小船过河问题的分析与求解方法
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小船过河问题的分析与求解方法
濮阳市油田二
高(
457001
)
何春华
小
船过河是运动合成和分解中一种非常具有代表性的运动形式,
它对学生正确理解合运
p>
动、分运动的概念;弄清合运动、分运动之间的等时性、等效性,以及各分运动之间的独立<
/p>
性等,
都有着非常高的思维能力要求。
因
此是学生学习运动合成与分解的一个难点。
那么如
何正确解决小
船渡河问题呢?笔者认为要想学好这个问题,必须理解好三个方面的关系:
(
1
)运动关系:小船在有一定的河水中过河时,
实际上参与了两个方向的分运动,即
随水流的运动(水冲船的运动)和船相对于水的运动
(即在静水中船的运动)
,船的实际运
动是合运动。
(
2
)
时间关系:
①合运动和分运动的等时性;
②当船头与河
岸垂直时,
渡河时间最短。
(
3
)位移关系:①合运动和分运动的位移等效关系;②理解在什么情况下位移最小。
下面就对以上关系加以分析和应用举例
:
例:设一条河的宽度为
L
,水流速度为
v
1
,
已知船在静水中
的速度为
v
2
,那么:
(
1
)怎样渡河时间最短?
(
2
)若<
/p>
v
2
> v
1<
/p>
,
怎样渡河位移最小?
p>
(
3
)若
v
2
< v
1
,
怎样渡河位移最小?
解析:
(
1
)如图所示,设船头斜向上游与河岸成任意角
p>
θ
,
这时船的速度在
y
方向的速度分量为
v
y
=v
2
sin
θ
,
渡河所需的时
L
v
2
L
v
1
间为
t
可以看出:
L
和
v
2
一
定时,
t
随
sin
θ
增大而就
θ
< br>v
sin
2
< br>减小,
当
θ
=90
时
sin
θ
=1
(最大)
,
所以,
船头与
河岸垂直时,
渡河时间最短,
为
t
p>
min
0
L
p>
.
v
2
(2)<
/p>
如图所示,渡河的最小位移即河的宽度,为了使渡河的位移等于
L
,必须使船的合
速
度
< br>v
的
方
向
与
河
岸
垂
直
,
即
使
沿<
/p>
河
岸
方
向
的
速
度
分
量
v
x
这时船头应指向河的上游,
并与河岸成一定的角度
θ<
/p>
,
0
,
v
2
θ
v
v
1
L
根据三角函数关系有
v
1
v
2
cos
0
,即
arccos
1
。因为
v
v
2
0
cos
1
,
所以只有在
p>
v
2
> v
1
p>
时,
船才有可能垂直于河岸过河。
(
3
)
如果水流速度
大于船在静水中的航行速度,
则不论穿的航
向如何,总要被水冲
向下游,如图所示,设船头与河岸成
θ
角,
合速度与河岸成
а
角,可以看出:
а
越大,船漂向下游的距离越
短,以
v
1
的矢尖为圆心,以
v
2
为半径画圆,当
v
与相切时
,
а
角
最大,
根据
cos
v
v
2
θ
а
v
1
L
v
2
v
,
船头与
河岸的夹角应为:
arccos<
/p>
2
,
v
1
v
1
v
2
L
v
θ
S
v<
/p>
L
1
L
。
此时渡河的最短位移为
< br>s
cos
< br>v
2
v
1
例
2
(
07
启东月考)一艘小艇从河岸
A
处出发渡河,小艇保
持与河岸垂直方向行驶,经过
10min
到达正对
岸下游
120m
的
C
< br>处,如图所示,如果小艇保