题目
[题目]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的规律及其在实际问题中的应用,需要结合物理情境进行合理估算。
解题核心思路:
- 明确曝光时间的物理意义:曝光时间内石子的运动轨迹在照片上形成模糊径迹,径迹长度对应石子在该时间内的位移。
- 建立运动学模型:石子做自由下落,需利用速度公式和位移公式关联时间和位移。
- 合理简化假设:假设径迹长度等于一块砖的厚度(6cm),并利用中间时刻的速度近似计算位移。
破题关键点:
- 中间时刻速度法:在自由落体中,中间时刻的速度可近似为平均速度,简化计算。
- 单位换算:注意将砖的厚度(6cm)转换为米(0.06m)。
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 $T$ 满足:
$T = \sqrt{\frac{2h}{g}} = \sqrt{\frac{2 \times 2.5}{9.8}} \approx 0.714\ \text{s}$
步骤2:确定中间时刻的速度
中间时刻为 $t = \frac{T}{2} \approx 0.357\ \text{s}$,此时速度为:
$v = gt = 9.8 \times 0.357 \approx 3.5\ \text{m/s}$
步骤3:计算曝光时间
假设径迹长度等于一块砖的厚度 $s=0.06\ \text{m}$,根据位移公式 $s = v \Delta t$,得:
$\Delta t = \frac{s}{v} = \frac{0.06}{3.5} \approx 0.017\ \text{s} \approx 0.02\ \text{s}$