Praktikum Virtual Hukum Kuadrat Terbalik: Intensitas Cahaya

Praktikum virtual hukum kuadrat terbalik ini mengubah praktikum luxmeter menjadi kumpulan data yang bersih dan cepat. Sebuah lampu kecil berperan sebagai sumber titik, dan siswa menggeser luxmeter dari 0,20 m sampai 1,00 m di sepanjang mistar. Dengan lampu ruangan menyala, mereka lebih dulu mencatat cahaya latar saat lampu mati, lalu mengurangkannya dari setiap pembacaan. Grafik E − B terhadap 1/r² memberi garis lurus melalui titik asal, dan lg(E − B) terhadap lg r memberi gradien −2. Setiap nilai di bawah dibaca dari simulasi.

Keterkaitan dengan kurikulum

• NSW HSC Physics, Module 3 (gelombang dan termodinamika): hukum kuadrat terbalik untuk intensitas cahaya dari sumber titik.
• AQA GCSE Physics (khusus fisika): gelombang dapat dipantulkan, diserap, atau diteruskan pada bidang batas; di sini dipakai dalam pengayaan Bahan.
• Key Stage 3 science di Inggris (gelombang cahaya): penerusan cahaya melalui bahan, penyerapan, hamburan baur, dan pemantulan teratur.

Simulic tidak berafiliasi dengan NESA, AQA, maupun Department for Education dan tidak didukung oleh ketiganya.

Sebelum praktikum (5 menit)

Minta siswa menetapkan prediksi, di kertas atau sebagai pertanyaan 1 pada tautan kelas:

"Dengan lampu ruangan mati, luxmeter dipindahkan dari jarak 0,30 m menjadi 0,60 m dari lampu. Apa yang terjadi pada pembacaannya?"

Banyak siswa memilih "menjadi setengahnya".

Langkah kerja dalam simulasi

1. Klik tab Jarak. Biarkan Intensitas cahaya I pada 40 cd dan centang Lampu ruangan.
2. Hilangkan centang Lampu menyala dan tekan Catat. Inilah cahaya latar B. Centang lagi Lampu menyala.
3. Atur Jarak r ke 0,20 m (atau seret pengukurnya) dan tekan Catat.
4. Ulangi pada 0,30, 0,40, 0,50, 0,60, 0,80, dan 1,00 m. Tabel menghitung E − B, 1/r², lg r, dan lg(E − B).
5. Atur Grafik ke E − B terhadap 1/r², lalu ke lg(E − B) terhadap lg r, dan salin garis kecocokan terbaik setiap kali.

r (m)	0,20	0,30	0,40	0,50	0,60	0,80	1,00
E (lux)
E − B (lux)
lg r
lg(E − B)

Hasil yang diharapkan

Pembacaan berfluktuasi sekitar ±0,4%, jadi hasil antarkelompok sedikit berbeda. Pada halaman yang baru dibuka:

r (m)	0,20	0,30	0,40	0,50	0,60	0,80	1,00
E (lux)	1014	459	266	175,5	125,9	77,7	55,0
E − B (lux)	999	444	251	160,7	111,1	62,9	40,2

• Cahaya latar: B = 14,8 lux (lampu ruangan menambah 15 lux).
• E − B terhadap 1/r²: E − B = 39,9 × (1/r²) + 0,6, jadi I ≈ 39,9 cd.
• Grafik log–log: lg(E − B) = −2,00·lg r + 1,60, jadi gradiennya −2 dan I = 10^1,60 ≈ 40,2 cd.
• Tanpa pembacaan cahaya latar: jarak yang sama memberi gradien log–log −1,81, dan garis 1/r² memotong sumbu pada 16,5 lux.
• Pemeriksaan prediksi (lampu ruangan mati): 440 lux pada 0,30 m dan 111,0 lux pada 0,60 m, yaitu seperempatnya.

Pertanyaan untuk siswa

1. (Prediksi, ditanyakan lagi setelah praktikum) Apa yang terjadi pada pembacaan ketika r menjadi dua kali lipat, dari 0,30 m ke 0,60 m?
2. Variabel mana yang harus tetap sama?
3. Dengan lampu ruangan menyala, berapa pembacaan luxmeter pada r = 0,50 m?
4. Berapa gradien grafik lg(E − B) terhadap lg r Anda?
5. Mengapa Anda mencatat cahaya latar lalu mengurangkannya?

Jawaban untuk guru: (1) Turun menjadi seperempatnya. (2) Intensitas cahaya I lampu (dan pencahayaan ruangan). (3) Terima 172–178 lux. (4) Terima −2,05 sampai −1,95. (5) Lampu ruangan menambah sekitar 15 lux pada setiap pembacaan. Pengaruhnya paling besar jauh dari lampu, sehingga data yang tidak dikoreksi turun terlalu lambat (gradien −1,81, bukan −2,00); E − B hanya menyisakan cahaya lampu, E = I/r².

Miskonsepsi umum

• "Dua kali lebih jauh, setengah kali lebih terang." Cahaya menyebar ke luas empat kali lipat, jadi dari 0,30 m ke 0,60 m pembacaan turun dari 440 menjadi 111 lux.
• "Cahaya latar terlalu kecil untuk berpengaruh." Pada 1,00 m, cahaya latar 14,8 lux lebih dari seperempat pembacaan 55,0 lux.
• "Garis lurus berarti sebanding." E terhadap r berupa kurva yang curam; hanya E − B terhadap 1/r² yang berupa garis lurus melalui titik asal.

Pengayaan

Pada tab Bahan (berkas cahaya 30° terhadap garis normal, pengukur pada φ = 30°): di belakang sampel, penyangga kosong terbaca 991 lux, kaca bening 909 lux, dan kaca buram 57,7 lux. Di depan sampel, cermin datar terbaca 902 lux pada 30° dan 0,0 lux pada 60°, sedangkan karton putih kusam terbaca 27,7 lux pada 30° dan 32,0 lux pada 0°. Minta siswa menjelaskan pemantulan teratur dan pemantulan baur dari angka-angka ini.

Pertanyaan umum

Bisakah tautan kelas terbuka di tab Jarak?

Bisa. Pada nilai awal tautan, atur Layar ke Jarak: hukum kuadrat terbalik dan centang Lampu ruangan menyala. Biarkan Intensitas cahaya lampu kecil I pada 40 cd agar jawabannya cocok.

Mengapa pembacaan pengukur berkedip?

Model menambahkan fluktuasi kecil, seperti pada alat ukur sungguhan. Pembacaan yang dicatat memakai benih tetap: memuat ulang atau menekan Atur ulang mengulanginya.

Mengapa gradien E − B terhadap 1/r² sama dengan I?

Karena E = I/r², dengan E dalam lux, I dalam kandela, dan r dalam meter. Hasil kecocokan 39,9 cd berada dalam 0,3% dari 40 cd milik lampu.

Simulasi dan panduan terkait

Lab pencacah Geiger – penyerapan radiasi α, β, γ dan hukum kuadrat terbalik Penglihatan warna – mencampur cahaya dan filter warna

Hukum 1/r² yang sama berlaku untuk sinar gamma dalam praktikum virtual penyerapan radiasi. Untuk praktikum luxmeter lainnya, lihat praktikum virtual hukum Malus.