1、高中物理系列模型之实物模型10.小船渡河模型模型界定本模型是解决以小船渡河为载体的不同参考系中运动转换的问题，具体包括小船渡河、骑马射箭等。模型破解1.合运动与分运动的关键特征（i）等时性合运动与分运动是同时发生的，所用时间相等，可由任一分运动或合运动求解小船运动的时间。（ii）等效性合运动的效果与几个分运动叠加后后的共同效果完全相同。（iii）独立性一个物体同时参与几个分运动，各个分运动相互独立，任一分运动不受其它分运动的影响。2. 小船渡河问题的处理方法设小船在静止水中的匀速运动的速度是 v 1 ，均匀流动的河水的速度是 v 2 , 河宽为 d 。又设 v1 与河岸的夹角为( 01800
2、），合速度v与河岸夹角为 。（i）分解法图1如图 1 ，沿平行于河岸与垂直于河岸的方向上建立直角坐标系，将 v1分解为v1x=v1cos和 v1y =v1sin ,则vx= v1x +v2 =v1cos+ v2、vy=v1y = v1sin。合速度合位移渡河时间（ii）合成法图2如图2，通常用于图示中能出现直角三角形的特殊情况下。3.小船的运动速度与轨迹当小船在静水中航行的速度、水流的速度恒定时，小船的运动速度恒定，运动轨迹是一直线。当小船相对静水的速度变化时、水流的速度随时间或空间变化时，小船的速度是变化的，任一时刻的速度由该瞬时水流速度与小船相对静水的航速决定，运动轨迹一般为曲线。4.极值
3、问题（i）最短时间由可以看出，小船渡河的时间取决于河的宽度、小船相对于静水航行的速度大小及方向，与水流的速度大小无关。如图 2中甲所示，当 时，即船头指向与河岸垂直，渡河时间最短：（ii）最短航程若v1v2由可知当 v1cos+v2=0 时s min =d，此时，船头指向上游，如图2中乙所示。这时由v1cos+v2=0可知船相对于静水的速度v1 沿河岸向上分量与水流速相等，此时合速度方向垂直于河岸即，渡河的位移最小。若v1v2由可知当 v1 +v2cos=0，有，此时，船头指向上游，如图2中丙所示。从另一角度看，由于v1v1，下面用小箭头表示小船及船头的指向，则能正确反映小船在最短时间内渡河、
4、最短位移渡河的情景图示依次是A. B. C. D.（iii）最小速度在小船渡河时，若对小船被水流沿河冲下的距离加以限制时，或者对小船实际运动的方向加以限制时，则小船相对于静水航行的速度存在一个最小值。图3如图3，河宽为d，小船渡河时允许被水流冲下的距离不超过s，水流速度为v2。设小船的最小速度为v1，船头指向与河岸上游间的夹角为时小船恰好在到达对岸时被冲下的距离为s。由、有其中。可见当时由图中可以看到，此时，即此时船头的指向与小船的合速度垂直，故也可通过作图法确定小船的最小速度：以v2的顶点为圆心，以v1的大小为半径作圆，小船以最小速度恰好能按要求到达对岸时，小船航线恰在出发点与对岸临界点的连
5、线上，且船的最小速度v1与该连线垂直，由几何关系可得，即。例2.如图所示，河水的流速为4m/s，一条船要从河的南岸A点沿与河岸成30角的直线航行到北岸下游某处，则船的开行速度（相对于水的速度）最小为 例2题图A2m/s B3m/s C4m/s D5m/s模型演练7.如图所示，一条小船位于200 m宽的河正中A点处，从这里向下游100 m处有一危险区，当时水流速度为4 m/s，为了使小船避开危险区沿直线到达对岸，小船在静水中的速度至少是() 练8图 A. m/sB. m/sC2 m/s D4 m/s5.同一河流中两条船的运动或一条船的两个过程无论是两条船在同一河流中渡河还是一条船在同一河流中经历
