跳水运动员训练时从5m跳台双脚朝下自由落下,某同学利用手机的连拍功能,连拍了多张照片。测得其中两张连续的照片中运动员双脚离水面的高度分别为3.4m和1.8m。由此估算手机连拍时间间隔是多少?
跳水运动员训练时从5m跳台双脚朝下自由落下,某同学利用手机的连拍功能,连拍了多张照片。测得其中两张连续的照片中运动员双脚离水面的高度分别为3.4m和1.8m。由此估算手机连拍时间间隔是多少?
题目解答
答案
运动员做自由落体运动,
$$\frac{1}{2} gt_1^2=5-3.4$$,解得$$t_1\approx 0.57s$$,
$$\frac{1}{2} gt_2^2=5-1.8$$,解得$$t_2=0.8s$$,
$$t_2-t_1=0.23s$$,
故由此估算手机连拍时间间隔是0.23s。
解析
考查要点:本题主要考查自由落体运动的规律应用,需要根据已知位移求解时间差。
解题核心思路:
- 明确运动性质:运动员从静止开始自由下落,遵循自由落体运动规律。
- 确定下落距离:题目中给出的“离水面高度”需转换为运动员下落的实际距离(总高度减去剩余高度)。
- 分阶段计算时间:分别计算运动员下落到两个位置所用的时间,时间差即为连拍间隔。
破题关键点:
- 正确转换位移:总高度 $5\ \text{m}$ 减去题目中的离水面高度,得到运动员下落的实际距离。
- 公式选择:使用自由落体位移公式 $s = \frac{1}{2}gt^2$,通过位移反推时间。
步骤1:计算第一个位置的下落时间
运动员下落到离水面 $3.4\ \text{m}$ 时,实际下落距离为:
$s_1 = 5\ \text{m} - 3.4\ \text{m} = 1.6\ \text{m}$
代入自由落体公式:
$\frac{1}{2}gt_1^2 = s_1 \implies t_1 = \sqrt{\frac{2s_1}{g}} = \sqrt{\frac{2 \times 1.6}{9.8}} \approx 0.57\ \text{s}$
步骤2:计算第二个位置的下落时间
运动员下落到离水面 $1.8\ \text{m}$ 时,实际下落距离为:
$s_2 = 5\ \text{m} - 1.8\ \text{m} = 3.2\ \text{m}$
同理代入公式:
$\frac{1}{2}gt_2^2 = s_2 \implies t_2 = \sqrt{\frac{2s_2}{g}} = \sqrt{\frac{2 \times 3.2}{9.8}} \approx 0.8\ \text{s}$
步骤3:求时间间隔
连拍时间间隔为两时间之差:
$\Delta t = t_2 - t_1 = 0.8\ \text{s} - 0.57\ \text{s} = 0.23\ \text{s}$