往返与多次相遇
方向会变,累计路程不清零;先还原位置,再数碰面。
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01
折返之后,先还原位置
甲、乙从相距120米的A、B两端同时相向出发,速度分别为7米/秒、5米/秒。到端点立即折返,始终不停留,速度大小不变。求第二次碰面的时刻与地点。
当前步骤的解释
从两端出发
先标明出发端、速度、折返与停留条件。
图中的两条轨道表示同一条路,分开画只为看清两人。绿色圆为甲,棕色方块为乙。图示不是运动实测。
02
学习准备与计数约定
本页目标:区分累计路程与位置,逐段核对折返事件,解释第二次相遇,并发现同向追及对碰面次数的影响。前置:路程=速度×时间,分数四则,线段图;后半部分用余数作S班拓展。
S班为本项目教学深度编排,非官方分班课纲;题目均为自拟教学题。数学依据为下文逐段推导与精确有理数核对,不将动画作为证明。
先把条件分成四组
- 起点:同地还是两端?是否同时出发?本页主模型为两端同时相向。
- 运动:每个人速度大小是否恒定?方向在何时改变?
- 端点:到达即返,还是停留、退出?
- 计数:只数迎面相遇,还是所有位置相同的碰面(含追及与端点)?
本页“第几次碰面”计入出发后所有位置重合的时刻,含同向追及和端点相遇;不把同地出发的t=0自动计为第一次。若题目约定不同,先改计数规则。
03
从累计路程到碰面事件
累计路程永远向前,位置在端点之间往返
设路长L>0,甲从左端出发,速度u>0;乙从右端出发,速度v>0。时间t从同时出发起计。到端点立即折返且无停留,则累计路程分别为ut、vt,无论折返多少次都成立。
把一人的累计路程每2L分为一组,余量r满足0≤r<2L。甲的位置x(距左端)为:r≤L时x=r;r>L时x=2L−r。乙从右端出发,位置为L−F(vt),其中F就是上述折返规则。把距离先“展开”,再按端点折回,才得到真实位置。
为什么主例第二次合走3L?
第一次在10秒,甲走70米、乙走50米,合计L。随后甲在120/7秒到右端折返;乙在24秒到左端折返;在这两个折返事件之间,两人同向但还未追及。24秒时甲距A72米、乙在A,正相向而行,再过72÷12=6秒碰面。因此第二次在30秒,累计合走360米=3L。
也可核对第二次路径:设碰面点距A为x,两人此时都已经各折返一次,甲走L+(L−x)=2L−x,乙走L+x;相加正好3L。“各折返一次且此前无其他碰面”是这段路径分解的条件,不是看到“第二次”就能直接写3L。
S班拓展:把两类候选事件合并
折返函数满足F(a)=F(b),当且仅当a−b或a+b为2L的整数倍。理由:展开线上,每个内部位置的原像为x+2kL与−x+2kL;端点两类重合。乙的位置也可写为F(L−vt),因此碰面必满足下列至少一式:
(u+v)t = (2k+1)L
(u−v)t = (2k+1)L
k取整数,只保留t>0。实做时第一族按L、3L、5L…除以u+v;第二族在u≠v时按L、3L、5L…除以|u−v|。把两族时刻合并、去重、排序,再用折返位置核对。u=v时第二族无解;端点的两族时刻可能重复,只数一次。
第一族通常对应迎面碰面,第二族通常对应同向追及;在端点方向瞬间切换,不强行归类。第一族的“第n个候选时刻”=(2n−1)L/(u+v),不一定是所有碰面的第n次。同地出发需从F(ut)=F(vt)重新推导,右侧变为2kL;有停留则累计路程不再处处等于vt,应分段计算。
04
两道完整例题
例题一 · 第二次相遇的路径条件
180米直路,两端同时出发
甲从A出发,乙从B出发,速度12、8米/秒,相向匀速,端点立即折返且不停留。求出发后第二次碰面的时间与距A距离,所有碰面均计入。
- 第一次:180÷20=9秒,距A为12×9=108米。
- 折返事件:甲15秒到B,乙45/2秒到A。甲折返后到乙折返前,两人同向;15秒时相距60米,若一直同向需60÷4=15秒追上,但乙只需15/2秒就先到A,所以期间没有追及。
- 在45/2秒时,甲累计270米,距A90米;乙在A。再过90÷20=9/2秒迎面相遇。
- 第二次时刻为45/2+9/2=27秒(从出发计),距A为8×27−180=36米。
