在本次实验中,DrDAQ数据记录器 用于检测来自不同光源的光级的快速变化。可以测量光强变化的频率。
该实验是用电子传感器如何检测光线水平的变化,,这些变化对我们的眼睛来说太快了;适用于高级物理课程的学生。
所需设备:
DrDAQ数据记录器(与PC运行PicoScope),各种光源,如:灯丝灯、、荧光管、电视屏幕、电脑显示器等。
实验设置:
DrDAQ上的光传感器被放置,使得灯泡的光线撞击电路板上的光敏电阻。
有两种方式可以测量信号的频率:
1、从PicoScope图形显示中读取
将DrDAQ连接到PC的并行端口并运行PicoScope。选择通道A的灯(10 ms / div x1)。在DrDAQ附近放置灯丝灯应该能够获得显示周期性的痕迹。要将垂直刻度变化OFF增加到x 5,并使用滑块来定位轨迹。要冻结显示,请点击STOP。测量波的周期(T),并使用f = 1 / T计算频率(f)(注意单位:如果周期在毫秒,则频率将以kHz为单位)。
2、使用频率计
将DrDAQ连接到PC的并行端口并运行PicoScope。选择仪表选项、光和频率。在DrDAQ光传感器附近放置一个灯使频率计显示光强变化的频率。
进行实验:
调查光强随时间的变化如下:
1、灯丝灯
2、荧光管
3、电视屏幕
4、电脑显示器
问题和结果的讨论:
那么为什么一个灯的光强度的观测频率与此不同呢?
灯的亮度与提供给灯泡的电源有关。
下面的草图显示了电源AC灯的电压(电位差)如何随着时间而变化。
添加一个显示V = 0时的轴。
流过灯的电流(I)由V = I×R给出,其中R是灯的电阻。
添加第二条曲线,显示如何随时间变化(不用担心垂直刻度)。
现在,提供给灯的电源由下式给出:功率=电流x电压
使用此方程来绘制一个图表,显示功率如何随时间而变化。
进一步研究:
可以使用光电二极管或光电晶体管作为光检测器来制造改进的传感器。这些具有更快的切换时间(大约1微秒),因此可以比LDR更快地响应光强度的变化。