2017-2018学年高一物理 力学专题提升 专题15 小船过河问题

专题15 小船过河问题

【专题概述】

1. 合运动与分运动的关系

2. 合运动与分运动的求法

(1) 运动合成与分解:已知分运动求合运动,叫运动的合成;已知合运动求分运动,叫运动的分解。 (2) 运动合成与分解的法则:合成和分解是位移、速度、加速度的合成与分解,这些量都是矢量,遵循的是平行四边形定则。

(3) 运动合成与分解的方法:在遵循平行四边形定则的前提下,处理合运动和分运动关系时要灵活采用合适的方法,或用作图法,或用【解析】法,依情况而定。可以借鉴力的合成和分解的知识,具体问题具体分析。

3. 小船过河：三种过河情况 （1）过河时间最短：

小船沿着上述不同的方向运动，走到对岸的时间是不相等的，由于运动的等时性知，在垂直于河岸上的速度越大则过河时间越短，所以此时应该调整小船沿着d 的方向运动，则求得最短时间为

min

d t v 船

（2）过河路径最短：

第一种情况：当船速大于水速时

从上图可以看出，当我们适当调整船头的方向，使得船在水流方向上的分速度等于水速，即

12

cos v v θ=

此时水流方向上小船是不动的，小船的合速度即为V 向对岸运动，此时小船的最短位移为

S d =

第二种情况:船速小于水速，那么在水流方向上，船的分速度

12cos v v θ<

此时无论我们怎么调整船头的方向都没有办法保证水流方向的合速度为零，所以小船一定要向下游漂移，如图

当合速度的方向与船相对水的速度的方向垂直时，合速度的方向与河岸的夹角最短，渡河航程最小； 根据几何关系，则有：

d s =1

2

v v ，因此最短的航程是：21v s d v =

【典例精讲】 1. 求最短位移

典例1. 如图，小船在静水中航行速度为10 m/s ，水流速度为5 m/s ，为了在最短距离内渡河，则小船船头应该保持的方向为（图中任意两个相邻方向间的夹角均为30°）（ ）

A ． a 方向

B ． b 方向

C ． c 方向

D ． d 方向 【答案】C

【解析】因为水流速度小于船在静水中速度，则合速度与河岸垂直时，渡河航程最短，最短航程等于

河的宽度；因船在静水中速度为10 m/s，水流速度为5 m/s，设船头与河岸的夹角为θ，则有水流速度与

船在静水中速度的夹角为cos θ=，即θ=60°；则船头与河岸的夹角为60°，且偏向上游，由图可知，C正确，A，B，D错误.

典例2. 船在静水中的航速为v1，水流的速度为v2，为使船行驶到河正对岸的码头，则v1相对v2的方向应为( )

A． B． C． D．

【答案】C

【解析】根据小船渡河问题的知识，可知要使船垂直到达正对岸即要船的合速度指向对岸.根据平行四边形定则，合运动方向与水速垂直，仅C能满足

2. 求最短时间

典例3.小河宽为d，河水中各点水流速度大小与各点到较近河岸边的距离成正比，即，，x是各点到近岸的距离.小船划水速度大小恒为v0，船头始终垂直河岸渡河.则下列说法正确的是（）A．小船的运动轨迹为直线

B．水流速度越大，小船渡河所用的时间越长

C．小船渡河时的实际速度是先变小后变大

D．小船到达离河对岸处，船的渡河速度为

【答案】D

3. 船速大于水速

典例4. (多选) 如图所示，某人由A点划船渡河，船头指向始终与河岸垂直，则（）

A．船头垂直河岸渡河所用时间最短

B．小船到达对岸的位置为正对岸的B点

C．保持其他条件不变，小船行至河中心后，若水流速度突然增大，则渡河时间变长

D．保持其他条件不变，小船行至河中心后，若水流速度突然增大，则渡河位移变大

【答案】AD

典例5. (多选) 在宽度为d的河中，水流速度为v2，船在静水中速度为v1（且v1＞v2），方向可以选择，现让该船开始渡河，则该船（）

A．可能的最短渡河时间为

B．可能的最短渡河位移为d

C．只有当船头垂直河岸渡河时，渡河时间才和水速无关

D．不管船头与河岸夹角是多少，渡河时间和水速均无关

【答案】BD

【解析】当船头与河岸垂直时，渡河时间最短，为，因而A错误；当合速度与河岸垂直时，渡河位移最小，为d，故B正确；将船的实际运动沿船头方向和水流方向分解，由于各个分运动互不影响，因而渡河时间等于沿船头方向的分运动时间，为t=（x1为沿船头指向的分位移）显然与水流速度无关，因而C 错误，D正确。

4. 水速大于船速

典例6.(多选)一船在静水中的速度是6 m/s，要渡过宽为180 m、水流速度为8 m/s的河流，则下列说法中正确的是( )

A．船相对于地的速度可能是15 m/s

B．此船过河的最短时间是30 s

C．此船可以在对岸的任意位置靠岸

D．此船不可能垂直到达对岸

【答案】BD

5. 综合题

典例7 已知某船在静水中的速度为v1=4 m/s,现让船渡过某条河。假设这条河的两岸是理想的平行线,河宽为d=100 m,水流速度为v2=3 m/s,方向与河岸平行,

(1) 欲使船以最短时间渡河,航向怎样?最短时间是多少?船发生的位移有多大?

(2) 欲使船以最小位移渡河,航向又怎样?渡河所用时间是多少?

【答案】（1）当船在垂直于河岸方向上的分速度最大时,渡河所用时间最短 125m （2）当船的实际

移动速度方向垂直于河岸时,船的位移最小

【解析】

(1)当船在垂直于河岸方向上的分速度最大时,渡河所用时间最短,河水流速平行于河岸,不影响渡河时

间,所以当船头垂直于河岸向对岸渡河时,所用时间最短,则最短时间为25 s。如图所示,当船到达对岸时,船沿河流方向也发生了位移,由直角三角形的知识可得,船的位移为l=由题意可得x=v2t=3 m/s×25 s=75 m,代入得l=125 m。