级到达顶端。已知男孩用了5分钟,女孩用了6分钟。请问:扶梯静止时,可见部分有多少级?(提示:仔细设未知数,扶梯速度是核心)
阿星在匀速运行的机场传送带(可视为水平扶梯)上练习竞走。若顺着传送带走,从一端到另一端需50秒;若逆着走,则需要200秒。请问阿星在静止的传送带上走一个来回,需要多少秒?
📚 答案与解析
【答案速查】
练习一:设全长S,小红速度V红=S/40,顺行速度V红+V梯=S/16。代入得 (S/40 + V梯)=S/16,解得V梯 = S/16 - S/40 = (5S-2S)/80 = 3S/80。所以V梯 / V红 = (3S/80) / (S/40) = (3/80) * (40/1) = 3/2。扶梯速度是小红速度的1.5倍。
练习二:设扶梯速度V梯(级/分),可见级数N。
男孩:顺行,实际速度(20+V梯),时间5分。得 N = 5(20+V梯) ...(1)
女孩:顺行,实际速度(16+V梯),时间6分。得 N = 6(16+V梯) ...(2)
联立(1)(2):5(20+V梯)=6(16+V梯) → 100+5V梯=96+6V梯 → V梯=4。代入(1):N=5*(20+4)=120级。
练习三:设传送带全长L,阿星速度V,传送带速度U。
顺行:L / (V+U) = 50 ...(1)
逆行:L / (V-U) = 200 ...(2)
由(1)得 V+U = L/50,由(2)得 V-U = L/200。
两式相加:2V = L/50 + L/200 = (4L+L)/200 = 5L/200 = L/40,所以 V = L/80。
在静止传送带上,单程时间 = L / V = L / (L/80) = 80秒。
因此,一个来回需要 80 × 2 = 160秒。
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