小船过河问题的分析与求解方法

温柔似野鬼°
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2021年02月23日 09:20
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2021年2月23日发(作者:漫不经心的意思)


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


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:


< p>


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。

< p>



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?








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


θ



这时船的速度在


y


方向的速度分量为


v


y

< p>
=v


2


sin


θ


,


渡河所需的时


L


v


2


L


v


1


间为


t



可以看出:


L



v


2


一 定时,


t



sin

θ


增大而就


θ


< br>v


sin



2

< br>减小,



θ


=90



sin


θ


=1

< p>
(最大)



所以,


船头与 河岸垂直时,


渡河时间最短,



t


min



0


L


.


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



< br>v











使


沿< /p>









< p>



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


v


2


> v


1


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



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


2



07


启东月考)一艘小艇从河岸


A


处出发渡河,小艇保

< p>
持与河岸垂直方向行驶,经过


10min


到达正对 岸下游


120m



C

< br>处,如图所示,如果小艇保

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