光強(qiáng)與距離的關(guān)系的測(cè)定徐岳燦相信不少在寄宿制學(xué)校的...

1、光 強(qiáng) 與 距 離 的 關(guān) 系 的 測(cè) 定徐 岳 燦相 信 不 少 在 寄 宿 制 學(xué) 校 的 同 齡 人 都 會(huì) 有 這 樣 的 經(jīng) 歷，在 晚 上 熄 燈 后 繼 續(xù) 挑 燈 夜 讀，每 當(dāng) 這 時(shí)，手 電 筒 變 成 了 一 樣 必 不 可 少 的 工 具。這 時(shí) 候，我 們 會(huì) 感 覺 到 手 電 筒 的 光 強(qiáng) 并 不 比 日 光 燈 的 光 強(qiáng) 弱 多 少。那 事 實(shí) 到 底 是 怎 么 樣 呢？我 們 利 用 了 ti-83+ 圖 形 計(jì) 算 器 和 cbl 系 統(tǒng) 對(duì) 此 進(jìn) 行 了 測(cè) 定。研 究 目 的 和 設(shè) 想用 cbl 系 統(tǒng) 采 集 數(shù) 據(jù)，觀 測(cè) 照 射 在 物

2、體 表 面 上 的 光 強(qiáng) 隨 該 物 體 與 光 源 的 距 離 的 變 化 情 況，總 結(jié) 出 點(diǎn) 光 源 的 光 強(qiáng) 與 距 離 的 數(shù) 學(xué) 關(guān) 系，并 比 較 在 相 同 距 離 時(shí) 日 光 燈 和 手 電 筒 光 強(qiáng) 的 大 小，從 而 得 出 結(jié) 論。研 究 原 理任 何 一 種 光 源 都 可 以 看 作 是 由 一 系 列 點(diǎn) 光 源 組 合 而 成 的，它 的 光 強(qiáng) 可 由 這 一 系 列 點(diǎn) 光 源 的 光 強(qiáng) 進(jìn) 行 疊 加 得 到，因 此 最 基 本 的 光 源 就 是 點(diǎn) 光 源。在 了 解 了 點(diǎn) 光 源 的 情 況，任 何 光 源 的 情 況 也 就 清 楚 了

3、。當(dāng) 某 光 源 的 發(fā) 光 部 分 的 長(zhǎng) 度 遠(yuǎn) 遠(yuǎn) 小 于 光 源 到 測(cè) 量 點(diǎn) 的 距 離 時(shí)，可 將 該 光 源 視 為 點(diǎn) 光 源。在 研 究 時(shí)，我 們 用 小 燈 泡 作 為 光 源，它 的 燈 絲 長(zhǎng) 度 約 為 。因 此，取 測(cè) 量 距 離 大 于 時(shí)，小 燈 泡 可 視 為 點(diǎn) 光 源。我 們 遮 住 一 部 分 日 光 燈 燈 管，使 其 發(fā) 光 長(zhǎng) 度 較 其 與 桌 面 的 距 離 可 視 為 點(diǎn) 光 源。實(shí) 驗(yàn) 中，為 了 避 免 雜 散 光 的 影 響，可 將 小 燈 泡 與 光 傳 感 器 及 米 尺 同 時(shí) 放 入 暗 箱，用 米 尺 測(cè) 量 距 離 ，用

4、 光 傳 感 器 測(cè) 量 光 強(qiáng) 即 可。實(shí) 驗(yàn) 器 材ti-83+ 圖 形 計(jì) 算 器、cbl 系 統(tǒng)、米 尺、“，”燈 泡、2 節(jié) 五 號(hào) 電 池、 額 定 電 壓 下 工 作 的 日 光 燈 和 光 傳 感 器。研 究 過 程1. 將 小 燈 泡 和 光 傳 感 器 放 入 內(nèi) 襯 黑 紙 的 暗 箱 內(nèi)，用 透 明 膠 帶 將 其 固 定，并 將 光 傳 感 器 連 接 到 cbl 系 統(tǒng)。2. 將 cbl 系 統(tǒng) 與 ti-83+ 圖 形 計(jì) 算 器 連 接。打 開 ti-83+ 圖 形 計(jì) 算 器，啟 動(dòng)“l(fā)ight”主 程 序，開 始 測(cè) 量。3. 使 用 ti-83+ 圖 形

