Question

9．為驗證小燈泡（點光源）光能的球面散射規(guī)律并測定其發(fā)光效率，某同學設計并進行了如圖甲所示的實驗：將一小燈泡接入電路，使之正常發(fā)光，在燈泡燈絲的同一水平面、正對光線方向距燈泡d處放一個光強探頭，以測定單位時間內在單位面積上獲得的光能值，光強用I來表示，若測得多組數(shù)據(jù)，并分別在I-d，I-d^-1和I-d^-2三個坐標平面內得到對應的點，如圖乙所示．

（1）比較圖乙三圖可知：能將I表示為線性關系的圖是C，表達式為I=$\frac{1}{{30{d^2}}}$．
（2）在與光源等距的各點，認為光源向各方向發(fā)出的光強大小幾乎相等，依點光源光能向周圍空氣360°球面均勻散射的物理模型，則光源的發(fā)光功率P₀與光強I、d的關系式為P₀=4πId²．
（3）若燈泡的額定功率為P，則燈泡的電-光轉換效率可表示為η=$\frac{{4πI{d^2}}}{p}100%$．

Answer 1

分析 （1）找出直線，直線表示橫坐標與縱坐標成正比，然后求出斜率；
（2）光強等于單位時間流過單位面積的光能，相同時間內通過各個球面的能量是相等的；
（3）將光源的發(fā)光功率除以電功率，就可以得到發(fā)光效率．

解答 解：（1）圖C為直線，故光強與距離的平方成正比；
表達式為：I=$\frac{k}{hfaymhd^{2}}$
斜率為：k=$\frac{1}{30}$W
故答案為：I=$\frac{1}{{30{d^2}}}$；
（2）光強等于單位時間流過單位面積的光能，故發(fā)光功率為：
P₀=SI=4πd²I  
故答案為：P₀=4πd²I．  
（3）發(fā)光功率為：P₀=SI=4πd²I
發(fā)光效率：η=$\frac{{4πI{d^2}}}{p}100%$
故答案為：6．（1）C，$\frac{1}{{30{d^2}}}$；（2）P₀=4πId²；（3）$\frac{{4πI{d^2}}}{p}100%$．

點評 本題關鍵明確光強的物理意義以及其定義，同時要能結合圖象進行分析計算．