小船过河问题分析与题解.docx

1、小船过河问题分析与题解小船过河问题分析与题解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船（即船在 静水中的速度），水的流速为v水（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：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。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，

2、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。（下图中vi表船速，V2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d=100m，水流速度vi=3m/s, 求：（1）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？（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时，欲使船渡河距离

3、最短，船应怎样渡河？船的最小航程是多 少？ V2 7咅dVi思路分析（1）当船头垂直于河岸时，渡河时间最短：tmin =d/V 2=100/4=25S2 & , 2V2合速度v= Vi2_ v； 32 42 5m/s船的位移大小S=V tmin=125m(2) 3,2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开行 速度V2与岸成B角，贝0 cos 07 V2所以 0 =6，合速度 V=V2sin60=3V3m/s4. d 100 J3t=7 丁s(3) 船在静水中速度小于水流的速度，船头垂 直于合速度V时，渡河位移最小， 设船头与河岸夹角为3,如图所cos=霁所

4、以 3 =60 V2 ”V最小位移亦巾=-200m cos cos 60渡河时间最短:答案(1)船头垂直于河岸时，,与岸成60角航tmin =25s ， s =125m;(2) 船头向上游转过一定角度程最短，t=1003s ；(3) 船头垂直于合速度，船头与河岸夹角60时航取短，Smin = 200m。船渡河中极值问题，是运动合成与分解中典型 问题，也是难点所在，准确理解并熟练掌握上述 几条规律是解决此类问题的突破口。请试着完成 以下几例类似题。【练习反馈】1、某河水流速度为5m/s，小船对静水的速度 大小是4m/s，要渡过此河，船头垂直河岸行驶， 已知河宽为120 m，试分析计算：1 小船能

5、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？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40若水流速度； 5m/s,为了使船在危险水域之前0靠岸，那么，小| 船从现在起相对于静水的最小速度应是多大?丨丨I I V I I4、玻璃生产线上，宽9 m的

6、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，金刚钻割刀的轨道应如何 控制？切割一次的时间多长？【参考答案】1、不能；30s;192m :30s，在正对岸下游195m处，登岸地点顺流下移；150m解析：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。如图，以v水的矢尖为圆 心、v船为半径画圆，当v与 圆相切时，a角最大。根据COS 6= V船/V水，船头 与河岸的夹角应为6= arccos v船/v水，船漂下最 短距离：Xmin = （v 水一V 船 COS 0）t=L

7、/COS 6 此时渡河的最短位移：L Lv水s= cos = v船 =120 5/4=150m2、本题研究对象有北风、水流、乘客、烟； 烟柱是竖直的说明人感觉不到风，那么轮船应该 与风同速航行。轮船的实际航向正南，大小为 4m/s，由于河水流动，轮船应该有一个分速度： 大小与v水相等，方向与v水相反，这样轮船才会 朝正南方向行驶，如图所示：tan 6= 4 则 6 =37， 川 vV 风 4 / /即船头应该与上游河岸成53角航行。答案：5m/s,船头方向与上游河岸成53角航行3、设船到达危险水域前，恰好到达对岸，则其 合速度方向如图所示，设合速 度方向与河岸的夹角为 a,贝V Vitan a

8、= 3, a =37。船的合速 一a上4 4 7度方向与合位移方向相同，根据平行四边形定则 知：当船对于静水的速度 V1垂直于合速度方向 时，V1最小，V1的最小值为 vimin=v2sin a =3m/s 这时Vi方向与河岸的夹角 3 =9-37=53，即从 现在开始，船头指向与上游成53角，以相对于 静水3m/s的速度航行，在到达雷区前恰好靠岸。答案：3m/s 4、解1:根据题意，金刚钻相对玻璃板的速度 v 垂应垂直于玻璃板的运动速度 v板，金刚钻的运动 可分为随玻璃板的运动v板和垂直于玻璃板的运 动v垂，如图所示，由图可知：1mr_2_cos 0=0.2，则 0 =arccos2v 垂