5、計(jì) 算 器 對(duì) 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 處 理。4. 在 黑 暗 條 件 下，只 打 開 教 室 中 的 一 盞 日 光 燈。5. 重 復(fù) 步 驟2、3，測(cè) 量 日 光 燈 的 光 強(qiáng)。數(shù) 據(jù) 處 理小 燈 泡7.07.58.08.59.09.51.02971.02861.02751.02641.02571.024810.010.511.011.512.012.51.02311.02191.02121.02051.01991.0192日 光 燈607080901001100.0680.0620.0600.0480.0370.0331201301401501601700.0280.0200.0180.0

6、150.0140.013因 為 日 光 燈 與 小 燈 泡 的 光 強(qiáng) 變 化 是 成 周 期 性 的，所 以 為 了 便 于 研 究，我 們 取 它 們 光 強(qiáng) 的 最 大 值 和 最 小 值 的 平 均 值 作 為 表 格 中 光 強(qiáng) 的 數(shù) 值.由 光 學(xué) 知 識(shí)，我 們 知 道， ( 光 強(qiáng) ) 與 ( 距 離) 滿 足 關(guān) 系：( 其 中 為 常 數(shù) )那 么 如 何 確 定 與 是 我 們 解 決 問 題 的 關(guān) 鍵，這 里 我 們 采 用 如 下 方 法：，由 此 可 知， 是 關(guān) 于 的 一 次 函 數(shù)。然 后 再 利 用 ti-83+ 圖 形 計(jì) 算 器，通 過 使 用 最

7、小 二 乘 法 得 出 關(guān) 于 的 一 次 函 數(shù) 解 析 式，從 而 求 出 相 應(yīng) 的 常 數(shù) 與 系 數(shù) 。( 小 燈 泡)( 日 光 燈 )因 此 我 們 得 到，對(duì) 于 小 燈 泡：。對(duì) 于 日 光 燈：。當(dāng) 我 們 學(xué) 生 坐 在 明 亮 的 教 室 里 的 時(shí) 候，日 光 燈 離 我 們 眼 睛 的 距 離 大 約 是 ，此 時(shí) 利 用 上 述 函 數(shù) 解 析 式，計(jì) 算 得：。當(dāng) 我 們 使 用 手 電 筒 看 書 時(shí)，手 電 筒 與 書 本 的 距 離 約 是 ，此 時(shí) 約 是 。實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 論通 過 實(shí) 驗(yàn) 我 們 知 道 在 相 同 距 離 時(shí) 日 光 燈 的 光 強(qiáng) 大

8、 于 手 電 筒 的 光 強(qiáng)。但 由 于 在 使 用 手 電 筒 時(shí) 遠(yuǎn) 遠(yuǎn) 小 于 ，所 以 在 近 距 離 閱 讀 時(shí) 手 電 筒 更 利 于 我 們 的 眼 睛。測(cè) 量 誤 差 造 成 原 因1. 在 測(cè) 量 燈 絲 到 光 傳 感 器 的 距 離 時(shí)，未 考 慮 光 傳 感 器 的 實(shí) 驗(yàn) 探 測(cè) 部 分 與 光 傳 感 器 端 口 的 間 距，從 而 引 入 了 系 統(tǒng) 誤 差。2. 在 測(cè) 量 小 燈 泡 的 過 程 中，因 使 用 5 號(hào) 電 池 代 替 穩(wěn) 壓 電 源，所 以 在 實(shí) 驗(yàn) 后 期，電 池 電 壓 會(huì) 比 小 燈 泡 的 額 定 電 壓 略 低，從 而 引 入 了 系 統(tǒng) 誤 差。3. 測(cè) 量 日 光 燈 時(shí) 有 雜 光 介 入，從 而 引 入 了 系 統(tǒng) 誤 差。4. 測(cè) 量 數(shù) 據(jù) 時(shí)，由 于 測(cè) 量 精 度 僅 為 3 或 4 位 有 效 數(shù) 字，所 以 在 數(shù) 據(jù) 處 理 產(chǎn) 生 了 誤 差，從 而 引 入 系 統(tǒng) 誤 差?？?結(jié)通 過 實(shí) 驗(yàn)，我 們 對(duì)ti-83+ 圖 形 計(jì) 算 器 及 cbl 系 統(tǒng) 有 了 初 步 的 了 解，也 了 解 一 些 關(guān) 于 光 強(qiáng) 的 基 礎(chǔ) 知