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高中物理小船过河公式
篇一:高中物理小船过河问题
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。
v
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
t?
为
d
?1
?
d
,显然,当??90?时,即船头的指向与河岸垂直,渡河时间最小
?船sin?
d
,合运动沿v的方向进行。 v
2.位移最小 若?船??水
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cos??
?
水
?船
若v船?v水,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cos??
v船v水
船头与河岸的夹角应为
??arccos
v船v水
,船沿河漂下的最短距离为:
xmin?(v水?v船cos?)?
d
v船sin?dvd
?水 cos?v船
此时渡河的最短位移:s?
【例题】河宽d=60m,水流速度v1=6m/s,小船在静水中的速度v2=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
t?
d
?2
?
60
s?20s 30
(2)渡河航程最短有两种情况:
船速v2大于水流速度v1时,即v2v1时,合速度v与河岸垂直时,最短航程就是河宽; 船速v2小于水流速度vl时,即v2lt;v1时,合速度v不可能与河岸垂直,只有当合速度v方向越接近垂直河岸方向,航程越短。可由几何方法求得,即以v1的末端为圆心,以v2的长度为半径作圆,从v1的始端作此圆的切线,该切线方向即为最短航程的方向,如图所示。
设航程最短时,船头应偏向上游河岸与河岸成θ角,则
cos??
?231
??,??60? ?162
最短行程,s?
d60
?m?120m 6cos?2
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v1,摩托艇在静水中的航速为v2,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.
d?2
??
d?1
2
221
B.0
C.
?2
D.
d?2
?1
★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v2,到达江岸所用时间t=
d;沿江岸方向的运动速度是水速v1在相同的时间内,被水冲下的距v2
dv1
。答案:C v2
离,即为登陆点距离0点距离s?v1t?
【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T1;若此船用最短的位移过河,则需时间为T2,若船速大于水速,则船速与水速之比为( ) (A)
T222?T12
T112?T22
(B)
T2
T1T1
T2
(C) (D)
★解析:设船速为v1 ,水速为v2 ,河宽为d ,则由题意可知 : T1?当此人用最短位移过河时,即合速度v方向应垂直于河岸,如图所示,则
d v1
T2?
dv?v
21
22
②
2
v12?v2T1?联立式可得: ,进一步得 T2v1
v1T2
?
22v22?T1
【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,
v水?kx,k?
4v0
,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v0,d
则下列说法中正确的是( A ) A、小船渡河的轨迹为曲线 B、小船到达离河岸
d
处,船渡河的速度为2v0 2
C、小船渡河时的轨迹为直线
D、小船到达离河岸3d/4处,船的渡河速度为v0
篇二:高中物理小船过河问题含答案
小船过河问题
轮船渡河问题:
(1)处理方
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