
一条小船在静水中的速度为5 m/s,它要渡过一条宽为50 m的河,河水流速为4 m/s,则( ) A. 这条船过河位移不可能为50 m B. 这条船过河时间不可能为10 s C. 若河水流速改变,船过河的最短时间一定不变 D. 若河水流速改变,船过河的最短位移一定不变
我们先逐步分析题目所给的条件:
已知:
船在静水中的速度 vc=5m/s
河宽 d=50m
水流速度 vw=4m/s
1. 分析选项
A. 这条船过河位移不可能为 50 m
位移 = 河宽 50 m 的情况,意味着船头直指对岸(垂直于河岸的分速度),且水流方向造成的偏移被其他因素抵消吗?
不是的。要使位移(从起点到终点的直线距离)等于河宽,必须保证船垂直于河岸方向到达正对岸,这需要满足水流速度分量被船在水流方向的分速度抵消,即船的合速度垂直于河岸。
即:令船头方向与垂直河岸方向夹角 θ,船速垂直分量 vccosθ,水平分量 vcsinθ,水流速度 vw=4,则水平方向:
vcsinθ−vw=0⇒5sinθ=4sinθ=0.8⇒θ≈53.13∘
这可以做到(sinθ=0.8<1),船可到达正对岸,此时合速度 vy=vccosθ=5×0.6=3m/s,可以过河,位移就是河宽 50 m。
所以 A 说“不可能”是错的。
B. 这条船过河时间不可能为 10 s
过河时间:最短时间渡河时,船头垂直河岸,时间
tmin=vcd=550=10s
这个 10 s 是可达的(最短时间恰为 10 s)。
那么能否让时间等于 10 s 但船头不垂直河岸呢?
时间公式:
t=vccosθd
因为垂直河岸的分速度 vccosθ≤5 ,因此 t≥10 s,所以时间可以 ≥ 10 s。
但要让 t=10s,只能 cosθ=1 即船头垂直河岸,其他方向的 t 都 >10。
所以 10 s 是可能的时间(即 t=10 的情况)。
B 说“不可能为 10 s” 错误。
C. 若河水流速改变,船过河的最短时间一定不变
最短渡河时间:船头正对垂直河岸方向时得到,时间
tmin=vcd
与水流速度 vw 无关。
因此只要 vc 不变、河宽不变,最短时间就不变。C 正确。
D. 若河水流速改变,船过河的最短位移一定不变
最短位移:一般有两种情况:
船速大于水速时,船可以垂直渡河(航向斜向上游),位移 = 河宽,即最短位移 = 河宽。
船速小于水速时,不可能垂直到达对岸,最短位移大于河宽。
这里原来 vc=5,vw=4(船速 > 水速),最短位移 = 河宽。
若改变 vw ,比如 vw>5 ,最短位移 dmin>50 m,会变化。
因此 D 说“一定不变” 错误。
最终答案:
C