5.  Законы освещенности и закон поглощения Бугера

 

Цель работы: опытная проверка законов освещенности для точечного источника и закона поглощения Бугера.

 

Теоретическая часть

Понятие точечного источника применимо к такому источнику света, размеры которого много меньше расстояния до освещаемой им поверхности. Пусть  есть сила света точечного источника,  а   расстояние от источника до освещаемой поверхности (рис.1), при этом освещенность поверхности равна

( 12 )

где   -  угол падения лучей в данной точке поверхности.

Рис. 13. Источник света создаёт на площадке  освещенность, определяемую формулой ( 12 ).

 

Законы освещенности для точечного источника сводятся к двум утверждениям. Освещенность поверхности: 1) обратно пропорциональна квадрату расстояния и  2) прямо пропорциональна косинусу угла падения лучей в данной точке поверхности. В первой части работы предлагается проверка общей формулы ( 12 ).

Освещенность поверхности, созданная источником, в значительной степени зависит и от величины поглощения светового потока веществом, находящимся между источником света и поверхностью. Зависимость между величиной  светового потока , падающего на слой вещества толщиной , и величиной прошедшего светового потока  определяется законом Бугера

( 13 )

где  - коэффициент поглощения,  - основание натуральных логарифмов. Экспериментально во второй части работы проверяется следующее соотношение

вытекающее из формулы ( 13).

 

Описание экспериментальной установки

Источник света располагается на высоте  над освещаемой поверхностью. Для измерения освещенности используется фотоэлемент, величина тока которого пропорциональна освещенности фотоэлемента. Во второй части работы используется набор поглощающих пластинок.

 

Порядок проведения измерений

Ä   Опытная проверка законов освещенности.

1.1 Зависимость освещенности от расстояния до точечного источника света.

1.1.1 Установить фотоэлемент под выключенной лампой, расположить его горизонтально, снять крышку.

 1.1.2 Перемещать фотоэлемент вдоль линейки на расстояния

,

определяя при этом величины фототока.

1.1.3 Найденные величины фототока записать как  , 

1.1.4 Включить лампу и повторить пункт 1.1.2, величины фототока при этом равны ,

1.1.5 Выключить лампу. Измерить величину  высоты  источника над освещаемой поверхностью. Надеть крышку на фотоэлемент.

1.2 Зависимость освещенности от угла падения световых лучей.

1.2.1 Установить фотоэлемент под выключенной лампой, расположить его горизонтально, снять крышку.

1.2.2 Поворачивая фотоэлемент на углы

, , , ,

определить при этом соответствующие величины фототока.

1.2.3 Найденные величины фототока записать как ,

1.2.4 Включить лампу и повторить пункт 1.2.2, величины фототока при этом равны ,

1.2.5 Выключить лампу. Надеть крышку на фотоэлемент.

Ä   Опытная проверка закона Бугера.

2.1  Измерить с помощью штангенциркуля толщины пластинок.

2.2 Включить лампу, снять крышку и определить величину фототока . Последовательно положить на фотоэлемент первую, вторую и третью пластинки, измеряя при этом соответствующие величины фототока ,  и .

2.3 Выключить лампу и надеть крышку на фотоэлемент.

 

Обработка экспериментальных данных

!  Опытная проверка законов освещенности.

ü     Зависимость освещенности от расстояния до точечного источника света.

Учитывая, что в работе величина  равна

то формула ( 12 ) принимает вид:

Поэтому в данном случае величина освещенности пропорциональна величине .

Записать результаты измерений  , в Таблица 3.

Таблица 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!  Построить график зависимости   от величины .

s  Является ли полученная зависимость линейной?

ü     Зависимость освещенности от угла падения световых лучей.

Записать результаты измерений , ,   в Таблица 4.

Таблица 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!  Построить график зависимости  от величины .

s  Является ли полученная зависимость линейной?

ü     Опытная проверка закона Бугера.

Записать результаты измерений , ,  в Таблица 5.

Таблица 5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!  Построить график зависимости  от толщины слоя пластинок  , через который проходит свет.

s  Является ли полученная зависимость линейной?

 

Рекомендуемая литература

&           Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. Изд. второе испр. и доп.– М.:Высшая школа,2000. - §18.5.

&           Трофимова Т.И. Курс физики. Изд. четвёртое, испр. - М.:Высшая школа,1997. - §115.

&           Джанколи Д. Физика. Т.2. Пер. с англ. под ред. Е.М.Лейкина. – М.:Мир,1989.- §28.6.

Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2. Изд. третье, испр. - М.:Наука,1988. - §73.

Home Up