小船过河问题分析与题解
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小船过河问题分析与题解
【问题概说】
(
1
)
船的实际运动是水流的运动和船相对静水的运动的合运动。
(
2
)
p>
三种速度
:
船相对水的速度为
v
船
(即船在静水中的速
度),水的流速为
v
水
(即水对地
p>
的速
度),船的合速度为
v
(即船对地的速度,船的实际速度,其方向就是船的航向)
(
3
)
三种情景:
①
过河时间最短
:
当船头垂直河岸,渡河时间最短,且渡河时间与水的流速无关。
< br>
②
过河路径最短:在
v
船〉
v
水
的条件下,当船的合
速度垂直于河岸时,渡河位移(航程
或路径)最小
并等于河宽。
在
v
船
<
v
水
的条件下,当船头与船的合速度垂直时,渡河位
移(航程或路径)最小。
此种情况下,合速度不可能垂直于河
岸,无法垂直渡河。最短航程确定如下
。
:
如图所示
,
以
v
水
矢量末端为圆心,以
v
船
矢量的大小为半
径画弧,从
v
水
矢量的始端向圆弧作切线,则
合速度沿此切
线方向航程最短。
p>
(下图中
V
1
表船
速,
V
2
表水速)
③
最小渡河速度:水速和航向一定,船速垂直航向有最小船速。
【典型题例】
两河岸平行,河宽
p>
d=100m
,水流速度
v
i
=3m/s
,求:(
1
p>
)船在静水中的速度是
4m/s
时
,
欲使船渡河
时间最短,船应怎样渡河最短时间是多少船的位移是多大
< br>
(
2
)
船在静水中的速度是
6m/s
时,欲使船航行距离最短,船应怎样渡河渡河时间多长
(
3
)
船在静水中的速度为
1.5m/s<
/p>
时,欲使船渡河距离最短,船应怎样渡河船的最小航程是
多少
[
思路
分析
]
(
1
)
当船头垂直于河岸时,渡河时间最短
:
t
min
=d/v
2
=100/4=25S
合速度
v=
V
:
v
-
3
2
4
5m/s
2
船的位移大小
s=v t
min
=125m
(
2
)欲使船航行距离最短,需船头向上游转过一定角度使合速度方向垂直于河
岸,设船的
v
开行速度
v
2
与岸成
B
角,则
cos
3
1
v
2
6
2
所以
0
=0
°
,
合速
度
v=v
2
sin60
°
=3
・
< br>-3m/s
d 100.3
t=
s
v 9
(
3
)船在静水中速度小于水流的速度,船头垂直于合速度
p>
设船头与河岸夹角为
3,
如图所示
:
v
时,渡河位移最小
,
C V
2
1.5
1
cos
V
1
3
2
所以
3
=60
v
2
d
最小位移
S
mi n
=
100
cos60
0
cos
200m
loo
(2)
船头向上游转过一定角度
,
p>
与岸成
60
°
角航
程最短,
t=
s
;
9
⑶
船头垂直于合速度
,
船头与河岸夹角
60
°<
/p>
时航程最短,
S
min
< br>=
200m
。
船渡河中极值问题,
是运动合成与分解中典型问题,
握上述几条规律是解决此类问题的突破口。
【练习反馈】
也是难点所在,准确理解并熟练掌
请试着完成以下几例类似题
。
1
、
某河水流速度为
5m/s
,
—小船对静水的速度大小是
已知河宽
为
120m
,试分析计算:
①
小船能否渡河直达正对岸
②
船需多少时间才能到达对岸
③
此船登上对岸的地点离出发点的距离是多少
< br>4m/s
,要渡过此河,船头垂直河岸行
驶,
④
若船行至正中间
时,河水流速增大到
8m/s
,则船渡河需要多少时间登岸地点如何变化
⑤
此船过河的最短位移是多大
2
、
北
p>
风速度
4m/s
,大河中的水流正以
3m/s
的速度向东流动,船上的乘客看见
轮船烟囱冒
出的烟柱是竖直
的,求轮
船相对于水的航行速度多大什么方向
3
、有一船正在渡河,如图所示,在离对岸
30m
时,其下游
40m
处有一危险水域,若水流
速度
5m/s
,为
了使船在危险水域之前靠岸,那么,小船从现在起相对于静水的最小速度应
是多大
_
40m
—
4
、玻璃生产线上,宽
9 m
的成型玻璃板以
2
m/s
的速度连续不断地向前行进,在切割工序
=
处,金刚钻的
走刀速度为
10
m/s
,为了使割下的玻璃板都成规定尺寸的矩形,
轨道应如何控制
?
切割一次的时间多长
?
解析:④由运动的独立性可知,水流速度增大对于过
河时间没有影响,只是沿河方向位移增大。
< br>⑤如图,以
v
水
的矢尖为圆心、
v
船
为半径画圆,当
< br>
v
与圆相切
时,
a
角最大。根据
COs
0=
V
船
/
V
水
,船头与
河岸的夹角应为
m
金刚钻割刀的
'
危险区
I
*
I
I
I
【参考答案】
0=
arccos v
船
/v
水
,船漂下最短距离:
X
min
=
(v
水
一
V
船
COS 0)t= L/COS
0
。
此时渡河的最短位移:
L
cos
s
=
Lv
水
=
V
船
=120 X5/4=150m
烟柱是
轮船的实际航向正南,大小为
4m/s
,
2
、本题研究对象有北风、水流、乘客、烟;
竖直的说明人感觉不到风,那么轮船应该与风同速航行。
由于河水流动,轮船应该有一个分速度:大小与
正
南方向行驶,如图所示
:
v
水
相等,方向与
v
水
相反,这样轮船才会朝
tan
0
=
3
贝
V
0
=37
,
v
风
4
即船头应该与上游河岸成
53
角航行。
且
v
船<
/p>
=
v
水
v
风
.4
3
5m/s
1
、①不能;②
30s
;③<
/p>
192m
:④
30s
,在正对岸下游
195m
处,登岸地点顺流下移;⑤
;
150m
。
2
2
0