Er­for­schen phy­si­ka­li­scher Zu­sam­men­hän­ge mit dem Fo­to­wi­der­stand / Schü­ler­ver­such

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Ge­rä­te: Auf­bau­tei­le aus dem Optik-Prak­ti­kum: op­ti­sche Bank, Ha­lo­gen­leuch­te, Klemm­fuß, 2 Kro­ko­dil­klem­men, Fo­to­wi­der­stand, Sta­tiv­ma­te­ri­al, 4 Kabel, Netz­ge­rät, Wi­der­stand­mess­ge­rät, Maß­stab

Die Ab­bil­dung zeigt, wie der Wi­der­stand dei­nes Licht­sen­sors mit der Licht­men­ge, die auf ihn trifft, zu­sam­men­hängt. Mit Hilfe die­ser Eich­kur­ve wer­den nun Un­ter­su­chun­gen phy­si­ka­li­scher Zu­sam­men­hän­ge an­ge­stellt.

1. Ver­such

Wie hängt die vom Sen­sor emp­fan­ge­ne Licht­men­ge von der Ent­fer­nung zur Lampe ab? Von vorn­her­ein klar ist, dass er um so we­ni­ger emp­fängt, je wei­ter die Licht­quel­le ent­fernt ist. Aber wie genau?

Stel­le die Lampe im Ab­stand 4 cm vom Fo­to­wi­der­stand auf. Re­gu­lie­re die Hel­lig­keit so, dass R = 1 kΩ ist. Der Ab­stand wird schritt­wei­se bis auf 10 cm ver­grö­ßert.

a) No­tie­re in einer Ta­bel­le zu jeder Ent­fer­nung den zu­ge­hö­ri­gen Wi­der­stands­wert.

b) Er­mitt­le mit der Eich­kur­ve, wel­che Licht­men­ge bei jeder Ent­fer­nung auf den Sen­sor trifft.
Er­gän­ze die Ta­bel­le.

c) Da die emp­fan­ge­ne Licht­men­ge klei­ner wird, wenn die Ent­fer­nung ver­grö­ßert wird, wer­den fol­gen­de Hy­po­the­sen ge­äu­ßert:

A: Die Licht­men­ge ist pro­por­tio­nal zu   .

B: Die Licht­men­ge ist pro­por­tio­nal zu   .

C: Die Licht­men­ge ist pro­por­tio­nal zu   .

Un­ter­su­che, wel­che Hy­po­the­se am ehes­ten zu­trifft.

2. Ver­such

Der Sen­sor wird von der Lampe be­leuch­tet.

Heiko sagt: „Die elek­tri­sche Leis­tung der Lampe ist  P = U ∙ I.  Wird diese ver­rin­gert, ge­langt we­ni­ger Licht zum Sen­sor. Ich denke, P ist pro­por­tio­nal zur Licht­men­ge, die auf den Sen­sor trifft. Das heißt z.B., dass bei hal­ber Leis­tung auch nur die halbe Licht­men­ge auf den Sen­sor trifft.“

Anke sagt: „Ja, aber ...“

Un­ter­su­che, ob Hei­kos Ver­mu­tung zu­trifft und über­le­ge dann, was Anke wohl er­wi­dern könn­te.

Start­hil­fe: Die Span­nung am Netz­ge­rät be­trägt zu­nächst 10 V. Re­gu­lie­re den Ab­stand des Sen­sors zur Lampe so, dass der Wi­der­stand des Sen­sors 1 kΩ be­trägt. Die­ser Ab­stand bleibt jetzt fest. Die Span­nung wird schritt­wei­se bis auf 5 V ab­ge­senkt. Die Strom­stär­ke (am Netz­ge­rät) und der Wi­der­stand des Sen­sors wer­den je­weils ge­mes­sen.

 

Schü­ler­ver­such: Her­un­ter­la­den [pdf] [228 KB]