Гипермаркет знаний>>Физика>>Физика 7 класс>>Освещенность

• Вспомните свои  ощущения,  когда вы входили в темное помещение. Становится  как-то  не  по  себе,  ведь  ничего  не  видно вокруг... Ho  сто­ит  включить  фонарик  —  и  близко  расположенные  предметы  ста­новятся  хорошо  заметными.  Te  же,  что  находятся  где-то  дальше, можно  едва различить  по  контурам.  В таких  случаях  говорят,  что предметы  по-разному  освещены. Выясним,  что  такое  освещенность и  от  чего  она  зависит.

1. Определяем освещенность

От  любого  источника  света  распространяется  световой  поток.  Чем больший  световой поток  упадет  на  поверхность  того  или  иного  тела,  тем лучше  его видно.

• Физическая  величина,  численно  равная  световому  потоку,  падающему  на  еди­ницу освещенной  поверхности,  называется  освещенностью.
  

Освещенность  обозначается  символом E и определяется  по формуле:

где  Ф  — световой поток; S — площадь поверхности,  на которую падает све­товой поток.

В  СИ  за  единицу  освещенности  принят  люкс  (лк)  (от  латин.  Iux  — свет).

Один люкс —  это  освещенность такой  поверхности,  на  один  квадрат­ный метр  которой  падает световой  поток, равный  одному люмену:

Приводим некоторые значения освещенности поверхности (вблизи земли).

Освещенность Е:

•  солнечными  лучами в полдень  (на средних широтах) —  100 000 лк;
•  солнечными лучами  на открытом месте в  пасмурный день —  1000 лк;
•  солнечными лучами  в  светлой  комнате  (вблизи окна) —  100 лк;
•  на улице при искусственном  освещении —  до 4 лк;
•  от полной луны —  0,2 лк;
•  от  звездного неба  в  безлунную ночь —  0,0003 лк.

2. Выясняем, от чего зависит освещенность

Наверное,  все  вы  видели  шпионские фильмы.  Представьте:  какой-нибудь  герой  при свете слабого карманного фонарика вниматель­но  просматривает  документы  в  поисках  необходимых  «секретных  данных».  Вообще,  чтобы читать,  не напрягая глаз,  нужна освещенность не меньше 30 лк  (рис.  3.9),  а это немало. И как наш герой добивается такой освещенности?

Во-первых,  он  подносит  фонарик  как  мож­но ближе к документу,  который просматривает. Значит,  освещенность  зависит  от расстояния от источника света до освещаемого предмета.

Во-вторых,  он  располагает  фонарик  пер­пендикулярно  к  поверхности  документа,  а  это значит,  что  освещенность  зависит  от  угла,  под  которым  свет  падает  на поверхность.

Рис. 3.9. Чтобы прочитать доста­точно мелкий шрифт, нужно уве­личить освещенность страницы

Рис. 3.10. В случае увеличения расстояния до источника света площадь освещенной поверхности увеличивается

И в  конце концов,  для лучшего освещения он просто может взять более мощный фонарик,  так  как  очевидно,  что  с увеличением  силы  света  источника  увеличивается освещенность.

Выясним,  как изменяется освещенность в  случае увеличения расстояния от  точечного  источника  света до  освещаемой  поверхности.  Пусть,  например, световой поток  от  точечного  источника падает  на  экран,  расположенный  на определенном  расстоянии  от  источника.  Если  увеличить  расстояние  вдвое, можно  заметить,  что  один  и  тот же  световой  поток  будет  освещать  в  4  раза Ф большую площадь.  Поскольку ,  то освещенность в этом  случае уменьшится  в  4  раза.  Если  увеличить  расстояние  в  3  раза,  освещенность  уменьшится  в  9 -  З²  раз.  Т.  е.  освещенность  обратно  пропорциональна  квадрату расстояния от точечного источника  света до поверхности  (рис.  3 10).

Если пучок света падает перпендикулярно к поверхности, то световой поток распределяется на минимальной площади.  В случае  увеличения  угла  падения света увеличивается площадь,  на которую падает световой поток, поэтому ос­вещенность уменьшается (рис.  3.11). Мы уже говорили, что в случае увеличе­ния силы света источника освещенность увеличивается. Экспериментально ус­тановлено, что освещенность прямопропорциональна силе света источника.

(Освещенность  уменьшается,  если  в  воздухе  есть  частички  пыли,  тума­на, дыма, так как они отражают и рассеивают определенную часть световой энергии.)

Если поверхность расположена перпендикулярно к направлению распро­странения  света  от  точечного  источника  и  свет  распространяется  в  чистом воздухе,  то освещенность можно определить по формуле:

где I  —  сила света источника, R — расстояние от источника света до поверх­ности.

Рис. 3.11  В случае увеличения угла падения параллельных лучей на поверхность (а₁ < а₂  < а₃) освещенность этой поверхности уменьшается, поскольку падающий световой поток распределя­ется по все большей площади поверхности

3. Учимся решать задачи

Стол освещен лампой,  расположенной на высоте  1,2 м прямо над  сто­лом. Определите освещенность стола непосредственно под лампой,  если пол­ный  световой  поток  лампы  составляет  750  лм.  Лампу  считайте  точечным источником  света.

