题目
甲地在丙地正西17千米,乙地在丙地正北8千米。张从甲地、李从乙地同时出发,分别向正东和正南方向匀速行走。两人速度均为整数千米/小时,且1小时后两人的直线距离为13千米,又经过3小时后两人均经过了丙地且直线距离为5千米。已知李的速度是张的60%,则张经过丙地的时间比李()A. 早不到10分钟B. 早10分钟以上C. 晚不到10分钟D. 晚10分钟以上
甲地在丙地正西17千米,乙地在丙地正北8千米。张从甲地、李从乙地同时出发,分别向正东和正南方向匀速行走。两人速度均为整数千米/小时,且1小时后两人的直线距离为13千米,又经过3小时后两人均经过了丙地且直线距离为5千米。已知李的速度是张的60%,则张经过丙地的时间比李()
A. 早不到10分钟
B. 早10分钟以上
C. 晚不到10分钟
D. 晚10分钟以上
题目解答
答案
D. 晚10分钟以上
解析
考查要点:本题主要考查运动学中的相对位置与速度关系,结合勾股定理建立方程求解速度,进而分析时间差。关键在于设定变量、建立方程,并利用整数条件确定速度值。
解题思路:
- 设定变量:设张的速度为$v$千米/小时,则李的速度为$0.6v$千米/小时(注意速度为整数,$v$需为5的倍数)。
- 位置随时间变化:张从甲地(丙西17千米)向东移动,李从乙地(丙北8千米)向南移动,分别写出两人坐标随时间$t$的表达式。
- 利用距离条件列方程:根据1小时后距离为13千米,建立方程求解$v$;再验证4小时后距离是否为5千米。
- 计算到达丙地时间:通过速度和初始距离,求出两人到达丙地的时间差。
破题关键:通过整数条件锁定$v=5$千米/小时,进而计算时间差。
设定变量与位置表达式
- 设张的速度为$v$千米/小时,则李的速度为$0.6v$千米/小时($v$为整数)。
- 张的位置随时间$t$的坐标为:$(-17 + vt, 0)$。
- 李的位置随时间$t$的坐标为:$(0, 8 - 0.6vt)$。
根据1小时后距离为13千米列方程
1小时后,两人坐标分别为$(-17 + v, 0)$和$(0, 8 - 0.6v)$,距离为:
$\sqrt{(-17 + v)^2 + (8 - 0.6v)^2} = 13$
平方后展开:
$(-17 + v)^2 + (8 - 0.6v)^2 = 169$
化简得:
$1.36v^2 - 43.6v + 184 = 0$
解得$v=5$(舍去非整数解),故张的速度为$5$千米/小时,李的速度为$3$千米/小时。
验证4小时后距离为5千米
4小时后,张的位置为$(-17 + 5 \times 4, 0) = (3, 0)$,李的位置为$(0, 8 - 3 \times 4) = (0, -4)$,距离为:
$\sqrt{3^2 + (-4)^2} = 5$
符合条件。
计算到达丙地时间
- 张到达丙地时间:$t_1 = \frac{17}{5} = 3.4$小时(3小时24分钟)。
- 李到达丙地时间:$t_2 = \frac{8}{3} \approx 2.6667$小时(2小时40分钟)。
- 时间差:$t_1 - t_2 \approx 0.7333$小时(约44分钟),即张比李晚到44分钟。