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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

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/sv_c = 5 \, \text{m/s}

河宽 d=50md = 50 \, \text{m}

水流速度 vw=4m/sv_w = 4 \, \text{m/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\theta,船速垂直分量 vccosθv_c \cos\theta,水平分量 vcsinθv_c \sin\theta,水流速度 vw=4v_w = 4,则水平方向:

vcsinθvw=05sinθ=4v_c \sin\theta - v_w = 0 \quad \Rightarrow \quad 5 \sin\theta = 4sinθ=0.8θ53.13\sin\theta = 0.8 \quad \Rightarrow \quad \theta \approx 53.13^\circ

这可以做到(sinθ=0.8<1\sin\theta=0.8<1),船可到达正对岸,此时合速度 vy=vccosθ=5×0.6=3m/sv_y = v_c \cos\theta = 5 \times 0.6 = 3 \, \text{m/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=dvc=505=10st_{\min} = \frac{d}{v_c} = \frac{50}{5} = 10 \, \text{s}

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=dvccosθt = \frac{d}{v_c \cos\theta}

因为垂直河岸的分速度 vccosθ5v_c\cos\theta \le 5 ,因此 t10t \ge 10 s,所以时间可以 ≥ 10 s。
但要让 t=10st=10 \, \text{s},只能 cosθ=1\cos\theta=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=dvct_{\min} = \frac{d}{v_c}

与水流速度 vwv_w 无关。
因此只要 vcv_c 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=5v_c = 5vw=4v_w = 4(船速 > 水速),最短位移 = 河宽。
若改变 vwv_w ,比如 vw>5v_w > 5 ,最短位移 dmin>50d_{\min} > 50 m,会变化。
因此 D 说“一定不变” 错误。


最终答案:

C\boxed{C}

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