核对:甲累计324米,折回后360−324=36;乙累计216米,从A返回36米。累计路程和540米=3×180米。从第一次到第二次的间隔为18秒,不能把27秒写成两次之间的时间。
例题二 · 同向追及插入碰面序列
120米直路,速度改为10和6米/秒
甲从A、乙从B同时相向出发,端点立即折返且不停留。求出发后前三次碰面的时刻、地点,并判断第三次是不是迎面。
- 速度和16,速度差4。第一族时刻为15/2、45/2、75/2…秒;第二族为30、90…秒。
- 合并排序,前三次为15/2、45/2、30秒。不能直接把第一族第三项75/2当成第三次。
- 15/2秒:甲累计75米,位置75米;乙累计45米,位置120−45=75米。
- 45/2秒:甲累计225米,位置240−225=15米;乙累计135米,位置135−120=15米。
- 30秒:甲累计300米,除去一趟往返240米后,位置60米;乙累计180米,过A后返回60米。两人都向B走,这是同向追及。
第三次累计路程和480米=4L,并非5L。这是“第n次碰面一定合走(2n−1)L”的反例。两族覆盖性来自上节的折返原像推导,不靠只看动画猜次数。
05
迁移练习
先写条件与计数规则,再核对位置。以下两题也均无停留、到端点立即折返。
练习一 · 由相遇点反推路长
甲乙从A、B两端同时相向匀速出发。第一次在距A60米处碰面;第二次在距B40米处碰面。已知第二次前两人各折返一次,且期间没有其他碰面。求路长与速度比。
展开完整解析
设路长L米。第一次甲走60米,乙走L−60米。第二次两人累计总路程为3L,时间是第一次的3倍,甲累计180米。第二次点距B40米,甲路径为L+40,所以L+40=180,得L=140米。
第一次速度比=60:(140−60)=3:4。核对第二次:甲180米,位置280−180=100米;乙240米,位置240−140=100米,距B40米。速度差族首个事件晚于此第二次,条件一致。若缺少各折返一次及次序条件,就不能直接用此路径。
练习二 · 同地出发,不能用异地公式
甲乙从A同时向B出发,路长120米,速度10、6米/秒,忽略出发时t=0,求第一次再次碰面的时间和距A距离。
展开完整解析
甲12秒先到B,乙此时在72米处,两人相距48米。甲折返后相向,48÷16=3秒后碰面,故从出发起15秒,距A为6×15=90米。
展开法核对:同地模型的候选为(u+v)t=2kL或(u−v)t=2kL,最小正时刻分别为240÷16=15、240÷4=60秒,取15秒。异地的120÷16=15/2秒时甲在75米、乙45米,显然未碰面。
06
边界、易错与回顾
- 累计路程≠离起点距离。甲走210米时,可以只距A30米。
- “第二次是第一次的三倍”带条件。同地出发、不同出发时刻、停留或追及插入都会改变过程。
- 端点碰面去重。例如L=120,速度8和4,两端出发,30秒时两人同时在A,两族都给30秒,只算一次。
- 等速也是合法边界。u=v时没有速度差族;仍可在中点多次迎面。不要除以零。
- 停留要切段。若乙在A等候,等候时累计路程保持不变,不能继续用5t表示其路程。
回顾:写清起点与规则 → 列累计路程 → 按端点折回位置 → 合并迎面与追及 → 排序、去重并核查。
07
逐章回看
点击章节标题,定位到视频中的对应讲解。
一条路长一百二十米。甲乙从两端同时出发,相向而行,速度分别为每秒七米和五米。
到端点立即折返,不停留,速度大小不变。图中两条轨道只是为了分清两人。
第一次相遇,两人的累计路程合起来是一百二十米。速度和十二,所以十秒相遇。
相遇后继续走。甲先到右端折返,乙再到左端折返。折返改变方向,不清零累计路程。
三十秒时,甲累计走二百一十米,乙走一百五十米,总共三百六十米,是三个全程。
甲从右端返回九十米,乙从左端返回三十米,两人都在距左端三十米处。这是本题第二次碰面。
但不能无条件照套。若速度改为十和六,前两次在七点五秒、二十二点五秒。
第三次却在三十秒:甲走三百米,乙走一百八十米,两人同向,在左端右侧六十米处碰面。
所以要按累计路程还原位置,合并迎面和追及事件,再排序计数。同地出发或端点停留,更要重新列过程。