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初一数学·约 18 分钟·二维图解

一段一段加起来

从每段速度不变的小车开始,说明速度乘时间为什么能画成长方形面积,再把各段路程累积起来。

这一课的问题

一辆玩具车连续向前跑三段,每段都用 1 秒。三段内分别保持 2、4、6 米/秒,换挡时间忽略不计。

它一共走了多少米?如果把每段速度画成速度图上的一条横线,横线下方长方形的面积为什么能表示这一段的路程?

三段路程相加,共 12 米。 这里每一段内部的速度确实不变,所以分别用“速度×时间”算出的都是准确路程。

每一块都在记一笔路程

第一段每秒走 2 米,走了 1 秒;第二段、第三段也各有自己的固定速度。按发生顺序列账:

哪一段速度(米/秒)时长(秒)新增路程(米)
第 1 段212
第 2 段414
第 3 段616

每段的路程都属于全程的一部分,没有漏掉,也没有重复,所以可以相加。累积就是把这些连续发生的新增量一笔一笔加到账本里。

为什么画成面积

速度图的横轴记时间,纵轴记速度。一段速度不变,在图上就是一条横线。横线与时间轴之间的长方形,宽度是这一段持续的时间,高度是这一段的速度。

小学学过“长方形面积=长×宽”。在这张图里,同一个乘法就是“这一段速度×这一段时间”,所以它恰好等于路程。图上的块越宽,表示跑得越久;越高,表示跑得越快。两种变化都能让路程增加。

注意单位:每秒走几米,乘上几秒,得到几米,即“米/秒×秒=米”。这张图的两条轴并非都用米计量,因此这里的“面积”所代表的量也不是平方米。面积的实际含义,由两条轴所记录的量共同决定。

正在加载分段小车。正文保留每段路程的计算。

先逐段观看,再把每一块长方形与新增路程对应。暂停在第二段结束时,用前两块算里程表应该显示多少,再继续核对。

用这个关系,避免凭外观猜

把一块长方形的宽度加倍、高度减半,面积不变。在小车中,这表示速度减半但跑的时间加倍,路程仍然相同。这个判断靠乘法关系,不靠长方形看起来大不大。

这辆玩具车在交界时刻立即换速,是为分段计算建立的理想模型。接下来,真车的速度在一段内也会改变。那时长方形通常只能估计路程,不能直接宣称完全相等。

自测:每段时长不同怎么办

若后两段分别持续半秒和两秒,还能把三个速度直接相加当成总路程吗?先说理由,再计算。

查看解释

不能。速度相加仍然是速度的单位,并不是路程。应把每段速度分别乘这一段的时长,再相加,得到 16 米。原来能直接加那三个数,只是因为每段恰好都走了 1 秒。