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小李在400米长的环形跑道上练习长跑。上午8点20分开始,小李按逆时针方向出发,1分钟后,小李掉头按顺时针方向跑,又过了2分钟,小李又掉头按逆时针方向跑。如此,按1、2、3、4……分钟掉头往回跑。当小

小李在400米长的环形跑道上练习长跑。上午8点20分开始,小李按逆时针方向出发,1分钟后,小李掉头按顺时针方向跑,又过了2分钟,小李又掉头按逆时针方向跑。如此,按1、2、3、4……分钟掉头往回跑。当小李按逆时针方向跑到出发点,又恰好该往回跑时,他的练习正好停止。如果假设小李一直保持匀速,每分钟跑120米,请问小李停止练习时是几点几分?( ) A. 10点30分 B. 11时30分 C. 11时 D. 11点45分

要解决小李停止练习的时间问题,需分析其在环形跑道上的运动规律:按1分钟逆时针、2分钟顺时针、3分钟逆时针、4分钟顺时针……交替方向跑步,速度120米/分钟。当总位移为400米(跑道周长)的整数倍时,小李回到出发点。

核心思路

位移计算:将逆时针位移记为正,顺时针为负。第\(i\)次跑步位移为\(120i\)米(方向由\(i\)奇偶性决定:奇数逆时针,偶数顺时针)。

总位移公式:前\(k\)次跑步总位移\(S = 120(1 - 2 + 3 - 4 + ... + (-1)^{k+1}k)\)。当\(k\)为奇数时,总和简化为\(60(k+1)\)(推导过程见文末备注)。

回到出发点条件:总位移需为400米的整数倍,即\(60(k+1) = 400m\)\(m\)为整数)。化简得\(3(k+1) = 20m\),故\(k+1\)需为20的倍数(最小\(k+1=20\),即\(k=19\))。

关键计算

最小\(k\)\(k=19\)(奇数,逆时针方向),此时总位移\(S=60×20=1200\)米,恰为\(400×3\)米(3圈),回到出发点。

总时间:前19次跑步总时长为\(1+2+...+19=\frac{19×20}{2}=190\)分钟(3小时10分钟)。

停止时间

出发时间为8:20,加上3小时10分钟,停止时间为11:30

答案:B. 11时30分

备注:总位移公式推导(\(k\)为奇数时)

\(k=2n-1\),则总和(1-2+3-4+...+k = (1-2)+(3-4)+...+(2n-3-(2n-2))+(2n-1) = -(n-1)+(2n-1) = n

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