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重高自招:频闪照射下,类视觉暂留问题的求解

 当以读书通世事 2023-09-30 发布于甘肃

来自学生问的一题,学生声称其他老师讲不了这题,只让他们背记答案,所以找我求助一下。

解决之后也看了标准答案及网上该题的解答:或是繁琐的找规律递推求解,或是不易理解的分析与解答(学生自己看解析是很难懂的)。

故王婆卖瓜,分享一下我的讲解。

【题目】
喜欢观察昆虫的小科发现了一种奇特现象,傍晚看到蜜蜂的翅膀在频闪灯的照射下,似乎在缓慢地振动,自上而下一次约为2s,已知频闪灯的频率为50Hz,则蜜蜂的翅膀振动的最小频率_______Hz(已知这种蜜蜂的翅膀振动频率的范围是450480Hz)。

【分析与解答】
以频率  的角度来看待该问题,不够直观,我们转换为周期  的角度来分析(注意二者的关系是  ):

由频闪灯的频率  可求得频闪灯的周期为  ,即蜜蜂的翅膀在上下翻飞的时候,每隔  就会被照亮一次我们看到的就是这每次被照亮的位置,至于两次被照亮之间,翅膀振动了多少下现在我们还并不清楚,确定的是在2s内翅膀要从上往下逐步挪动每次被照亮的位置(这样我们就好像看到了在2s内完成了一次从上到下,如图所示(实际上翅膀空间位置应该并不均匀分布,此处强调区间数目,故只做粗略示意):

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从上往下一次  ,是  的100倍,即分了100个区间,现在需要找到每个区间内振动时间 翅膀振动周期  的关系:

注意,翅膀是一下一上才完成一个周期  ,所以从上到下的总时间是  ,分到100个区间,则每个区间的内的时间为  ,这样,从最高处经历第一个0.02s到达A位置时(如下图所示),翅膀振动的时间至少  

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“至少”的意思是,在0.02s的时间内,翅膀也可以包含更多的周期(每个周期回到起始最高位置),不妨设为  个周期,既可能经历  的时间,到达A位置,无论如何,这个时间也要等于0.02s,所以有 接下来的问题是要确定  的值,之后就可带入解出周期  ,进而获得频率  

题目中给了频率  的范围450~480Hz,所以周期  的范围为 由之前  和  的关系式,用  表示  :  带入到  的范围中,解出  的范围为  (其实因为  是自然数,左右区间范围可以进行估算或者放缩快速确定,不需要算这么精确),  是自然数,所以  ,带入解得   【补充题目】以下也是视觉暂留或类视觉暂留的简单题目,供练习使用

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