Zobrazit na úvodní stránce článků

Na začátek článku
Titulka > Modul články > gymnaziální vzdělávání > Závislost osvětlení na vzdálenosti od zd...

Ikona prakticky

Závislost osvětlení na vzdálenosti od zdroje

Ikona inspirace
Autor: Naděžda Vogalová
Anotace: V příspěvku bude proměřena závislost intenzity osvětlení na vzdálenosti od zdroje světla.
Podpora výuky jazyka:
Klíčové kompetence:
  1. Gymnázium » Kompetence k řešení problémů » rozpozná problém, objasní jeho podstatu, rozčlení ho na části
Očekávaný výstup:
  1. gymnaziální vzdělávání » Člověk a příroda » Fyzika » Fyzikální veličiny a jejich měření » měří vybrané fyzikální veličiny vhodnými metodami, zpracuje a vyhodnotí výsledky měření
Mezioborové přesahy a vazby: Nejsou přiřazeny žádné mezioborové přesahy.
Průřezová témata:

Nejsou přiřazena žádná průřezová témata.

Organizace řízení učební činnosti: Frontální, Skupinová
Organizace prostorová: Školní třída, Specializovaná učebna
Nutné pomůcky: zdroj světla (svíčka, čelovka, u které lze rozsvítit pouze jednu diodu, či jiný dostatečně bodový zdroj), metr, Vernier LabQuest, čidlo intenzity světla (LS-BTA), počítač
Klíčová slova: osvětlení, Vernier LabQuest

Text článku:

Čas na přípravu a provedení experimentu

Příprava pomůcek trvá několik minut.

Čas na proměření úlohy je maximálně 15 minut. (Bez následné diskuze s žáky.)

Potřebné pomůcky

Obr. 1 Potřebné pomůcky
Autorka: Naděžda Vogalová

  • zdroj světla (svíčka, čelovka, u které lze rozsvítit pouze jednu diodu, či jiný dostatečně bodový zdroj)
  • délkové měřidlo
  • Vernier LabQuest
  • čidlo intenzity světla (LS-BTA)
  • počítač

Příprava experimentu

Je potřeba si připravit dostatečně bodový zdroj světla, např. svíčku, u které je nutné, aby moc nekolísal plamen a aby rychle neodhořívala, nebo čelovku, na které lze rozsvítit pouze jednu diodu (zde je nutné předem proměřit, zda čelovka nesnižuje osvětlení v závislosti na vybíjení baterií).

Připojit Vernier LabQuest k počítači, na kterém je nainstalovaný program Logger Lite (zdarma ke stažení na www.vernier.cz). K Vernier LabQuestu připojit luxmetr LS-BTA a toto čidlo umístit do úrovně zdroje světla (uspořádání experimentu viz obr. 1).

Provedení experimentu

  • Před experimentem

Nejprve je dobré ve třídě položit otázku, co se bude dít s osvětlením, pokud se budeme vzdalovat od zdroje. Žáci z vlastních zkušeností vědí, že čím dál jsou od zdroje osvětlení, tím je osvětlení menší. Dále je dobré zjistit, jak rychle podle nich intenzita klesá s rostoucí vzdáleností: zda lineárně, kvadraticky či jinak.

  • Experiment

V počítači spustíme program Logger Lite. Dle obr. 2 nastavíme potřebné údaje (Mode: události se vstupy, Column Name: Vzdálenost od zdroje, Short Name: vzdálenost, Units: cm).

 

Změna údajů
Obr. 2 Změna údajů

Po nastavení těchto údajů můžeme začít měřit, a to stisknutím zeleného tlačítka Play (viz obr. 3).

Play
Obr. 3 Play

Dále umístíme čidlo světla do námi zvolené vzdálenosti (např. 5 cm) a klikneme na modré kolečko Zachovat (viz obr. 4)

Uložení naměřené hodnoty
Obr. 4 Uložení naměřené hodnoty

Do okna, které se objeví, vepíšeme vzdálenost čidla od zdroje a klikneme na OK. Tímto se nám hodnota osvětlení zanese do grafu.

Poté posuneme čidlo např. na vzdálenost 7 cm od zdroje, opět klikneme na modré kolečko Zachovat a vzdálenost změníme na 7 cm. Kliknutím na OK se i tato hodnota zanese do grafu. Takto pokračujeme až do vzdálenosti, kde se osvětlení už téměř nemění. Poté klikneme na červený obdélníček Zastavit, čímž ukončíme měření.

Získáme graf podobný grafu na obr. 5.

Naměřený graf
Obr. 5 Naměřený graf
  • Výsledek a rozebrání experimentu

Z grafu je vidět, že osvětlení se vzdáleností klesá. Je také vidět, že klesá rychleji než lineárně.

Pro přesné určení závislosti je nutné přenést naměřené hodnoty, např. do Excelu, zde vytvořit graf, přidat spojnici trendu (mocninnou) a zobrazit rovnici regrese. Z rovnice regrese je patrné, že náš graf nejvíce odpovídá funkční závislosti `1/x^2`.

