Question

2．船在400米寬的河中橫渡，河水流速是3m/s，船在靜水中的航速是5m/s，試求：
（1）要使船到達(dá)對(duì)岸的時(shí)間最短，船頭應(yīng)指向何處？最短時(shí)間是多少？
（2）要使船航程最短，船頭應(yīng)指向何處？此時(shí)過河所用的時(shí)間又為多少？
（均要求畫出速度示意圖）

Answer 1

分析 （1）當(dāng)船在垂直于河岸方向上的速度最大時(shí)，渡河時(shí)間最短，即為船頭始終指向河對(duì)岸時(shí)，時(shí)間最短．用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式即可得知渡河的最短時(shí)間．
（2）船垂直渡河時(shí)船的航程最短，此時(shí)船頭要指向上游，并且沿河岸方向上的分量大小與水流的速度大小相等，對(duì)兩個(gè)速度進(jìn)行合成，即可求得渡河時(shí)間．

解答 解：（1）要使船到達(dá)對(duì)岸的時(shí)間最短，即為在垂直于河岸的方向上船的速度最大，即為船頭應(yīng)垂直于河岸行駛，如圖所示，最短時(shí)間為：
tmin=$\fraccrjddpb{{v}_{靜}}$=$\frac{400}{5}$=80s
（2）要使船航程最短，即為讓船垂直河岸渡河，船航行的實(shí)際速度垂直于河岸，如圖所示
設(shè)船在靜水中的速度方向與河岸間的夾角為θ，船在靜水中的速度沿河岸上的分量大小與水流的速度大小相等，方向相反，有：v_靜•cosθ=v_水
即為：cosθ=$\frac{3}{5}$
得：θ=53°
即為船頭指向上游，與河岸間的夾角為53°
此時(shí)合速度為：v_合=$\sqrt{{v}_{靜}^{2}-{v}_{水}^{2}}$=$\sqrt{{5}^{2}-{3}^{2}}$=4m/s
渡河時(shí)間為：t=$\frachnasbmm{{v}_{合}}$=$\frac{400}{4}$=100s
答：（1）要使船到達(dá)對(duì)岸的時(shí)間最短，船頭應(yīng)指向河對(duì)岸，最短時(shí)間為80s．
（2）要使船航程最短，船頭指向上游，與河岸間的夾角為53°，此時(shí)過河所用的時(shí)間為100s

點(diǎn)評(píng) 該題通過渡河的模型考察了運(yùn)動(dòng)的合成與分解，關(guān)于渡河問題，應(yīng)注意幾種渡河方式，一是垂直渡河，此時(shí)渡河位移最短，但是所用時(shí)間不是最短的，此種情況要求船的合速度與河岸垂直，二是船頭始終指向?qū)Π兜亩珊�，此種情況下渡河時(shí)間最短，但是渡河位移不是最短；關(guān)于渡河問題，還要會(huì)判斷能否垂直渡河，其條件是船在靜水中的速度大小要大于河水流動(dòng)的速度大�。