告别懵逼!扶梯顺行问题终极图解:把抽象数学变成逛超市: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
扶梯问题顺行深度解题指南:像逛超市一样学懂顺行电梯!
💡 阿星起步:扶梯问题顺行 的底层逻辑
想象一下,你在一个巨大的超市里,面前有一个长长的上行的扶梯(顺行就是向上走)。现在你要从一楼到二楼。
这个问题的核心矛盾就是:你在动,扶梯自己也在动。
你走上去,总共需要多少力气(或者说,需要迈多少步台阶)?这其实分为两部分:
- 你自己走的台阶数:你的腿付出的努力。
- 电梯“送”你的台阶数:扶梯自动往上跑,帮你省下的力气。
所以,一个超级简单的道理就出来了:你自己走的 + 电梯送的 = 从1楼到2楼的总台阶数。
在数学世界里,我们把“你走台阶的速度”叫做人的速度 \( v_{\text{人}} \),把“电梯送台阶的速度”叫做电梯的速度 \( v_{\text{梯}} \)。把“总台阶数”叫做总路程 \( s \)。
当你站在运行的电梯上自己也向上走时,你的整体速度就是 \( v_{\text{人}} + v_{\text{梯}} \)!因为你自己的努力和电梯的帮助是叠加的。
本质一句话:扶梯顺行问题,就是研究“人”和“梯”两个帮手,如何一起合作,更快地完成一段固定路程(总台阶数)。
🔥 三级跳挑战:从入门到大神
【入门例题】小萌站在向上运行的扶梯上,同时自己也往上走。扶梯每分钟自动向上运行20级台阶,小萌自己每分钟能走30级台阶。已知从扶梯底端到顶端一共有100级台阶,请问小萌通过扶梯需要多少分钟?
阿星拆解:
1. 找帮手:题目里有两个“帮手”在干活。
帮手一(电梯):速度 \( v_{\text{梯}} = 20 \) 级/分钟。
帮手二(小萌自己):速度 \( v_{\text{人}} = 30 \) 级/分钟。
2. 合体!:当小萌在运行的电梯上走时,两个速度叠加。总速度 = 人速 + 梯速。
所以,\( v_{\text{总}} = v_{\text{人}} + v_{\text{梯}} = 30 + 20 = 50 \) (级/分钟)。
3. 看任务:需要完成的任务是走完 \( s = 100 \) 级台阶。
4. 算时间:时间 = 总任务量 ÷ 总工作效率。
也就是:\( t = s \div v_{\text{总}} = 100 \div 50 = 2 \) (分钟)。
✅ 答:小萌需要2分钟。
【进阶例题】小明沿着向上运行的扶梯从一楼走到二楼。他数了数,如果自己不走,光是乘电梯上去需要30秒;如果电梯不动,全靠自己爬上去需要45秒。请问小明实际沿着运行的扶梯走上去需要多少秒?
阿星敲黑板:
陷阱提示:这道题没有直接给我们速度!给的是两个单独完成全程的时间。我们需要先利用总路程 \( s \) 这个不变量,把人和梯的速度“算”出来。
化解步骤:
1. 设总任务量:把从一楼到二楼的总台阶数设为 \( s \)(可以把它想象成“1份工作”)。
2. 算各自速度:
- 电梯单独工作(小明站着不动)30秒完成,所以电梯速度 \( v_{\text{梯}} = s \div 30 \)。
- 小明单独工作(电梯不动)45秒完成,所以小明速度 \( v_{\text{人}} = s \div 45 \)。
3. 合作总速度:当两人(人和梯)一起干时,总速度是相加的:
\( v_{\text{总}} = v_{\text{人}} + v_{\text{梯}} = \frac{s}{45} + \frac{s}{30} \)
为了好算,我们给 \( s \) 找个“替身”。因为最后时间与 \( s \) 大小无关,我们设总路程 \( s = 90 \) 级(取30和45的最小公倍数,为了好整除)。
那么:\( v_{\text{梯}} = 90 \div 30 = 3 \) 级/秒。
\( v_{\text{人}} = 90 \div 45 = 2 \) 级/秒。
所以总速度 \( v_{\text{总}} = 3 + 2 = 5 \) 级/秒。
4. 算合作时间:时间 \( t = s \div v_{\text{总}} = 90 \div 5 = 18 \) 秒。
✅ 答:小明实际走上去需要18秒。
【拔高例题】在机场,一条水平向前运行的自动人行道(传送带)上,小新以恒定速度从起点走向终点。走完全程,他一共走了60步。如果他站在传送带上不动,让传送带把他送到终点,他会看到自己身边的固定点(比如地面标记)移动了40步的距离。已知小新自己的步长(一步的长度)不变,请问传送带实际运行的速度是小新自己步行速度的几分之几?
