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

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

船v v =

θcos

,船沿河漂下的最短距离为:

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 ∆∆=∆∆

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