9、m/s= - m/s，t=，“ s 0.92。答案：金刚钻割刀轨道应与玻璃板前进方向成arccos0.2角，切割一次时间为 0.92 s。解2:割刀实际的运动（相对于地面的运动）是 随玻璃板行进方向的分运动（速度的大小为vi=2 m/s）和垂直玻璃板行进方向的分运动（割刀相对玻璃板的运动与玻璃 厶兰/板行进方向垂直，设速度为V2）的合运动，割刀 实际速度（相对于地面的速度）为 v=10 m/s,如 图所示。设V与Vi的夹角为a,则cos a = =0.2, 所以a =78.5.割刀的轨道控制的方向（轨道相 对地面的方向）就是沿速度V的方向。切割一次 所用的时间为t=% 1。5 78亍$=0.9

10、2 s答案：割刀轨道与玻璃行进方向的夹角为 78.5, 切割一次用时0.92 s。【方法提炼】在进行速度分解时，首先要分清合速度与分速度，合速度 W就是物体实际运动的速度，由物体的实际运动确 定，分速度由合速度的效果利用平行四边形定则 确定。如图所示，重物 M沿竖直杆下滑，并通 过绳带动小车 m沿斜面升高。问：当滑轮右侧 的绳与竖直方向成B角，且重物下滑的速率为v 时，小车的速度为多少？寻找分运动效果。重物 M的速度v的方向是 合运动的速度方向，这个v产生两个效果：一是 使绳的这一端绕滑轮做顺时针方向的圆周运动； 二是使绳系着重物的一端沿绳拉力的方向以速 率v运动，如图所示，由图可知，v= v

11、 cos0, 即为小车的速度。绳拉物体或物体拉绳问题的主要思路：（1）物 体的实际运动为合运动；（2）沿绳的运动为一个 分运动；（3）垂直于绳的运动为另一个分运动。 注意：沿同一绳（或杆）方向的分速度大小相等。在物理学上如果一个物体实际发生的运动产 生的效果跟另外两个运动共同产生的效果相同， 我们就把这一物体实际发生的运动叫那几个运 动的合运动，那几个运动就叫做这个实际运动的分运动。重要结论：（1） 各分运动之间是互不相干的，具有独立 性；（2） 合运动与分运动具有等时性；（3） 合运动一定是物体的实际运动。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。（通常根据或寻找分

12、运动效果，根据运动的实际效果分解，或采取正 交分解法进行分解。）运动的合成与分解，是指位移、速度、以及加 速度的合成和分解，必须遵循平行四边形定则。 在进行速度分解时，首先要分清合速度与分速度 合速度就是物体实际运动的速度，由物体的实际 运动确定，分速度由合速度的效果利用平行四边 形定则确定。合运动一定是物体参与的实际运 动。处理复杂的曲线运动的常用方法是把曲线运 动按实际效果分解为两个方向上的直线运动。运动合成分解的四个性质：运动的 独立性一个物体同时参与几个分运动，各分 运动独立进行，各自产生效果运动的 等效性整体的合运动是各分运动决定的总 效果，它替代所有的分运动运动的合运动和分运动进行

13、的时间相同等时性运动的 矢量性加速度、速度、位移都是矢量，合 成和分解都遵循平行四边形定则进行运动的合成时，一般采用两个观点：所有的分运动必须转换成对于同一个物体的， 也就是说，只有同一物体同时参与几个分运动才 能合成。如果选择运动的物体为参照物，则参照 物的运动和物体相对于参照物的运动是分运动。 由于两分运动互不影响，可假设其中一个分运动 静止来确定另外一个分运动。如人在匀速行驶的 汽车上相对于汽车运动，求人相对于地面的真实 运动，我们可以假设汽车不动来判断一个分运 动，假设人不动来判断另一个分运动。sA对地VA对地对地如果涉及两个参考系，利用转换公式：通过矢量运算法则进行求解，对处理较为复杂 的运动合成问题，有其应用上的优点。