救命指南!变速问题一学就会:别再直接求平均了!:典型例题精讲
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2025-12-20
变速问题全攻略:为什么你的直觉“平均”往往是错的?
💡 阿星起步:变速问题的底层逻辑
想象一下,你从家跑去学校。前半段路你像闪电侠一样狂奔,速度是 \( 10 \) 米/秒;后半段路你累得只能像乌龟一样走,速度是 \( 1 \) 米/秒。
这时我问你:“你整段路的平均速度是多少?”你的第一反应是不是把两个速度加起来除以 \( 2 \)?也就是 \( (10+1) \div 2 = 5.5 \) 米/秒?
如果这么想,你就掉进大坑里了!这就是我们说的“绝对不能直接取平均”。
为什么?因为“速度”是和“时间”绑在一起的!你跑得快的那段,用的时间其实很短;你走得慢的那段,却要花非常多的时间。整个过程中,你大部分时间都处在“慢速”的状态,所以你的整体平均速度,一定会被“慢速”阶段严重拖累,更偏向慢的一方。
这就像你花了 \( 5 \) 分钟吃一顿大餐(吃得快),却花了 \( 1 \) 小时喝一碗粥(喝得慢)。你整体的“进食速度”肯定更接近“喝粥”的慢速度,而不是两者简单的平均数。
所以,变速问题的本质就一句话:平均速度 = 总路程 ÷ 总时间。你只要牢牢抓住“总”这个字,把整段路看成一个整体,先算出总共走了多远,再算出总共花了多久,两者一除,真相大白!
🔥 三级跳挑战:从入门到大神
【入门例题】阿星上学,前一半路程跑步,速度为 \( 6 \) 千米/时;后一半路程步行,速度为 \( 4 \) 千米/时。请问他上学的平均速度是多少?
阿星拆解:
1. 设总路程:既然提到“一半路程”,我们设总路程为 \( S \),那么前半段和后半段的路程都是 \( \frac{S}{2} \)。
2. 算两段的时间:
前半段时间 \( t_1 = \frac{\frac{S}{2}}{6} = \frac{S}{12} \)(小时)
后半段时间 \( t_2 = \frac{\frac{S}{2}}{4} = \frac{S}{8} \)(小时)
3. 算总时间: \( t_{\text{总}} = t_1 + t_2 = \frac{S}{12} + \frac{S}{8} \)。
通分计算:\( \frac{2S}{24} + \frac{3S}{24} = \frac{5S}{24} \)(小时)。
4. 用核心公式:平均速度 \( v_{\text{平}} = \frac{S_{\text{总}}}{t_{\text{总}}} = \frac{S}{\frac{5S}{24}} \)。
计算:\( S \div \frac{5S}{24} = S \times \frac{24}{5S} = \frac{24}{5} = 4.8 \)(千米/时)。
看!如果直接取平均 \( (6+4)\div2 = 5 \),结果是错的。正确答案 \( 4.8 \) 更靠近慢速的 \( 4 \),印证了“偏向慢的一方”。
【进阶例题】阿星去公园,前 \( 30 \) 分钟以 \( 8 \) 千米/时的速度骑行,后 \( 1.5 \) 小时以 \( 5 \) 千米/时的速度步行。全程的平均速度是多少千米/时?
阿星敲黑板: 陷阱来了!题目里的时间单位不统一,有“分钟”也有“小时”。不统一单位直接算,必错无疑!
1. 统一单位: 把时间都化成“小时”。
前 \( 30 \) 分钟 = \( 0.5 \) 小时。
后 \( 1.5 \) 小时保持不变。
2. 算总路程:
前段路程:\( 8 \times 0.5 = 4 \)(千米)。
后段路程:\( 5 \times 1.5 = 7.5 \)(千米)。
总路程 \( S_{\text{总}} = 4 + 7.5 = 11.5 \)(千米)。
3. 算总时间: \( t_{\text{总}} = 0.5 + 1.5 = 2 \)(小时)。
4. 用核心公式: 平均速度 \( v_{\text{平}} = \frac{11.5}{2} = 5.75 \)(千米/时)。
【拔高例题】阿星爬山,上山的速度是 \( 2 \) 千米/时,下山按原路返回,速度是 \( 6 \) 千米/时。请问阿星上下山的平均速度是多少?
思维迁移: 这道题换了个“上下山”的马甲,但骨子里还是“变速问题”。关键点在于:上下山的总路程,是单程山路长度的两倍。我们继续抓住“总路程 ÷ 总时间”这个核心。
1. 设单程山路长为 \( S \)。 那么总路程(上山+下山)就是 \( 2S \)。
2. 算两段的时间:
上山时间 \( t_1 = \frac{S}{2} \)。
下山时间 \( t_2 = \frac{S}{6} \)。
3. 算总时间: \( t_{\text{总}} = \frac{S}{2} + \frac{S}{6} = \frac{3S}{6} + \frac{S}{6} = \frac{4S}{6} = \frac{2S}{3} \)。
4. 用核心公式: 平均速度 \( v_{\text{平}} = \frac{2S}{\frac{2S}{3}} = 2S \times \frac{3}{2S} = 3 \)(千米/时)。
你看,简单取平均 \( (2+6)\div2 = 4 \) 又错了。正确答案 \( 3 \) 还是偏向于更慢的上山速度 \( 2 \)。万变不离其宗!
📝 阿星必背口诀:
变速运动要记牢,直接平均是圈套。
总路除以总时间,一步一步计算好。
🚀 举一反三:变式挑战
阿星去书店,前 \( 2 \) 公里骑自行车,速度 \( 12 \) 千米/时,剩下的 \( 3 \) 公里走路,速度 \( 5 \) 千米/时。全程平均速度是多少?
已知阿星全程 \( 10 \) 公里,平均速度为 \( 8 \) 千米/时。已知他前半程速度为 \( 6 \) 千米/时,请问他后半程的速度至少需要达到多少?
阿星进行徒步训练。从A到B地,他以 \( v_1 \) 的速度走了全程的 \( \frac{2}{5} \),剩下的路程以 \( v_2 \) 的速度走完。请用 \( v_1, v_2 \) 表示他的全程平均速度。
解析与答案
【详尽解析】
变式一答案:约 \( 6.32 \) 千米/时。
提示:总路程 \( 5 \) 公里。前段:时间 \( 2 \div 12 = \frac{1}{6} \) 小时。后段:时间 \( 3 \div 5 = 0.6 \) 小时。总时间 \( \frac{1}{6} + 0.6 \)。平均速度 \( = 5 \div (\frac{1}{6} + 0.6) \)。
变式二答案: \( 12 \) 千米/时。
提示:总时间 \( = 10 \div 8 = 1.25 \) 小时。前半程时间 \( = 5 \div 6 = \frac{5}{6} \) 小时。后半程可用时间 \( = 1.25 - \frac{5}{6} \)。后半程速度 \( = 5 \div (1.25 - \frac{5}{6}) \)。
变式三答案: \( \frac{5v_1 v_2}{3v_2 + 2v_1} \)。
提示:设总路程为 \( S \)。第一段路程 \( \frac{2S}{5} \),时间 \( t_1 = \frac{2S}{5v_1} \)。第二段路程 \( \frac{3S}{5} \),时间 \( t_2 = \frac{3S}{5v_2} \)。平均速度 \( = S \div (t_1 + t_2) \),化简即可。
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