Question

3．現(xiàn)在有一小船要渡河，河的寬度為d，水流的速度為v₁，船在靜水中的速度為v₂，求：
（1）船要在最短時(shí)間內(nèi)劃到對(duì)岸，船頭應(yīng)該指向何方？渡河的時(shí)間t₁為多少？位移x₁為多少？
（2）船要沿最短路徑劃到對(duì)岸，船頭應(yīng)指向何方？渡河時(shí)間t₂為多少？位移x₂為多少？

Answer 1

分析 將小船的運(yùn)動(dòng)分解為沿河岸方向和垂直于河岸方向，當(dāng)靜水速的方向與河岸垂直時(shí)，渡河時(shí)間最短，當(dāng)合速度的方向與河岸垂直時(shí)，渡河位移最短．

解答 解：（1）小船要過河時(shí)間最短，船頭方向需垂直河岸方向：${t}_{1}=\fracygw2yiy{{v}_{2}}$
該過程中沿河方向的位移：$x={v}_{1}t=\frac{{v}_{1}d}{{v}_{2}}$
總位移：${x}_{1}=\sqrt{oms8ygm^{2}+{x}^{2}}=d•\sqrt{1+\frac{{v}_{1}^{2}}{{v}_{2}^{2}}}$
（2）若v₂＞v₁，小船航程最短等于河的寬度；要使小船航程最短，小船船頭方向需斜向上游，設(shè)船頭與河岸的夾角為θ，則有：$cosθ=\frac{{v}_{1}}{{v}_{2}}$
渡河的時(shí)間：${t}_{2}=\fracqyi8kwu{{v}_{2}sinθ}$，x₂=d
若v₂＜v₁，小船航程最短等于河的寬度；要使小船航程最短，小船船頭方向需斜向上游，設(shè)船頭與河岸的夾角為α，則有：$cosα=\frac{{v}_{2}}{{v}_{1}}$
渡河的時(shí)間：${t}_{2}=\fracki2aoke{{v}_{2}sinα}$，${x}_{2}=\frac0ui6oqu{sinα}$
答：（1）船要在最短時(shí)間內(nèi)劃到對(duì)岸，船頭應(yīng)該垂直河岸方向，渡河的時(shí)間t₁為$\fracsaogeow{{v}_{2}}$，位移x₁為d；
（2）船要沿最短路徑劃到對(duì)岸，若v₂＞v₁，小船航程最短等于河的寬度；要使小船航程最短，小船船頭方向需斜向上游，設(shè)船頭與河岸的夾角為θ，則有：$cosθ=\frac{{v}_{1}}{{v}_{2}}$
渡河的時(shí)間是$\frac0m6may2{{v}_{2}sinθ}$，位移是d；${t}_{2}=\frac6mm20oa{{v}_{2}sinθ}$，x₂=d
若v₂＜v₁，小船航程最短等于河的寬度；要使小船航程最短，小船船頭方向需斜向上游，設(shè)船頭與河岸的夾角為α，則有：$cosα=\frac{{v}_{2}}{{v}_{1}}$
渡河的時(shí)間是$\fracy8qsuym{{v}_{2}sinα}$，位移x₂為$\fracc2ekk6i{sinα}$．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵知道分運(yùn)動(dòng)和合運(yùn)動(dòng)具有等時(shí)性，知道當(dāng)靜水速與河岸垂直時(shí)，渡河時(shí)間最短，合速度方向與河岸垂直時(shí)，渡河位移最短．