6、两个不同的过程，它们之间的关键联系是水流速度相同，利用合成法解决问题时，将两速度合成的矢量图作在一起，是解决问题的捷径。例3.甲乙两船在静水中航行的速度分别为v1、v2，两船从同一渡口向河对岸划去，已知甲想以最短的时间过河，乙船想以最短的航程过河，结果两船到达对岸的地点恰好相同，假设河水的流速不变，则甲乙两船的渡河时间之比t1:t2为A. B. C. D.例4(11江苏3.)如图所示，甲、乙两同学从河中O点出发，分别沿直线游到A点和B点后，立即沿原路线返回到O点，OA、OB分别与水流方向平行和垂直，且OAOB。若水流速度不变，两人在靜水中游速相等，则他们所用时间t甲、t乙的大小关系为例4图At
7、甲t乙 Bt甲t乙Ct甲t乙 D无法确定模型演练8.如图所示为一条河流，河水流速为v。一只船从A点先后两次渡河到对岸，船在静水中行驶的速度为u。第一次船头向着AB方向行驶，渡河时间tl，船的位移s1；第二次船头向着AC方向行驶，渡河时间t2，船的位移s2。若AB、AC与河岸的垂线的夹角相等，则有练8图A. tlt2 s1s2B. t1s2C. t1=t2 s1s29.小船匀速横渡一条宽120m的河流，当船头垂直于河岸方向航行时，30s到达河对岸下游60m处，则船在静水中的速度为 _ ；若船头保持与河岸上游成角航行，恰好到达正对岸，则=_ 。10.某人乘船横渡一条小河,船在静水中的速度和水速一定
8、，若渡河最短时间为t1，用最短位移渡河时间为t2，则船速与水速之比为多少？12.甲、乙两船在同一条河流中同时开始渡河，河宽为H，河水流速为v0，划船速度均为v，出发时两船相距为H，甲、乙两船船头均与河岸成60角，如图所示，已知乙船恰好能垂直到达对岸A点，则下列判断正确的是 ()练12图 A甲、乙两船到达对岸的时间不同Bv2v0C两船可能在未到达对岸前相遇D甲船也在A点靠岸6.类渡河问题小船渡河问题的实质是利用矢量运算进行参考系的转换,由于参考系转换的运算法则与具体物理情景无关,故涉及参考系变换的问题都可归结于此模型中.例5. 民族运动会上有一个骑射项目，运动员骑在奔驰的马背上，弯弓放箭射击侧向
9、的固定目标若运动员骑马奔驰的速度为v1，运动员静止时射出的弓箭的速度为v2，直线跑道离固定目标的最近距离为d，要想在最短的时间内射中目标，则运动员放箭处离目标的距离应该为（ ）例5题图A B C D例6.如图所示,在一次救灾工作中,一架沿水平直线飞行的直升机A用悬索将伤员B吊起,直升机A和伤员B以相同水平速度匀速运动的同时,悬索将伤员吊起,在某一段时间内,A、B之间的距离l与时间t的关系为l =H -bt2(式中l表示伤员到直升机的距离,H表示开始计时时伤员与直升机的距离,b是一常数,t表示伤员上升的时间),不计伤员和绳索受到的空气阻力,这段时间内从地面上观察,下面判断正确的是( )ABLv例
10、6题图A.悬索始终保持竖直 B.伤员做直线运动C.伤员做曲线运动 D.伤员的加速度大小、方向匀不变模型演练13.如图所示，一块橡皮用细线悬挂于O点，用铅笔靠着线的左侧水平向右匀速移动，运动中始终保持悬线竖直，则橡皮运动的速度练13图（A）大小和方向均不变 （B）大小不变，方向改变（C）大小改变，方向不变 （D）大小和方向均改变 14.如图所示，民族运动会上有一个骑射项目，运动员骑在奔弛的马背上沿跑道AB运动，拉弓放箭射向他左侧的固定目标。假设运动员骑马奔驰的速度为v1，运动员静止时射出的箭速度为v2，跑道离固定目标的最近距离OA=d。若不计空气阻力的影响，要想命中目标且射出的箭在空中飞行时间最短，则 ( )ABO练14图A运动员放箭处离目标的距离为B运动员放箭处离目标的距离为C箭射到靶的最短时间为D箭射到靶的最短时间为 10