探索灯光亮度与观测距离的关系

　　介绍：光照度是表明物体被照明程度的物理量。光照度与照明光源、被照表面及光源在空间的位置有关，大小与光源的光强和光线入射角的余弦成正比，而与光源至被照物体表面的距离的平方成反比。如果把灯泡看作点光源，光均匀分布在以灯泡为圆心，r（r为任意值）为半径的球面上。同一球面上每点的光强相等，不同球面上的总光通量相等。

　　所需设备：DrDAQ数据记录器、稳定电源[或干电池串联连接以提供合适的电压]、一米[或更长]电位计板、标准实验室MES灯座的钨丝灯[本实验中使用的6V手电筒灯]、黑暗的房间。

　　实验设置：实验中使用DrDAQ同时测量距离和亮度。由于只是两种量被测量，绝对测量距离是不需要的。可以使用一米长的电位计线上的pd的均匀下降来换算成距离。这个需使用DrDAQ上的“伏特”输入端进行测量。以下电路图显示了该设备的主要设置。以下照片的顺序将提供了更多的细节。

　　下图显示了设备的一般布局。包括稳定的电源，但PC机已被忽略。

　　灯被安装在一小块木头上。4mm插头的裸露端固定在木材的下侧，并放置在电位计线上。DrDAQ测量了电线最近的灯头一端和4mm插头之间的pd。灯具和插头在木头上的布置细节如下图所示。

　　DrDAQ被放置在电位计线的远端，光传感器面向灯并与之直接对准。

　　进行实验：实验中可以使用PicoLog或Picoscope。设置DrDAQ为实时采样，当灯沿着电线逐渐移动时记录。通常每次实验时应收集约三十个左右的样品。需要注意的是确保木块下方4mm插头与电位计线保持牢固接触，同时沿其长度被拖动。

　　一组典型的结果如下图所示。

　　下图是picolog软件绘制的图形：

　　问题和讨论

　　1.在10到35秒之间的电压发生了什么？

　　2.灯和光传感器之间的距离如何计算？

　　3.在这之前和之后的时间间隔也不同。你认为在这些时候发生了什么？

　　4.在10到35秒之间，电压线性变化。亮度是否相同？ 

　　5.我们如何更科学地进行实验？

　　进一步研究：1.调查距离对激光光束亮度的影响。2.将结果导入电子表格并调查这两个数量之间的关系。

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