思维迁移:
看,场景从“上行扶梯”变成了“水平传送带”,但“人在动,带也在动”的核心完全没变!“总路程”就是从起点到终点的总长度。
1. 识别核心:
- “走完全程一共走了60步”:这是人自己做的贡献(人走的“台阶数/长度”)。
- “站着不动,看到移动了40步”:这是传送带做的贡献(电梯“送”的“台阶数/长度”)。
- 总路程 s = 人走的长度 + 传送带送的长度 = 60步长 + 40步长 = 100步长。
2. 建立联系:速度比等于相同时间内走过的路程比。因为走完全程的时间 \( t \) 是相同的(不管是分开看还是合起来看)。
3. 解题逻辑:
设小新自己的步行速度为 \( v_{\text{人}} \),传送带速度为 \( v_{\text{带}} \)。
在总时间 \( t \) 内:
小新自己走的路程(贡献):\( v_{\text{人}} \times t = 60 \) (步长) ... ①
传送带送的路程(贡献):\( v_{\text{带}} \times t = 40 \) (步长) ... ②
用①式除以②式,时间 \( t \) 被约掉:
\( \frac{v_{\text{人}}}{v_{\text{带}}} = \frac{60}{40} = \frac{3}{2} \)。
所以,\( v_{\text{人}} : v_{\text{带}} = 3 : 2 \)。
题目问的是“传送带速度是小新速度的几分之几”,即 \( \frac{v_{\text{带}}}{v_{\text{人}}} = \frac{2}{3} \)。
✅ 答:传送带速度是小新步行速度的三分之二。
📝 阿星必背口诀:
人走梯送两合作,速度相加时间刻。
路程固定等号立,顺行问题轻松破!
🚀 举一反三:变式挑战
小华乘上行扶梯去商场二楼,扶梯自身每分钟上行15级,小华在扶梯上每分钟走25级。扶梯全长120级,小华需要多久到达?
一部上行扶梯,小张沿梯走上楼需24秒。已知小张自己的速度是扶梯速度的2倍。请问如果扶梯不动,小张走完扶梯全程需要多少秒?
一部上行扶梯,甲沿着扶梯快走上去,共走了80级台阶到达顶部。乙沿着同一扶梯慢跑上去,共走了40级台阶到达顶部。已知乙的速度是甲速度的3倍。请问当扶梯静止时,从底部到顶部总共有多少级台阶?
解析与答案
【详尽解析】
变式一解析:直接套用合作模型。总速度 \( v_{\text{总}} = 15 + 25 = 40 \) 级/分。时间 \( t = 120 \div 40 = 3 \) 分钟。答案:3分钟。
变式二解析:设扶梯速度为 \( v \),则小张速度为 \( 2v \)。合作总速为 \( 3v \)。合作时间24秒,即 \( s = 3v \times 24 = 72v \)。电梯不动时,小张时间 \( t_{\text{张}} = s \div (2v) = 72v \div 2v = 36 \) 秒。答案:36秒。核心提示:总路程 \( s \) 用速度表示出来,是关键桥梁。
变式三解析:设扶梯速度为 \( v_{\text{梯}} \),甲速度为 \( v_{\text{甲}} \),则乙速度为 \( 3v_{\text{甲}} \)。设总台阶数为 \( s \)。
对甲:时间 \( t_{\text{甲}} = s / (v_{\text{甲}}+v_{\text{梯}}) \),甲自己走的台阶数 \( = v_{\text{甲}} \times t_{\text{甲}} = 80 \)。
对乙:时间 \( t_{\text{乙}} = s / (3v_{\text{甲}}+v_{\text{梯}}) \),乙自己走的台阶数 \( = 3v_{\text{甲}} \times t_{\text{乙}} = 40 \)。
由甲的数据得:\( v_{\text{甲}} \times \frac{s}{v_{\text{甲}}+v_{\text{梯}}} = 80 \) => \( \frac{s}{1 + \frac{v_{\text{梯}}}{v_{\text{甲}}}} = 80 \) ... ①
由乙的数据得:\( 3v_{\text{甲}} \times \frac{s}{3v_{\text{甲}}+v_{\text{梯}}} = 40 \) => \( \frac{3s}{3 + \frac{v_{\text{梯}}}{v_{\text{甲}}}} = 40 \) ... ②
设 \( k = \frac{v_{\text{梯}}}{v_{\text{甲}}} \),则方程变为:
①: \( \frac{s}{1+k} = 80 \)
②: \( \frac{3s}{3+k} = 40 \)
由①得 \( s = 80(1+k) \),代入②:\( \frac{3 \times 80(1+k)}{3+k} = 40 \) => \( \frac{240(1+k)}{3+k} = 40 \) => \( 6(1+k) = 3+k \) => \( 6+6k=3+k \) => \( 5k = -3 \) => \( k = -\frac{3}{5} \)。
(这里速度为负,表明甲、乙走得太快,实际上他们走的台阶数多于总台阶数,因为电梯在向上送,他们实际向下“超车”了,但模型依然成立。)
代入求 \( s = 80 \times (1 - \frac{3}{5}) = 80 \times \frac{2}{5} = 32 \)。
答案:32级。核心提示:这是经典“牛吃草”的变种,关键在于设出速度比 \( k \),建立方程。
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