高中物理小船过河问题含答案讲解
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小船过河问题
轮船渡河问题:
(1)处理方法:轮船渡河是典型的运动的合成与分解问题,小船在有一定流速的水中过河时,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)和船相对水的运动(即在静水中的船的运动),船的实际运动是合运动。
2
1.渡河时间最少:在河宽、船速一定时,在一般情况下,渡河时间
,显然,当时,即船头的指向与河岸垂直,渡河时间最
θ
υυsin 1
船d
d
t =
=
︒=90θ小为
,合运动沿v 的方向进行。v
d
2.位移最小若水
船υυ>结论船头偏向上游,使得合速度垂直于河岸,位移为河宽,偏离上游的角度为
船
水υυθ=
cos 若,则不论船的航向如何,总是被水冲向下游,怎样才能使漂下的距离最短水船v v <呢?如图所示,
设船头v 船与河岸成θ角。合速度v 与河岸成α角。可以看出:α角越大,船漂下的距离x 越短,那么,在什么条件下α角最大呢?以v 水的矢尖为圆心,v 船为半径画圆,当v 与圆相切时,α角最大,根据船头与河岸的夹角应为
水
船v v =
θcos
,船沿河漂下的最短距离为:
水
船v v arccos
=θθ
θsin )cos (min 船船水v d v v x ⋅
-=此时渡河的最短位移:船
水v dv d
s =
=θcos 【例题】河宽d =60m ,水流速度v 1=6m /s ,小船在静水中的速度v 2=3m /s ,问:
(1)要使它渡河的时间最短,则小船应如何渡河?最短时间是多少?
(2)要使它渡河的航程最短,则小船应如何渡河?最短的航程是多少?
★解析: (1)要使小船渡河时间最短,则小船船头应垂直河岸渡河,渡河的最短时间
s s d
t 2030
60
2
==
=
υ(2)渡河航程最短有两种情况:
①船速v 2大于水流速度v 1时,即v 2>v 1时,合速度v 与河岸垂直时,最短航程就是河宽;
②船速v 2小于水流速度v l 时,即v 2 设航程最短时,船头应偏向上游河岸与河岸成θ角,则 ,2 1 63cos 12=== υυθ 60=θ最短行程,m m d s 1202 660 cos === θ小船的船头与上游河岸成600角时,渡河的最短航程为120m 。 技巧点拔:对第一小问比较容易理解,但对第二小问却不容易理解,这里涉及到运用数学知识解决物理问题,需要大家有较好的应用能力,这也是教学大纲中要求培养的五种能力之一。 【例题】在抗洪抢险中,战士驾驶摩托艇救人,假设江岸是平直的,洪水沿江向下游流 去,水流速度为v 1,摩托艇在静水中的航速为v 2,战士救人的地点A 离岸边最近处O 的距离为d ,如战士想在最短时间内将人送上岸,则摩托艇登陆的地点离O 点的距离为( C ) A . B .0 21 222 υ υυ-d C . D . 2 1 υυd 1 2 υυd ★解析:摩托艇要想在最短时间内到达对岸,其划行方向要垂直于江岸,摩托艇实际的运动是相对于水的划行运动和随水流的运动的合运动,垂直于江岸方向的运动速度为v 2, 到达江岸所用时间t= ;沿江岸方向的运动速度是水速v 1在相同的时间内,被水冲下的2 v d 距离,即为登陆点距离0点距离。答案:C 2 1 1v dv t v s = =【例题】某人横渡一河流,船划行速度和水流动速度一定,此人过河最短时间为了 T 1;若此船用最短的位移过河,则需时间为T 2,若船速大于水速,则船速与水速之比为( ) (A) (B) (C) (D) 2 1222T T T -12T T 2 2211T T T -21T T ★解析:设船速为 ,水速为 ,河宽为d ,则由题意可知 : ①1v 2v 1 1v d T = 当此人用最短位移过河时,即合速度方向应垂直于河岸,如图所示,则 v ② 22 212v v d T -= 联立①②式可得: ,进一步得12 22121 v v v T T -=2 122221T T T v v -= 【例题】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, ,x 是各点到近岸的距离,小船船头垂直河岸渡河,小船划水速度为d v k kx v 0 4= =,水,则下列说法中正确的是( A ) 0v A 、小船渡河的轨迹为曲线B 、小船到达离河岸 处,船渡河的速度为2 d 02v C 、小船渡河时的轨迹为直线 D 、小船到达离河岸处,船的渡河速度为4/3d 0 10v 高中物理-渡河模型习题讲解 【模型概述】 在运动的合成与分解中,如何判断物体的合运动和分运动是首要问题,判断合运动的有效方法是看见的运动就是合运动。合运动的分解从理论上说可以是任意的,但一般按运动的实际效果进行分解。小船渡河和斜拉船等问题是常见的运动的合成与分解的典型问题 【模型讲解】 一、速度的分解要从实际情况出发 例1. 如图1所示,人用绳子通过定滑轮以不变的速度拉水平面上的物体 A ,当绳与 0v 水平方向成θ角时,求物体A 的速度。 图1 解法一(分解法):本题的关键是正确地确定物体A 的两个分运动。物体A 的运动(即绳的末端的运动)可看作两个分运动的合成:一是沿绳的方向被牵引,绳长缩短。绳长缩短的速度即等于;二是随着绳以定滑轮为圆心的摆动,它不改变绳长,只改变01v v =角度θ的值。这样就可以将按图示方向进行分解。所以及实际上就是的两个 A v 1v 2v A v 分速度,如图1所示,由此可得。θ θcos cos 01 v v v A == 解法二(微元法):要求船在该位置的速率即为瞬时速率,需从该时刻起取一小段时间来求它的平均速率,当这一小段时间趋于零时,该平均速率就为所求速率。 设船在θ角位置经△t 时间向左行驶△x 距离,滑轮右侧的绳长缩短△L ,如图2所示,当绳与水平方向的角度变化很小时,△ABC 可近似看做是一直角三角形,因而有 ,两边同除以△t 得: θcos x L ∆=∆θcos t x t L ∆∆=∆∆