Tato závislost se dala odhadnout již předem. Osvětlení se šíří do plochy koule, jejíž povrch roste s druhou mocninou poloměru.

Na co si dát při provádění experimentu pozor

  • Je nutné nastavit vhodný rozsah světelného čidla.
  • Zvolit vhodný zdroj osvětlení (např. zdroj napájený stejnosměrným proudem či svíčku).
  • Pokud volíme zdroj napájený bateriemi, je nutné zjistit, zda osvětlení měřitelně neklesá kvůli vybíjení baterií.
  • Je nutné používat dostatečně bodový zdroj osvětlení (není vhodná např. žárovka, či čelovka s více diodami).
  • Pokus provádět v místnosti se stálým osvětlením, pozor i na drobnosti jako zakrytí slunce mraky.

Co by si měli žáci z tohoto experimentu odnést

  • Osvětlení s narůstající vzdáleností od zdroje klesá. Klesá rychleji než lineárně.
  • Osvětlení klesá s druhou mocninou vzdálenosti.
  • Osvětlení klesá s druhou mocninou vzdálenosti, protože se rozkládá do povrchu koule, jejíž povrch roste s druhou mocninou poloměru.
  • Pár poznatků o zpracovávání naměřených dat v Excelu. (Vytvoření grafu, nalezení rovnice regrese, ...)
Anotované odkazy:
Příspěvek nemá přiřazeny žádné anotované odkazy.
Přiřazené DUM:
Příspěvek nemá přiřazeny žádné DUM.
Přiřazené aktivity:
Příspěvek nemá přiřazeny žádné aktivity.
 
INFO
Publikován: 27. 06. 2011
Zobrazeno: 5412krát
Hodnocení příspěvku
Hodnocení týmu RVP:
Hodnocení článku : 3

Hodnocení uživatelů:
Hodnocení článku : 5
Hodnotit články mohou pouze registrovaní uživatelé.

2 uživatelé Hodnocení článku : 5
zatím nikdo Hodnocení článku : 4
zatím nikdo Hodnocení článku : 3
zatím nikdo Hodnocení článku : 2
zatím nikdo Hodnocení článku : 1
Jak citovat tento materiál
VOGALOVÁ, Naděžda. Závislost osvětlení na vzdálenosti od zdroje. Metodický portál: Články [online]. 27. 06. 2011, [cit. 2017-10-19]. Dostupný z WWW: <https://clanky.rvp.cz/clanek/c/G/11687/ZAVISLOST-OSVETLENI-NA-VZDALENOSTI-OD-ZDROJE.html>. ISSN 1802-4785.
Doporučte materiál
Licence Licence Creative Commons

Všechny články jsou publikovány pod licencí Creative Commons.


Komentáře RSS komentářů článku
1.Autor: Recenzent1Vloženo: 27. 06. 2011 09:36
V článku je popsán způsob měření fyzikální veličiny prostřednictvím využití digitálních technologií, což považuji z hlediska výuky fyziky ve školní praxi za velmi užitečné a v současnosti vlastně nezbytné.
1.Autor: Jakub JermářVloženo: 28. 06. 2011 09:48

Pokud se rozhodneme pro využití školního systému Vernier, lze použít i úspornější varianty:

a) k připojení senzoru k počítači můžeme využít místo dataloggeru LabQuest levnější rozhraní Go!Link (http://www.vernier.cz/produkty/podrobne-informace/kod/GO-LINK)

b) lze využít jedodušší světelnou sondu Vernier TILT-BTA s omezenějším rozsahem (http://www.vernier.cz/produkty/podrobne-informace/kod/TILT-BTA)

c) používáme-li datalogger LabQuest, můžeme měřit i bez připojení k počítači (tj. na jeho dotykovém barevném displeji), to může být vhodnější např. při laboratorní práci, kdy úlohu plní dvojice či trojice žáků

2.Autor: Pavel BöhmVloženo: 28. 06. 2011 11:40

Dělal jsem to se svými studenty na semináři. Očekával jsem, že světlo svíčky nebude příliš stabilním zdrojem a bude to působit potíže, ale šlo to se svíčkou překvapivě dobře. Přesto doporučuji zvolit spíše nějakou žárovku. Studenty to bavilo a naučili se při té úloze i mnoho vedlejších věcí, jako třeba že není nutné měřit nutně s pravítkem, že stačí měřit vzdálenost v násobcích délky gumy na gumování a podobně :o).

Okna v místnosti obecně působí problémy a velmi experiment ovlivňují, proto doporučuji zatemnit nebo mít dostatečně silný zdroj (třeba 300W žárovku), který okno s přehledem přesvítí, nebo to aspoň dělat směrem k tabuli a od tabule (tedy v konstantní vzdálenosti od okna. Obecně je potřeba nad vlivem jiných zdrojů přemýšlet a nenechat se tím zaskočit.