有一架照相机,其光圈(进光孔径)随被摄物体的亮度自动调节,而快门(曝光时间)是固定不变的.为估测这架照相机的曝光时间,实验者从某砖墙前的高处使一个石子自由落下,拍摄石子在空中的照片如图所示.由于石子的运动,它在照片上留下了一条模糊的径迹.已知石子从地面以上2.5m的高度下落,每块砖的平均厚度为6cm,请估算这张照片的曝光时间.
有一架照相机,其光圈(进光孔径)随被摄物体的亮度自动调节,而快门(曝光时间)是固定不变的.为估测这架照相机的曝光时间,实验者从某砖墙前的高处使一个石子自由落下,拍摄石子在空中的照片如图所示.由于石子的运动,它在照片上留下了一条模糊的径迹.已知石子从地面以上2.5m的高度下落,每块砖的平均厚度为6cm,请估算这张照片的曝光时间.

题目解答
答案
0.02s
解析
考查要点:本题主要考查自由落体运动规律的应用,以及如何通过实际情境中的物理量(如砖块厚度)估算照相机的曝光时间。
解题核心思路:
- 明确曝光时间与石子运动的关系:石子在曝光时间内下落的距离对应照片中模糊径迹的长度。
- 建立物理模型:石子做自由落体运动,利用速度公式和位移公式计算曝光时间。
- 关键假设:假设径迹长度等于砖块厚度(0.06米),并结合中间时刻的速度进行估算。
破题关键点:
- 确定石子下落的总时间,找到中间时刻的速度作为估算依据。
- 利用速度与时间的关系,通过位移公式反推曝光时间。
步骤1:计算石子下落的总时间
石子从高度$h=2.5\ \text{m}$自由下落,总时间$t_{\text{total}}$满足:
$h = \frac{1}{2} g t_{\text{total}}^2 \implies t_{\text{total}} = \sqrt{\frac{2h}{g}} = \sqrt{\frac{2 \times 2.5}{9.8}} \approx 0.714\ \text{s}$
步骤2:估算中间时刻的速度
假设曝光时间发生在下落的中间时刻$t = \frac{t_{\text{total}}}{2} \approx 0.357\ \text{s}$,此时速度为:
$v = g t = 9.8 \times 0.357 \approx 3.5\ \text{m/s}$
步骤3:建立位移与曝光时间的关系
曝光时间内石子下落的距离$s$对应1块砖的厚度($0.06\ \text{m}$),近似为匀速运动:
$s = v \Delta t \implies \Delta t = \frac{s}{v} = \frac{0.06}{3.5} \approx 0.017\ \text{s}$
步骤4:结果取整
将$0.017\ \text{s}$四舍五入,得到$\Delta t \approx 0.02\ \text{s}$。