如图,在矩形ABCD中,AB=20cm,BC=4cm,点P从A开始沿折线A-B-C-D以4cm/s的速度移动,点Q从C开始沿CD边以1cm/s的速度移动,如果点P、Q分别从A、C同时出发,当其中一点到达D时,另一点也随之停止运动.设运动时间为t(s).(1)t为何值时,四边形APQD为矩形;(2)如图,如果⊙P和⊙Q的半径都是2cm,那么t为何值时,⊙P和⊙Q外切.

问题描述:

如图,在矩形ABCD中,AB=20cm,BC=4cm,点P从A开始沿折线A-B-C-D以4cm/s的速度移动,点Q从C开始沿CD边以1cm/s的速度移动,如果点P、Q分别从A、C同时出发,当其中一点到达D时,另一点也随之停止运动.设运动时间为t(s).

(1)t为何值时,四边形APQD为矩形;
(2)如图,如果⊙P和⊙Q的半径都是2cm,那么t为何值时,⊙P和⊙Q外切.

(1)根据题意,当AP=DQ时,四边形APQD为矩形.此时,4t=20-t,解得t=4(s).
答:t为4时,四边形APQD为矩形;
(2)当PQ=4时,⊙P与⊙Q外切.
①如果点P在AB上运动.只有当四边形APQD为矩形时,PQ=4.由(1),得t=4(s);
②如果点P在BC上运动.此时t≥5,则CQ≥5,PQ≥CQ≥5>4,∴⊙P与⊙Q外离;
③如果点P在CD上运动,且点P在点Q的右侧.可得CQ=t,CP=4t-24.当CQ-CP=4时,⊙P与⊙Q外切.此时,t-(4t-24)=4,解得t=

20
3
(s);
④如果点P在CD上运动,且点P在点Q的左侧.当CP-CQ=4时,⊙P与⊙Q外切.此时,4t-24-t=4,
解得t=
28
3
(s)

∵点P从A开始沿折线A-B-C-D移动到D需要11s,点Q从C开始沿CD边移动到D需要20s,而
28
3
<11

∴当t为4s,
20
3
s
28
3
s
时,⊙P与⊙Q外切.
答案解析:(1)四边形APQD为矩形,也就是AP=DQ,分别用含t的代数式表示,解即可;
(2)主要考虑有四种情况,一种是P在AB上,一种是P在BC上时.一种是P在CD上时,又分为两种情况,一种是P在Q右侧,一种是P在Q左侧.并根据每一种情况,找出相等关系,解即可.
考试点:矩形的性质;圆与圆的位置关系.
知识点:考虑两圆外切时,要注意两圆的圆心距等于两圆的半径之和,大于的话就说明外离,小于的话就说明相交;还有要注意求出的t的值不能超过两点运动到D点的最小值,否则就不存在.