Відповіді до підручника: Стр.175
Готова відповідь до завдання Стр.175 з ГДЗ Фізика 9 клас Засєкіна.
Фізика, 9 клас · Відповіді до підручника
Текстова відповідь
§ 28. Досліджуємо фотометричні властивості світла
ДУМАЙ (1–4)
- Що називають світловим потоком? Силою світла? Освітленістю? 2. Як можна збільшити освітленість певної поверхні? 3. Чому на екваторі завжди тепліше, ніж у середніх широтах? 4. За яких умов утворюються льодяні бурульки на дахах будинків?
- Світловий потік — це кількість світлової енергії, що падає на поверхню за одиницю часу; сила світла — це світловий потік у певному напрямі, що випромінює джерело; освітленість — це світловий потік, який припадає на одиницю площі поверхні.
- Освітленість можна збільшити, наблизивши джерело до поверхні, використавши потужніше (яскравіше) джерело або спрямувавши промінь більш перпендикулярно до поверхні (зменшити кут падіння).
- На екваторі Сонце протягом року піднімається вище над горизонтом, його промені падають майже перпендикулярно до поверхні, тому на одиницю площі припадає більший світловий потік і більше тепла.
- Льодяні бурульки утворюються, коли вдень дах освітлюється Сонцем, сніг тане, вода стікає до краю даху, а при температурі повітря нижче 0 °C краплі води там знову замерзають.
Дослід 1. Вимірювання освітленості в різних точках
Виміряйте освітленість у різних точках і з’ясуйте, від чого вона залежить: закріпіть ліхтарик так, щоб він світив горизонтально на аркуш паперу; змінюйте відстань від джерела світла до аркуша (наприклад 10 см, 20 см, 30 см, 40 см), вимірюючи освітленість E на кожній відстані й побудуйте графік E(d); потім покладіть аркуш під кутом 0° до променя і нахиліть приблизно на 60°, щоразу вимірюючи E та порівнюючи значення.
Приклад результатів досліду (умовні дані):
- Залежність освітленості від відстані d
Вважаємо, що ліхтарик — точкове джерело, а покази люксметра підкоряються закону обернених квадратів.
| d, м | E, лк |
|---|---|
| 0,10 | 400 |
| 0,20 | 100 |
| 0,30 | 45 |
| 0,40 | 25 |
З цих даних видно, що коли відстань збільшуємо в 2 рази (0,10 → 0,20 м), освітленість зменшується приблизно в 4 рази (400 → 100 лк); при збільшенні відстані в 4 рази (0,10 → 0,40 м) E зменшується приблизно в 16 разів, тобто E ∝ 1/d².
- Вплив кута падіння променя
Нехай відстань d = 0,20 м.
| Кут між променем і нормаллю до аркуша | Орієнтація аркуша | E, лк |
|---|---|---|
| 0° (аркуш перпендикулярний до променя) | 0° | 200 |
| 60° (аркуш нахилений) | 60° | 100 |
Тобто при нахилі аркуша вдвічі зменшилася освітленість: E₆₀° ≈ E₀°·cos60° = 200·0,5 = 100 лк.
- Висновки
- Освітленість E зменшується зі збільшенням відстані приблизно обернено пропорційно квадрату відстані до джерела: E ∝ 1/d².
- Освітленість залежить від кута падіння променя: найбільша при перпендикулярному падінні, а при нахилі поверхні зменшується пропорційно cosα (де α — кут між променем і нормаллю до поверхні).
Дослід 2. Оцінка світлового потоку від джерела світла
Розмістіть лампу на фіксованій відстані (наприклад 20 см) від площини квадрата картону 20×20 см. Виміряйте освітленість E у центрі картону й обчисліть світловий потік, що падає на цю поверхню, за формулою Фпадаючий ≈ E·S, де S — площа картону в м². Повторіть розрахунок для різних відстаней і порівняйте значення, пояснивши причини їхньої розбіжності.
Приклад результатів досліду (умовні дані):
- Вихідні дані
Розмір квадрата: 20 см × 20 см = 0,20 м × 0,20 м.
Площа: S = 0,20·0,20 = 0,04 м².
- Виміряні значення освітленості й розрахунок світлового потоку
| d, м | E, лк | Фпадаючий ≈ E·S, лм |
|---|---|---|
| 0,20 | 200 | Ф₁ = 200·0,04 = 8,0 |
| 0,30 | 90 | Ф₂ = 90·0,04 = 3,6 |
| 0,40 | 50 | Ф₃ = 50·0,04 = 2,0 |
- Висновки
- Розрахований світловий потік, що падає на квадрат, зменшується зі збільшенням відстані, бо при більшій відстані частина світлового потоку проходить повз квадрат (пучок розходиться).
- Отримані значення Ф — це не повний світловий потік лампи, а лише частина, що потрапляє на задану площу; різниця між ними пов’язана з геометричним розширенням пучка і можливими втратами на розсіяння.
Дослід 3. Порівняння двох ламп / ліхтариків за спрямованістю випромінювання
Порівняйте дві лампи або два ліхтарики за спрямованістю випромінювання: закріпіть їх на однаковій відстані від люксметра і, не змінюючи положення, по черзі посвітить кожним, порівнюючи покази освітленості.
Приклад результатів досліду (умовні дані):
Нехай використовуємо звичайний ліхтарик і ліхтарик із фокусованим променем на однаковій відстані d = 1,0 м від люксметра.
| Джерело світла | E, лк |
|---|---|
| Звичайний ліхтарик (широкий пучок) | 30 |
| Ліхтарик із фокусованим променем | 120 |
Висновок: при однаковій відстані ліхтарик із фокусованим променем створює в осі значно більшу освітленість, отже, його випромінювання більш спрямоване (більша сила світла в даному напрямі), тоді як звичайний ліхтарик розсіює потік на ширший просторовий кут.