这是我们第二个需要使用智能手机或平板电脑的活动。请告诉我们您的想法。发送电子邮件至 editors@sciam.com ，提供关于在本活动以及未来的“将科学带回家”活动中使用技术的反馈。
关键概念
物理学
光
测量
数学
引言
您知道吗，您可以使用智能手机作为科学仪器来探索周围的世界？智能手机包含许多内置电子传感器，可以测量声音、光线、运动等现象。在本活动中，您将使用手机或平板电脑上的光传感器来检查来自不同光源和位置的光线亮度。您客厅里的阅读灯与直射阳光相比有多亮？尝试这个活动来找出答案！
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背景
测量您周围的事物，例如距离，可能非常熟悉。测量单位，例如英寸或厘米，可以描述两点之间的距离。但是，在我们周围的世界中，还有许多其他性质可以转化为可测量的量。例如，您知道可以测量光线吗？您可能会用相对于其他事物的程度来描述光线水平，例如“像夜晚一样黑暗”或“比太阳更亮”，但您可能不会使用数字。但是，正如您可能需要尺子来测量距离一样，您可以使用工具来测量精确的光单位。
光可以用不同的方式测量。一种测量单位称为勒克斯，它描述了落在特定区域的光量。（这与流明单位不同，流明单位告诉您光源发出的光线总量。）当您远离光源时，勒克斯值会变小。如果您考虑一下，这是有道理的：如果您站在距离灯泡 100 英尺远的地方而不是靠近灯泡的地方，灯泡看起来会暗得多——即使它仍然发出相同的总光量（以流明为单位）。典型的室外勒克斯水平范围可以从黑暗夜晚的不到 1/1,000 勒克斯到直射阳光下的 30,000 多勒克斯！
这就是智能手机派上用场的地方。长期以来，一直存在独立的勒克斯计（例如用于摄影），这些设备具有光传感器和屏幕，可以以勒克斯为单位显示光照水平。然而，目前的智能手机和平板电脑通常包含内置光传感器，这些传感器用于根据光照水平自动调整屏幕亮度（例如，如果您在直射阳光下使用设备，则使屏幕更亮且更易于查看，但在较暗的环境中调暗屏幕，使其不会对您的眼睛太亮）。许多手机可以运行应用程序，这些应用程序将以勒克斯为单位显示光照读数。要了解更多关于您周围世界的光照水平，请找到一部智能手机或平板电脑并开始测量吧！
材料
具有互联网访问权限并允许下载和安装应用程序的智能手机或平板电脑
成人（帮助验证和下载应用程序）
不同的光源（手电筒、台灯、顶灯等）
不同的位置（黑暗的壁橱、有窗户的房间、室外等）
尺子（可选）
准备工作
请成人帮助您在智能手机或平板电脑上搜索“勒克斯计”或“光度计”应用程序。有许多免费选项可供选择（请注意，某些应用程序可能启用了广告或应用内购买）。
了解您的勒克斯计应用程序。有些应用程序只会在屏幕上显示一个数字，而另一些应用程序则会显示仪表或图表。有些还允许您记录数据。确保应用程序正常工作：将您的手机从黑暗的房间移动到明亮的房间，或者将其靠近灯泡（灯泡既热又亮，所以这里要小心），您应该会看到数字波动。
找到设备上的光传感器。它通常位于手机正面（屏幕所在的一侧）的顶部附近。您可以通过在勒克斯计应用程序打开时用指尖划过手机表面来做到这一点。当您的手指遮住光传感器时，读数应该会下降。确保在进行活动时不要意外遮盖传感器。
注意：某些应用程序可能会以其他单位显示光照水平，例如“EV”，它代表“曝光值”，用于摄影中测量照射到相机的光量。本活动中解释的概念仍然适用，您仍然可以比较不同的光源，或者光照水平如何随距光源的距离而变化。但是，您以 EV 测量的数字与您以勒克斯测量的数字将不相同。
步骤
测试勒克斯读数如何随距固定光源的距离而变化。例如，站在顶灯正下方，将手机屏幕朝上握住，然后上下移动手机。或者，横向握住手机，并在您靠近和远离落地灯时将其对准落地灯。读数如何随距离变化？
现在比较相同距离下的不同人造光源。您可以使用尺子或任何方便的物体（或身体部位，例如您的前臂）作为间隔物。只要保持距离恒定，确切的距离并不重要。手电筒与灯泡相比如何？电视或电脑屏幕的光线呢？您家中最亮的光源是什么？最暗的光源是什么？
最后，测量不同位置的环境光照水平。关闭所有人造光源。室外的光照水平与室内的光照水平相比如何？窗帘关闭的房间与窗帘打开的房间相比如何？您晚上睡觉的房间与白天相比如何？您家中的哪个房间获得最多的自然光？哪个房间获得最少？
附加题：尝试相对于光源倾斜手机，并观察读数如何变化。
观察与结果
您可能已经注意到勒克斯值随距光源的距离变化有多么剧烈。当您在房间的另一端远离灯泡时，您可能只会读到几十或几百勒克斯，但如果您将手机直接靠近灯泡，读数可能会达到数千甚至数万。这是因为一种称为平方反比定律的数学关系。当光从光源向外扩散时，照射到每个区域的光量会迅速下降。太阳离我们非常遥远，您可能会惊讶地发现直射阳光下的勒克斯读数如此之高（数万勒克斯）。这让我们感受到了太阳本身有多么明亮！
如果您尝试倾斜手机，您可能会注意到读数降低了——即使您的手机与光源的距离没有改变。表面相对于光源的角度也决定了照射到表面的光量，因为光是直线传播的。与光线垂直（成 90 度角）的表面将收集最多的光。这就是为什么太阳能电池板必须直接对准太阳的原因——以及为什么地球两极比赤道获得的光照更少（也更冷）。
拥有测量单位和测量设备可以更具体地确定和比较不同的环境。例如，您可能会发现，特定范围的勒克斯值最适合您阅读书籍。这些测量值可用于设计建筑物（如学校），以确保不同区域和活动的光照量合适。
根据您的手机或您使用的应用程序，您能够测量的数值范围可能受到限制。例如，某些应用程序可能不显示十进制读数，从而难以测量低于 1 勒克斯的光照水平（换句话说，即使实际读数为 0.4 勒克斯，该应用程序也会显示 0 勒克斯）。这在非常黑暗的位置（例如壁橱内或夜间室外）最常见。最大读数也可能受到应用程序或手机或平板电脑硬件的限制。例如，您可能只会在直射阳光下的室外看到 10,000 勒克斯的读数——即使您期望读数为 30,000 勒克斯或更高。在使用任何测量设备时，记住这一点很有用。正如尺子的长度无法反映足球场的完整长度一样——或者厨房温度计无法告诉我们太阳表面的温度——许多数字测量工具也无法提供完整的可能测量范围。
更多探索 阅读理解照度：勒克斯的含义？ 来自 All About Circuits
平方反比定律，光，来自佐治亚州立大学 Hyperphysics
室外和室内场所的推荐光照水平（照度）(pdf)，来自国家光学天文台
用智能手机探索科学：分贝计，来自大众科学 为孩子提供的 STEM 活动，来自科学伙伴
此活动由科学伙伴合作推出
