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(1)小灯泡(点光源)发出的光沿半径向外传播,在单位时间内通过与传播方向垂直的单位面积的光能叫做光强.有同学设计并进行了如图1所示的实验:将一个“6伏,8.0瓦”的小灯泡接入

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(1)小灯泡(点光源)发出的光沿半径向外传播,在单位时间内通过与传播方向垂直的单位面积的光能叫做光强.有同学设计并进行了如图1所示的实验:将一个“6伏,8.0瓦”的小灯泡接入电路,使之正常发光,在灯泡灯丝的同一水平面、正对光线方向放一个光强传感器,以测定与光源间距为d时相应的光强值I,测得多组数据;将数据标在I-1/d2坐标图2上,得到一根过原点的直线.根据图线,求出该小灯泡将电能转化为光能的效率.(已知球表面积计算公式为S=4πR2,R为球半径)
(2)图3,L1、L2为两盏额定电功率为200瓦照明用的路灯,其发光效率与光能的传播规律同上述实验.L1,L2安装在离地面高5米处,P为路灯连线中点的正下方路面上的一点,为使照射到P点的光强不小于0.013瓦•米-2,则相邻两盏路灯之间的最远距离为多少?
▼优质解答
答案和解析
(1)由图象可知,
1
d2
为1.5×102m-2处,即d2=
1
150
m2处的光强为I=5W/m2
则在以d为半径的球面上在时间t=1s内的光能E=4πd2It=4π×
1
150
m2×5W/m2×1s≈0.42J,
在1s内灯泡消耗的电能W=Pt=8W×1s=8J,小灯泡将电能转化为光能的效率η=
E
W
×100%=
0.42J
8J
×100%=5.25%;
答:该小灯泡将电能转化为光能的效率是5.25%.
(2)设一盏路灯的电功率为P0,地面P点跟路灯的连线与地面的夹角为θ,
则地面P点处垂直光的传播方向上的光强为I=K′×
1
d2
=
ηP0
4π(
h
sinθ
)2

两盏完全相同的灯同时照射,地面的实际光强为
ηP0
4π(
h
sinθ
)2
×2sinθ,
由题意知:P点的光强不小于0.013W/m2,当光强为:0.013W/m2时,
ηP0
4π(
h
sinθ
)2
×2sinθ=
ηP0
2πh2
(sinθ)3=0.013W/m2
把P0=200W,h=5m代入上式,解得:sinθ=0.581,θ=35.52°,
两灯之间的最大距离为L=2
h
tanθ
=2×
5m
tan35.52°
≈14m;
答:相邻两盏路灯之间的最远距离为14m.
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