探索燈光亮度與觀測距離的關系

　　介紹：光照度是表明物體被照明程度的物理量。光照度與照明光源、被照表面及光源在空間的位置有關，大小與光源的光強和光線入射角的余弦成正比，而與光源至被照物體表面的距離的平方成反比。如果把燈泡看作點光源，光均勻分布在以燈泡為圓心，r（r為任意值）為半徑的球面上。同一球面上每點的光強相等，不同球面上的總光通量相等。

　　所需設備：DrDAQ數據記錄器、穩定電源[或干電池串聯連接以提供合適的電壓]、一米[或更長]電位計板、標準實驗室MES燈座的鎢絲燈[本實驗中使用的6V手電筒燈]、黑暗的房間。

　　實驗設置：實驗中使用DrDAQ同時測量距離和亮度。由于只是兩種量被測量，絕對測量距離是不需要的。可以使用一米長的電位計線上的pd的均勻下降來換算成距離。這個需使用DrDAQ上的“伏特”輸入端進行測量。以下電路圖顯示了該設備的主要設置。以下照片的順序將提供了更多的細節。

　　下圖顯示了設備的一般布局。包括穩定的電源，但PC機已被忽略。

　　燈被安裝在一小塊木頭上。4mm插頭的裸露端固定在木材的下側，并放置在電位計線上。DrDAQ測量了電線最近的燈頭一端和4mm插頭之間的pd。燈具和插頭在木頭上的布置細節如下圖所示。

　　DrDAQ被放置在電位計線的遠端，光傳感器面向燈并與之直接對準。

　　進行實驗：實驗中可以使用PicoLog或Picoscope。設置DrDAQ為實時采樣，當燈沿著電線逐漸移動時記錄。通常每次實驗時應收集約三十個左右的樣品。需要注意的是確保木塊下方4mm插頭與電位計線保持牢固接觸，同時沿其長度被拖動。

　　一組典型的結果如下圖所示。

　　下圖是picolog軟件繪制的圖形：

　　問題和討論

　　1.在10到35秒之間的電壓發生了什么？

　　2.燈和光傳感器之間的距離如何計算？

　　3.在這之前和之后的時間間隔也不同。你認為在這些時候發生了什么？

　　4.在10到35秒之間，電壓線性變化。亮度是否相同？ 

　　5.我們如何更科學地進行實驗？

　　進一步研究：1.調查距離對激光光束亮度的影響。2.將結果導入電子表格并調查這兩個數量之間的關系。

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