小船过河问题分析与题解

玛丽莲梦兔
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2021年02月23日 09:42
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2021年2月23日发(作者:世界地理概况)



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




三种速度



船相对水的速度为



v



(即船在静水中的速 度),水的流速为


v



(即水对地



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:





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>




过河路径最短:在



v


船〉


v



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。




v




v



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


,



v



矢量末端为圆心,以



v



矢量的大小为半 径画弧,从



v


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。



(下图中


V


1


表船 速,


V


2


表水速)




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


d=100m


,水流速度


v


i


=3m/s


,求:(


1


)船在静水中的速度是



4m/s



,


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

< p>
v


2


与岸成


B

< p>
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



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



与岸成


60


°


角航 程最短,


t=


s


;


9



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:





小船能否渡河直达正对岸





船需多少时间才能到达对岸





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,




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





此船过河的最短位移是多大



2





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

< p>
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



的矢尖为圆心、


v



为半径画圆,当

< br>


v


与圆相切


时,

< p>
a


角最大。根据


COs


0=


V



/ V



,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



/v



,船漂下最短距离:



X


min


=


(v




V




COS 0)t= L/COS


0




此时渡河的最短位移:



L


cos


s


=



Lv




=


V




=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




南方向行驶,如图所示




v



相等,方向与

v



相反,这样轮船才会朝



tan


0


=



3




V


0


=37


,


v




4


即船头应该与上游河岸成



53


角航行。





v


船< /p>


=


v




v




.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



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