[물리학실험 레포트 보고서] 실험 예비 - 빛의 밝기와 거리

실험 09. 빛의 밝기와 거리
실험 목표
광원으로부터의 거리와 빛의 세기의 관계를 수식으로 표시하라.
실험 기구
기본 설정: 컴퓨터, LapPro(인터페이스), LoggerPro(프로그램)
센 서: 빛 센서
기타 기구: 꼬마 전구 또는 플래시. 자. 전원(배터리 또는 전원 공급기)
실험 원리
우리는 광원에서 가까울수록 밝고 멀수록 어두워짐을 느낀다. 빛 감지기를 써서 빛의 밝기가 광원으로부터의 거리에 따라 어떻게 변하는지 알 수 있다. 이렇게 실험의 결과를 이론으로 얻은 수식과 비교해 본다. 일정한 위치에 있는 작은 광원을 써서 거리가 변함에 따라서 빛의 밝기가 어떻게 달라지는 지 관찰한다.
실험 방법

1. 빛 감지기를 LabPro에 연결한다. 빛의 밝기에 따라서 감도 스위치를 적절한 위치에 놓는다.

2. 전구의 필라멘트를 책상과 수평으로 놓이게 하고 빛 감지기가 그 축 위에 있게 한다. 이렇게 해야 만이 빛 감지기로 전구의 빛 세기를 측정할 때 근사하게 점 광원으로 볼 수 있다.

3. 필라멘트와 빛 감지기가 같은 수직 높이에 놓여져야 한다.

4. 필라멘트의(전구의 유리가 아님) 끝을 자의 0.0cm 점에 놓는다.

5. [일반물리 실험] 폴더에 있는 [09 빛의 밝기와 거리.cmbl] 파일을 열고, 메뉴에서 Save As 선택해서 분반과 조가 표시 되는 파일명으로 저장하시오. (예, 빛의 밝기00반00조) 대응하는 그래프가 스크린에 나타날 것이다. 그래프의 수직 축은 사용하고 있는 감지기의 단위에 대응하는 세기이다. 수평축은 0부터 12cm 까지 수평거리, 즉 감지기와 광원사이 거리를 가리킨다. 계측기 창에서 빛의 세기가 표신된다.

6. 실험실의 불을 꺼서 어둡게 한다. 어두운 방은 좋은 실험결과를 얻을 수 있다. 전구의 주위에는 반사 가능한 표면들이 없어야 한다.

7. 빛 감지기를 전구 필라멘트에서 2cm 되는 곳에 놓고 계측기 창에 표시되는 빛의 세기의 크기를 본다. 감지기를 움직여서 빛의 세기가 변하는 지 확인 한다. 만약 아무런 변화가 없다면 빛 감지기의 감도를 조절하거나 밝기가 보다 약한 광원을 사용한다. 혹은 감지기를 전구와 멀리하고, 3cm 또는 4cm 정도 떨어뜨려서 빛의 세기값을 관찰한다. 빛의 세기와 광원까지의 거리의 관계가 예측했던 바와 같은가

8. 빛 감지기를 전구의 필라멘트와 2cm되는 곳에 놓고 collect 를 눌러서 데이터를 수집한다.

※…(생략)

9. 스크린에 표시된 세기가 안정되면 keep 를 눌러 빛 감지기와 광원사이의 거리를 입력하고 확인 버튼을 눌러서 빛의 세기 값이 자동 입력되도록 한다. 한 점이 그래프 위에 그려질 것이다.

10. 광원과 빛 감지기 사이 거리가 10cm될 때까지 빛 감지기를 광원과 1cm씩 멀리하면서 3의 방법을 반복한다.

11. 데이터의 수집이 끝났다면 stop 를 누른다. 지금 데이터 표의 창에 빛의 세기와 대응되는 거리가 기록되어 있다.

예비 질문

1. 하나의 작은 광원이 두 개의 투명한 구의 중심에 놓여 있다고 가정한다(그림 2). 한 구의 반경은 R이고 다른 하나는 2R이다. 광원에서 나오는 빛의 총량은 I(제로) 이고, 모든 방향으로 고루 퍼져 나간다고 가정할 때, 빛이 안쪽 구의 표면을 통과할 때 빛의 세기는 I라고 가정한다. 만약 빛의 흡수현상이 없다면, 즉 광원에서 나온 모든 빛이 안쪽 구의 표면을 투과하여 저부 바깥 구의 표면에 도달한다면 바깥 구의 표면에 이른 빛의 세기는 얼마인가 아래 물음들을 참고하면서 이 문제를 풀어라.

a. 광원에서 나온 모든 빛이 안쪽 구의 표면에 평균적으로 얼마만큼 도달할 것인가 (힌트 : 빛의 총량이 면에 고루 퍼진다면, 평균적으로 얼마가 되겠는가)

광원에서 나온 모든 빛이 안쪽 구의 표면에 구의 표면적을 구하는 식은 4πr^2이므로 광원 /4πR^2 만큼 될 것이다.