高中物理-小船过河问题解答-鹏程万里.doc

高中物理小船渡河的问题-鹏程万里
1. 垂直渡河
要使小船垂直渡河，小船在静水中的航行速度必须大于水流速度，且船头应指向河流的上游，使船的合速度v与河岸垂直，如图1所示。设船头指向与河岸上游之间的夹角为，河宽为d，则有，即
垂直渡河时间

2. 以最短时间渡河
当小船在静水中的航速大小确定时，由知，当时，t最小，即当船头指向与河岸垂直时，小船有最短渡河时间。可见最短渡河时间与水流速度无关。
例1. 如图2，一只小船从河岸A点出发，船头垂直于河岸行驶，经10min到达正对岸下游120m的C点。若小船速度不变，保持船身轴线与河岸成角行驶，经过12.5min到达正对岸B点，则此河的宽度d为多少？

分析：设小船在静水中的速度为，水流速度为，船以最短时间到达C点，有

船垂直到达B点，有

由以上各式得
3. 以最小位移渡河
（1）当船在静水中的速度大于水流速度时，小船可以垂直渡河，显然渡河的最小位移s等于河宽d。
（2）当船在静水中的速度小于水流速度时，不论船头指向如何，船总要被水冲向下游。
设小船指向与河岸上游之间的夹角为时，渡河位移最小。此时，船头指向与合速度方向成角，
合速度方向与水流方向成角，如图3。

由正弦定理得 所以 由图3可知，角越大渡河位移越小，以的顶点为圆心，以的大小为半径作圆，很明显，只有当时，最大，渡河位移最小。即当船头指向和实际运动方向垂直时，渡河位移最小，为。
4. 以最小速度渡河
例2. 如图4，一小船从河岸A处出发渡河，河宽，河水流速，在出发点下游的B处有瀑布，A、B两处距离为，为使小船靠岸时不至被冲进瀑布，船对水的最小速度是多少？

解法1：以的顶点为圆心，以的大小为半径作圆，由图可知，小船以最小速度安全到达对岸时，小船航线恰在AC连线上，且船的最小速度与AC垂直，如图5所示。设AC与AB间的夹角为

由几何关系可得
将已知数值代入解得
解法2：设小船的最小速度为，船头指向与河岸上游间的夹角为，经t时间小船恰好安全渡河。
由题意得
得
其中，的最大值为 所以小船的最小速度