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$n=2m$
解:
因为 $OA=2OB,$$AB=12,$
所以 $OA=\frac{2}{3}AB=8,$$OB=\frac{1}{3}AB=4,$
因此点A初始表示的数为$-8,$点B初始表示的数为$4。$
运动$t$秒后:
点A对应的数为$-8+5t,$点B对应的数为$4+t,$点P对应的数为$4+4t,$
则 $OP=4+4t,$$BP=4t - t=3t,$
$AP=|(4+4t)-(-8+5t)|=|12 - t|。$
分两种情况讨论:
1. 当 $0≤ t≤12$ 时:
$2AP+3OP-mBP$
$=2(12-t)+3(4+4t)-3mt$
$=24-2t+12+12t-3mt$
$=(10-3m)t+36$
若该式的值不随$t$变化而变化,则含$t$的项系数为0,即 $10-3m=0,$解得 $m=\frac{10}{3}。$
2. 当 $t>12$ 时:
$2AP+3OP-mBP$
$=2(t-12)+3(4+4t)-3mt$
$=2t-24+12+12t-3mt$
$=(14-3m)t-12$
若该式的值不随$t$变化而变化,则含$t$的项系数为0,即 $14-3m=0,$解得 $m=\frac{14}{3}。$
综上,$m$的值为$\frac{10}{3}$或$\frac{14}{3}。$
$75°$
解:
(2) 三角尺AOB以每秒$5°$的速度顺时针旋转$t$秒后,
$∠ BOM = ∠ AOM + 5t° + ∠ AOB = 30° + 5t° + 45° = 75° + 5t°,$
因此$∠ BOC = 180° - ∠ BOM = 180° - (75° + 5t°) = 105° - 5t°。$
$∠ BOD = |∠ BOC - ∠ COD| = |105° - 5t° - 30°| = |75° - 5t°|。$
由$∠ BOC = 2∠ BOD,$分两种情况讨论:
① 当$0 ≤ t ≤ 15$时,$75° - 5t° ≥ 0,$
得$105 - 5t = 2(75 - 5t),$
解得$t = 9;$
② 当$t > 15$时,$75° - 5t° < 0,$
得$105 - 5t = 2(5t - 75),$
解得$t = 17。$
综上,$t$的值为9或17。
(3) 当OB运动到MN上时,$t = (180 - 30 - 45) ÷ 5 = 21,$因此$0 ≤ t ≤ 21,$分三种情况讨论:
① 当$AB // OD$时,$∠ BOD = ∠ ABO = 45°,$
得$75 - 5t - t = 45,$
解得$t = 5;$
② 当$AB // OC$时,$∠ BOC = ∠ ABO = 45°,$
得$75 + 30 - 5t - t = 45,$
解得$t = 10;$
③ 当$AB // CD$时,由$∠ OAB = ∠ ODC = 90°,$$OA ⊥ AB,$$OD ⊥ CD,$可得OA与OD重合,
此时$∠ AOM + ∠ COD + ∠ CON = 180°,$即$30 + 5t + 30 + t = 180,$
解得$t = 20。$
综上,当AB与三角尺COD的某一边平行时,$t$的值为5或10或20。
【分析】
这是数轴上的动点定值问题,解题思路如下:第一步,先设运动时间为t秒,分别表示出运动过程中AP、AQ的长度;第二步,根据线段中点的性质求出AC的长度;第三步,结合数轴上点的位置关系写出PC的表达式;第四步,抓住PC为固定值的特点,说明PC的取值和时间t无关,因此表达式中含t的项的系数必须为0,即可推出m和n的数量关系。
【解析】
设点P、Q的运动时间为t秒。
A、B两点初始距离为$3-(-5)=8$,Q沿正方向运动t秒的路程为$nt$,因此$AQ=8+nt$。
点P运动t秒的路程$AP=mt$。
因为C是AQ的中点,根据中点定义,$AC=\frac{1}{2}AQ=\frac{1}{2}(8+nt)=4+\frac{nt}{2}$。
由图中点的位置可知$PC=AC-AP$,代入得:
$PC=4+\frac{nt}{2}-mt$。
因为PC的长为固定值,即PC的大小与t无关,因此含t的项的系数之和为0,即:
$\frac{n}{2}-m=0$,整理得$n=2m$。
【答案】
$n=2m$
【知识点】
数轴动点问题,线段中点定义,代数式定值
【点评】
本题属于动点中的定值问题,核心是将线段长度用含运动时间的代数式表示,再结合“定值与变量无关”的特点,令变量的系数为0即可求解,是数轴动点类问题的典型考法。
【难度系数】
0.6
【分析】
解题时首先根据OA和OB的数量关系及AB的长度,先确定数轴上点A、B的初始位置;再结合各点的运动速度和方向,用含运动时间t的代数式分别表示出t秒后点A、B、P对应的数,进而写出AP、OP、BP的表达式;由于AP的表达式含有绝对值,需根据绝对值内式子的正负分类讨论去绝对值,将原式化简为整式的形式;最后根据“值不随t变化”的条件,令含t项的系数为0,即可求出对应的m值。
【解析】
第一步:求A、B的初始位置
已知$AB=12$,$OA=2OB$,且O在A、B之间,因此$AB=OA+OB$,可得:
