上海中学教室灯光布置合理性初探

上海中学教室灯光布置合理性初探上海中学王子夔指导老师：杨新毅一、引言当今中小学生近视率居高不下的原因不仅仅在于读写姿势有误。学生的读写照明合理与否，也是非常重要的起因之一。那么，合理的照明到底应符合哪一些条件？借助TI-83图形计算机与附带光探头的CBL设计的这个实验，正是对教室光照情况进行量化统计，探索最合理的照明，填补这一方面理论-实验研究上的空白。二、实验方法§2.1研究对象的基本情况：本课题选择上海中学龙门楼普通教室为研究对象。上海中学龙门楼普通教室长8.4米，宽7米，层高3.5米。灯具距离基本工作面（书桌桌面）为1.8米左右。现使用光源为“飞利浦荧光灯管，功率36瓦”（灯具布置见附图A）。由于我国电网使用220伏，50赫兹的交流电源，即电流方向每秒钟变化50次，因而，光照强度会发生相应的变化，即“频闪”（在附一中，我们可以看到各种光照情况下单位时间中光照强度的变化情况），这种情况一般不易察觉，但时间一长，易引起眼睛的疲劳。考虑到课题的实用价值，本阶段的测量均在夜间进行（即室外光照度为0）§2.2实验仪器及取样方式：实验的测量仪器为TI-83图形计算机与附带光探头的CBL，使用有关程序(Physics)进行测量，在每一个测量点上，每半秒取一个数据，共60个。计算后取平均值，最大值，最小值。§2.3实验组织类型及依据：本课题为单组实验。为了真切，实际地反映教室内光照强度的分布，拟采集以下二组数据并对其加以分析：①黑板平面反射光照强度分布情况（黑板为墨绿色磨沙玻璃材质，4.4*1.2米，以40*40厘米为一单位区域，总计布点33个）（考虑到数据的实用价值，测量时将光探头直指黑板平面，距离黑板10厘米，以测的黑板平面反射光照强度分布情况）②座位光照分布情况（选取龙门楼标准教室，以一张课桌为一单位区域，总计布点42个，这组数据十分实用，可充分反映出教室内光照度对学生的影响。）§2.4实验的具体步骤：1、用LINK线连接TI-83+图形计算机与CBL，将光探头插入CBL的CH1。2、运行PRGMPHYSICS程序。3、SETUPPROBES设定被测对象。1）选择1ENTER2）选择7MORE选择1LIGHTENTER3）确定ENTER4、光探头定位：测定座位光照时，将光探头竖直向上放置,定位于书桌对角线的交点；测定黑板光照时，将光探头直指黑板平面，距离黑板10厘米，对准取样区域中心（注意不能晃动）5、收集数据1）选择2COLLECTDATA2）选择2TIMEGRAPH3）输入每次测量光强度的间隔时间0.054）输入测定次数605）确认ENTER6）继续CONTINUE7）系统已准备好ENTER开始测定8）数据收集完毕9）ENTER出现图像6、数据处理1）在图像上移动光标取得数据2）在STATEDIT中取得数据3）取每组数据的最大值，最小值，平均值三、实验结果与分析通过使用TI-83图形计算机与附带光探头的CBL，我们对教室内座位光照分布情况进行了测量与分析。对比这些数据与教室内灯具布置，我们可以看到，教室内灯具的布置与书桌桌面上的照度有着密切的关系。§3.1数据处理我们着重其中的一组数据进了处理，并分析了它的函数变情况，具体如下：某次测定的光强变化情况截取其中一个完整周期的变化情况，以便进行研究用X，Y散点图表示，以便更清楚地表示数据点，并进行函数拟合函数拟合后的结果，以函数表示函数拟合后的结果，以图象显示§3.2误差分析与估计1．某一特定位置的光强变化可近似地看作带绝对值的正弦函数y=|sinX|，但由于实际情况的影响，有一定的偏差。2．虽然测仪器光探头的测试面积很小，但对于一个面积不大于半平方米，且实际书写面积小于50%的书桌来说，可忽略。黑板的情况亦如此。3．光强在此仪器中以能量形式表示，由于荧光灯是冷光源，且测量点距离光源较远，所以，可以认为都是光能，（不存在“热”的因素）四、附录§4.1一些典型条件下光照强度的变化情况：说明：x轴表示时间（单位为秒），y轴表示光照强度（单位为μW/cm2）图一：2001年5月10日晚上8：30教室内日光灯下光照强度变化情况图二：2000年12月14日下午4：20龙门楼前自然光光照强度变化情况天气：多云图三：2000年12月15日早晨9：30龙门楼2楼窗外光照强度变化情况天气：大雾图四：2000年12月15日早晨10：00音乐教室内灯下光照强度变化情况（音乐教室使用老式粗灯管，频闪十分明显）§4.2有关光与光照的一些基本数据：A．某些物质的反射、透射和吸收系数物质反射系数%透射系数%吸收系数%蛋白色玻璃（灯丝清楚地看到）25705蛋白色玻璃（恰好看见灯丝）355510乳白色玻璃（完全不能看见灯丝）503515粉笔、石膏、石灰8515关于照度的一些数据一、各种工作的标准照度（Lx）细小精致的工作100使用有危险性的小的带刃工具100……书写工作75阅读……50二、一些典型情况下的照度（Lx）中午太阳直射下的照度（中纬地区）100000电影摄制场摄制电影时10000阴天室外的照度1000白天的室内（光亮室内离窗不太远）100电影院的银幕上20—80来自满月的照度0.2没有月亮的夜间来自星空的照度0.0003光通量(Lm)=发光强度(cd)*立体角(sr)光照度(Lx)=光通量(lm)/受光面积(m2)发光强度=1cd=1/683(W/sr)发光强度：坎德拉（cd）：此单位是一光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为540000000000000赫兹的单色辐射（绿色光），且在此方向上的辐射强度为1/638瓦特每球面度。