第一讲 物体的运动 第五节 小船过河问题初探-2021年初中物理竞赛及自主招生专题讲义(附详解)
【内容简介】一、船速与船相对于水的速度小船过河问题,涉及三个速度:河水的流速 、船相对于水的速度 、船相对地面的速度 ,现对三个速度理解如下:(1)船在静止的河水中,如果船关闭发动机或者人不划桨,则船没有动力,船将静止在水中,相对于水静止,对地也静止。(2)船在流动的河水中,如果船关闭发动机或者人不划桨,则船没有动力,船将顺水漂流,相对于水静止,对地速度等于水速。(3)船在流动的河水中,如果船开动发动机或者人划桨,则船将相对于水运动,船对地速度 与水速 、船相对于水的速度 的关系如图3.83所示。其中,船相对于水的速度 也就是船在静水中的速度,只与船本身有关, 的方向总是沿着船头所指的方向。例1 如图3.84所示,河两岸相互平行,水流速度恒定不变,船行驶时相对水的速度大小始终不变。一开始船从岸边 点出发,船身始终垂直河岸,船恰好沿 航线到达对岸 点耗时为 , 与河岸的夹角为 。调整船速方向,从 点出发沿直线 返航回到 点耗时 ,则 为( )。A.1:1B.1:2C.1:3D.1:4分析与解 由 点出发时,船身始终垂直河岸,即船相对水的速度 垂直于河岸,船相对地面的速度 沿着 方向,画出 , , 所围成的三角形如图3.85所示,可知 , ,则 。当船由 点返回时,其对地速度 沿着 方向, , , 围成的三角形如图3.85所示,因为 与 夹角为 ,且 ,可知这一个等腰三角形,即 ,因此 ,可得 ,本题正确选项为B。实际上,我们也可以将船在静水中的速度 沿平行于河岸和垂直于河岸方向正交分解。如图3.86所示,设船与河岸夹角为 , 为水流速度,则 为船实际上沿水流方向的运动速度, 为船垂直于河岸方向的运动速度。 二、小船过河的两个典型问题1.过河时间最短问题渡河时间只取决于在垂直河岸方向上的船速,即 ,当 时,渡河时间最短, ,此时船头应正对着对岸前进,如图3.87所示。船沿河岸方向前进的距离为 。2.渡河距离最短问题河宽 是所有渡河距离中最短的,但是否在任何情况下渡河距离最短的一定是河宽 呢?下面就这个问题进行如下分析:要使渡河距离最小为河宽 ,只有使船对地面的速度垂直河岸,如图3.88所示,则 , ,因为 ,因此只有 ,小船才能够垂直河岸渡河,此时渡河的最短距离为河宽 ,渡河时间 。
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