$OA=\frac{2}{3}AB=\frac{2}{3}×12=8$,$OB=\frac{1}{3}AB=\frac{1}{3}×12=4$,
所以点A初始表示的数为$-8$,点B初始表示的数为$4$。
第二步:用含t的代数式表示各线段长度
运动t秒后:
点A对应的数为$-8+5t$,点B对应的数为$4+t$,点P对应的数为$4+4t$。
则$OP=4+4t$(P始终在原点右侧,直接取坐标值),
$BP=(4+4t)-(4+t)=3t$(P速度大于B,始终在B右侧),
$AP=|(4+4t)-(-8+5t)|=|12-t|$。
第三步:分类讨论化简代数式,求m的值
①当$0≤ t≤12$时,$12-t≥0$,则$AP=12-t$,代入原式:
$2AP + 3OP - mBP=2(12-t)+3(4+4t)-m·3t$
$=24-2t+12+12t-3mt$
$=(10-3m)t+36$
若值不随t变化,则含t项的系数为0,即$10-3m=0$,解得$m=\frac{10}{3}$。
②当$t>12$时,$12-t<0$,则$AP=t-12$,代入原式:
$2AP + 3OP - mBP=2(t-12)+3(4+4t)-m·3t$
$=2t-24+12+12t-3mt$
$=(14-3m)t-12$
若值不随t变化,则含t项的系数为0,即$14-3m=0$,解得$m=\frac{14}{3}$。
【答案】
$m$的值为$\frac{10}{3}$或$\frac{14}{3}$
【知识点】
数轴动点问题,绝对值化简,整式取值无关问题
【点评】
本题重点考察分类讨论思想在动点问题中的应用,解题关键是准确用参数表示运动后各点的坐标,再根据代数式取值与参数无关的特征(参数项系数为0)求解,需要注意不要漏解。
【难度系数】
0.4
【分析】
(1)第一问利用平角为180°的性质,用平角减去已知的∠AOM、∠AOB、∠COD的度数,即可直接求出∠BOD的度数。
(2)第二问先根据旋转速度和时间表示出旋转t秒后∠BOM的度数,进而得到∠BOC的度数,再分OB在OD左侧、OB在OD右侧两种情况表示∠BOD,结合∠BOC=2∠BOD的等量关系列方程求解,注意验证解的范围符合两块三角尺都在MN上方的要求。
(3)第三问先确定t的取值范围:当OB旋转到MN上时运动停止,计算出最大t值为21。再分三种平行情况讨论:①AB//OD,利用平行线内错角相等得到∠BOD=45°列方程;②AB//OC,同理得到∠BOC=45°列方程;③AB//CD,此时OA与OD共线,根据平角关系列方程,最后验证所有解都在t的取值范围内即可。
【解析】
(1)
∵OC与直线MN重合,
∴∠MOC=180°,

∵∠AOM=30°,∠AOB=45°,∠COD=30°,
∴∠BOD=180°-∠AOM-∠AOB-∠COD=180°-30°-45°-30°=75°。
(2)三角尺AOB顺时针旋转t秒后,旋转的角度为$(5t)°$,
∴∠BOM=∠AOM+旋转角度+∠AOB=$30°+(5t)°+45°=75°+(5t)°$,
∴∠BOC=$180°-∠BOM=180°-75°-(5t)°=105°-(5t)°$,
∠BOD=$|∠BOC-∠COD|=|105°-(5t)°-30°|=|75°-(5t)°|$。
∵∠BOC=2∠BOD,分两种情况:
①当$0≤ t≤15$时,$75°-(5t)°≥0$,方程为$105-5t=2(75-5t)$,
解得$t=9$,符合范围;
②当$t>15$时,$75°-(5t)°<0$,方程为$105-5t=2(5t-75)$,
解得$t=17$,符合范围。
综上,t的值为9或17。
(3)当OB旋转至MN上时,运动停止,此时∠BOM=180°,
即$75+5t=180$,解得$t=21$,故t的取值范围为$0≤ t≤21$。
AOB顺时针转$5°/\mathrm{s}$,COD逆时针转$1°/\mathrm{s}$,分三种平行情况:
①当AB//OD时,内错角相等得$∠BOD=∠ABO=45°$,
初始∠BOD=75°,t秒后两角靠近的总角度为$(5t+t)°$,故$75-5t-t=45$,
解得$t=5$,符合范围;
②当AB//OC时,内错角相等得$∠BOC=∠ABO=45°$,
初始∠BOC=105°,t秒后$∠BOC=105-5t-t=45$,
解得$t=10$,符合范围;
③当AB//CD时,
∵$∠OAB=∠ODC=90°$,
∴OA与OD共线时满足平行,
此时$∠AOM+5t+30°+t=180°$,即$30+5t+30+t=180$,
解得$t=20$,符合范围。
综上,t的值为5或10或20。
【答案】
(1)$\boldsymbol{75°}$;(2)$\boldsymbol{9}$或$\boldsymbol{17}$;(3)$\boldsymbol{5}$或$\boldsymbol{10}$或$\boldsymbol{20}$
【知识点】
角的和差计算,旋转的性质,平行线的性质
【点评】
本题以三角尺的旋转为背景,考查角的计算、旋转性质和平行线的性质,需要结合运动过程分类讨论不同的位置关系,能有效考查动态分析能力和分类讨论思想的应用。
【难度系数】
0.55