物體在閃光燈下運(yùn)動(dòng)問(wèn)題

1、物體在閃光燈下運(yùn)動(dòng)問(wèn)題對(duì)于按一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)的物體，若在暗室中通過(guò)閃光燈發(fā)出 周期性閃光來(lái)觀察，將呈現(xiàn)一定的規(guī)律，這為研究物體的運(yùn) 動(dòng)提供了一條途徑，下面舉例分析。一、平拋運(yùn)動(dòng)研究平拋運(yùn)動(dòng)有多種方式，如利用頻閃照片記錄小球在 平拋運(yùn)動(dòng)中經(jīng)過(guò)的幾個(gè)位置，即可大致畫出運(yùn)動(dòng)軌跡，求出 平拋運(yùn)動(dòng)的初速度或經(jīng)過(guò)某點(diǎn)時(shí)的速度。例1如圖1所示，是一小球做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)所拍攝的頻閃 照片的一部分，圖中背景方格的實(shí)際邊長(zhǎng)為5cm,橫線為水 平方向，豎線為豎直方向，試求：(1) 拍攝照片時(shí)閃光燈的閃光周期；(2) 小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度的大?。?3) 小球通過(guò)b點(diǎn)時(shí)的速度；(4) 拋出點(diǎn)到圖中a點(diǎn)的水平距離和豎直距離。(

2、g取10 m/s2,計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)解析(1)閃光燈每隔一定的時(shí)間閃光一次，時(shí)間間隔 即為閃光周期，也就是頻閃照片中記錄的兩個(gè)相鄰位置之間 的時(shí)間。首先判定a點(diǎn)是否為平拋運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)，根據(jù)“初速度 為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)在連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移之比等于 從1開始的連續(xù)奇數(shù)之比，即 "1 ： as2 : as3=l ： 3 ： 5” 的結(jié)論，由圖可知在連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)在豎直方向的位移之比 為3 : 5,而不等于1 ： 3,因此點(diǎn)0不是拋出點(diǎn)，不能用公 式h=12gt2求周期。由于相鄰點(diǎn)之間的時(shí)間相等，因此可利用“勻變速直線 運(yùn)動(dòng)在連續(xù)相等時(shí)間t內(nèi)的位移之差為一恒量at2,即 s=a

3、t2”的結(jié)論，在豎直方向利用公式as二at2求周期，(4)設(shè)小球從拋出點(diǎn)0運(yùn)動(dòng)到a點(diǎn)的時(shí)間為tl,則 vby=gt=g (tl+t) =2 m/s,解得 tl=o。10 so所以拋出點(diǎn)0到圖中a點(diǎn)的水平距離和豎直距離分別距 離為 xl=v0tl=15 cm, yl=12gt21=5 cmo解答上述問(wèn)題時(shí)，關(guān)鍵是對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分解，并利用 勻變速直線運(yùn)動(dòng)的公式和結(jié)論，使問(wèn)題迎刃而解。二、圓周運(yùn)動(dòng)解析在晚上不開燈的房間里，只有當(dāng)閃光燈閃光時(shí)才 能看見(jiàn)扇葉，觀察者感覺(jué)扇葉是否轉(zhuǎn)動(dòng)，與電風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)的角 速度有關(guān)。若兩次閃光時(shí)電風(fēng)扇轉(zhuǎn)一周，或者一個(gè)扇葉轉(zhuǎn)到 另一個(gè)扇葉的位置而重合，則感覺(jué)電風(fēng)扇不動(dòng)。扇葉轉(zhuǎn)

4、到另 一個(gè)扇葉的位置而重合有多種可能情況，對(duì)于某一扇葉，只 要轉(zhuǎn)過(guò)的角度為120°的整數(shù)倍，那么就與另一個(gè)扇葉的位 置重合。只要求出符合條件的角速度，再求出頻率，即可求 出轉(zhuǎn)速。閃光燈每秒閃光30次，即閃光頻率為f=30 hz,則閃光 周期為tl=130s,根據(jù)扇葉在一個(gè)閃光周期內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的角度等 于120°的整數(shù)倍，即6=120°k,得電風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)的角速 度為o=0tl=3600° =20 nk,求角速度還有一種方法，由于觀察者感覺(jué)扇葉不動(dòng)，則 在兩次閃光之間的時(shí)間，即在一個(gè)閃光周期t1內(nèi)，電風(fēng)扇 運(yùn)動(dòng)時(shí)間t應(yīng)等于圓周運(yùn)動(dòng)周期t2的三分之一的整數(shù)倍， 即 tl=kt23 , 得 t2=3tlk , 那么角速度為o=2 n t2=2 n k3tl=20 n ko由于角速度與頻率的關(guān)系為3二2nf,則轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為f二10k，題中轉(zhuǎn)速單位是每分鐘的數(shù)，因此轉(zhuǎn)速與頻率的關(guān)系為n二60 f,所以n二600乙 即轉(zhuǎn)速為600的整數(shù)倍，故 正確選項(xiàng)為a、co該題中有兩個(gè)周期