• Подводим итоги

Физическая  величина,  численно  равная  световому  потоку  Ф,  пада­ющему  на  единицу  освещаемой  поверхности  S,  называется  освещенностью .В  СИ  за  единицу освещенности принят люкс  (лк).

Освещенность поверхности E  зависит:  а) от расстояния R до освещаемой поверхности  б)  от  угла,  под  которым  свет  падает  на  поверхность (чем  меньше  угол  падения,  тем  больше  освещенность);  в)  от  силы  света  I источника  (E - I ) ;  г) прозрачности среды, в которой распространяется свет, проходя от источника до поверхности.

• Контрольные вопросы 

1.  Что называют освещенностью? В каких единицах она измеряется?
2.  Можно ли  читать,  не  напрягая  глаз,  в  светлой  комнате?  на улице при искусственном освещении? при полной луне? 

3.  Как можно уве­личить  освещенность  определенной  поверхности? 

4.  Расстояние  от точечного  источника  света  до  поверхности  увеличили  в  2  раза.  Как при  этом  изменилась  освещенность  поверхности? 

5.  Зависит  ли  ос­вещенность поверхности  от  силы  света источника,  который  освещает эту поверхность? Если  зависит,  то как?

• Упражнения

1. Почему  освещенность  горизонтальных  поверхностей  в  полдень больше,  чем утром  и вечером?

2. Известно,  что  освещенность  от  нескольких  источников  равняется сумме  освещенностей  от  каждого  из  этих  источников  отдельно. Приведите примеры применения  этого правила на практике.

3. После изучения темы  «Освещенность»  семиклассники решили уве­личить освещенность  своего рабочего места:

— Петя  заменил лампочку  в  своей  настольной  лампе  на  лампочку большей мощности;
— Наташа поставила еще  одну настольную лампу;
— Антон поднял люстру,  которая висела над  его столом,  выше;
— Юрий  расположил  настольную  лампу  таким  образом,  что  свет начал падать практически перпендикулярно к  столу.

Какие из  учеников поступили правильно? Обоснуйте ответ.

4. В  ясный  полдень  освещенность  поверхности  Земли  прямыми  сол­нечными  лучами  составляет  100 000  лк.  Определите  световой  по­ток,  падающий на участок площадью  100  см².

5. Определите  освещенность  от  электрической  лампочки  мощностью 60  Вт,  расположенной  на  расстоянии  2  м.  Довольно  ли  этой  осве­щенности для чтения книги?

6. Две  лампочки,  поставленные  рядом,  освещают  экран.  Расстояние от лампочек до экрана  I м. Одну лампочку выключили. На сколько нужно приблизить  экран,  чтобы его освещенность не изменилась?

• Экспериментальное  задание

Для  измерения  силы  света  используют  приборы,  которые  называются фотометрами.  Изготовьте простейший аналог фотометра. Для  этого  возьмите белый лист (экран) и поставьте на нем жирное пятно (например, маслом). Закре­пите лист вертикально и осветите его с двух сторон разными источниками све­та  (S₁, S₂)  (см.  рисунок).  (Свет от источников должен падать перпендикулярно к поверхности листа.) Медленно передвигая один из источников,  сделайте так, чтобы  пятно  стало  практически  невидимым.  Это  произойдет,  когда  освещен­ность пятна с одной и другой стороны будет одинаковой. Т.  е.  E₁ = E₂.

Поскольку  .  Измерьте  расстояние  от  первого  источника до  экрана  (R₁)  и расстояние  от  второго  источника до  экрана  (R₂).

Сравните,  во  сколько раз  сила света первого источника отличается  от  силы света второго источника: .

• Физика и техника в Украина

Научно-производственный комплекс «Фотоприбор»  (г. Черкассы) Сфера  деятельности  предприятия  —   разработка  и  производство приборов точной механики, оптоэлектроники и оптомеханики разно­образного  назначения,  медицинской  и  криминалистической  техники, бытовых товаров, офисных часов представительного класса. HBK «Фо­топрибор» разрабатывает и выпускает перископические  прицелы для разнообразных  артиллерийских  установок,  гирокомпасы,  гироскопы, оптико-электронную аппаратуру для вертолетов, бронетехники, а так­же широкий спектр оптического оборудование и  приборов различного назначения.

Физика. 7 класс: Учебник / Ф. Я. Божинова, Н. М. Кирюхин, Е. А. Кирюхина. — X.: Издательство «Ранок», 2007. — 192 с.: ил.

Содержание урока
 конспект урока и опорный каркас
 презентация урока
 интерактивные технологии 
 акселеративные методы обучения

Практика
 тесты, тестирование онлайн
 задачи и упражнения 
 домашние задания
 практикумы и тренинги
 вопросы для дискуссий в классе

Иллюстрации
 видео- и аудиоматериалы
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 комиксы, притчи, поговорки, кроссворды, анекдоты, приколы, цитаты

Дополнения
 рефераты
 шпаргалки 
 фишки для любознательных 
 статьи (МАН)
 литература основная и дополнительная
 словарь терминов

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 календарные планы
 учебные программы
 методические рекомендации  
 обсуждения

 Идеальные уроки-кейсы

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.