水池的裂缝在什么位置?
一个水池,顶部有一个进水管,底部有一个出水管。如果只打开进水管, 分钟可以把水池灌满;如果只打开出水管,
分钟可以把一池水放完。现在水池在中间的某个位置出现了一条与池底平行的裂缝,如果只打开进水管,需要
分钟才能放满一池水,而只打开出水管,只需要
分钟即可放完一池水。
请问:裂缝出现在离池底几分之几高度的地方?
【解析】
列方程解应用题,很关键的一点,就是要找到某个「不变量」,或者某一对「相等量」。
在某些问题中,不变量可能不上一个。例如,在著名的牛吃草问题中,草的原始数量、草的生长速度是两个未知量,同时也是不变量。我们将其中之一作为方程的元,再将另外一个作为列方程的不变量。
在本题中,未知量有两个:裂缝漏水的速度、裂缝的高度。
既然题中问到了裂缝的高度,我们就把这个量作为方程的元,而将漏水的速度作为方程的不变量。
裂缝的高度与裂缝的漏水速度如何关联起来呢?就需要用到比例知识。
设水池高度(深度)与裂缝高度的比例为 ;
假设没有裂缝,则可以把灌水过程划分为两个阶段:裂缝下方需要 分钟,裂缝上方需要
分钟;
同理,放水过程也可以划分为两个阶段:裂缝上方的时间为 分钟,而裂缝下方的时间为
分钟;
现在我们提一个问题:水池有裂缝,对于哪个阶段有影响?对哪个阶段没有影响?
回答是:对于裂缝下方的速度和时间没有影响;对于裂缝上方的速度和时间有影响;
裂缝上方的灌水速度变慢了;而放水速度变快了;
具体说来,有裂缝情况下的灌水速度 = 无裂缝的灌水速度 - 漏水速度
有裂缝情况下的放水速度 = 无裂缝的放水速度 + 漏水速度
因为漏水速度是一个不变量,所以以下等式成立:
有裂缝情况下的放水速度 - 无裂缝的放水速度 = 无裂缝的灌水速度 - 有裂缝情况下的灌水速度
有裂缝情况下的放水、灌水速度又如何求出呢?
注意到裂缝下方的时间是不变的,所以,有裂缝时裂缝上方的放水时间为 分钟,有裂缝时裂缝上方的灌水时间为
分钟,
以漏水速度为「不变量」,可得如下方程:
以下进入解方程阶段。
等式两边同除以 , 化简:
等号的左右两边都有 ,所以,这是一个「假二次方程」,显然可以化为一次方程:
最终解得:
裂缝离池底的距离相当于水池深度的 .
【提炼与提高】
这是一个优秀的竞赛题。既考思想方法,又考计算能力;既考验智商,又考验情商。
找到某个「不变量」,或者某一对「相等量」。 这是一个基本原则,对所有方程类应用题都适用。就本题而言,在找到不变量之后,还需要熟悉比例的用法。
解方程的过程中,会出现一个二次项,六、七年级还没有学过二次方程的解法,部分学生可能会被 “吓住”,到此止步。
其实,如果胆子够大(见识较多),往下走一步就发现:这是一个假的二次方程,应用等式性质一,可以迅速地化简成一个一次方程。
后面的计算较为复杂,如果采用标准流程(先去括号,合并同类项,再移项),计算量会相当大。本文的解法,用了一些小的技巧,简化计算,读者可以自行体会。