這是我們第二個需要使用智慧手機或平板電腦的活動。請告訴我們您的想法。傳送電子郵件至 editors@sciam.com ，提供關於在本活動以及未來的“將科學帶回家”活動中使用技術的反饋。
關鍵概念
物理學
光
測量
數學
引言
您知道嗎，您可以使用智慧手機作為科學儀器來探索周圍的世界？智慧手機包含許多內建電子感測器，可以測量聲音、光線、運動等現象。在本活動中，您將使用手機或平板電腦上的光感測器來檢查來自不同光源和位置的光線亮度。您客廳裡的閱讀燈與直射陽光相比有多亮？嘗試這個活動來找出答案！
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背景
測量您周圍的事物，例如距離，可能非常熟悉。測量單位，例如英寸或釐米，可以描述兩點之間的距離。但是，在我們周圍的世界中，還有許多其他性質可以轉化為可測量的量。例如，您知道可以測量光線嗎？您可能會用相對於其他事物的程度來描述光線水平，例如“像夜晚一樣黑暗”或“比太陽更亮”，但您可能不會使用數字。但是，正如您可能需要尺子來測量距離一樣，您可以使用工具來測量精確的光單位。
光可以用不同的方式測量。一種測量單位稱為勒克斯，它描述了落在特定區域的光量。（這與流明單位不同，流明單位告訴您光源發出的光線總量。）當您遠離光源時，勒克斯值會變小。如果您考慮一下，這是有道理的：如果您站在距離燈泡 100 英尺遠的地方而不是靠近燈泡的地方，燈泡看起來會暗得多——即使它仍然發出相同的總光量（以流明為單位）。典型的室外勒克斯水平範圍可以從黑暗夜晚的不到 1/1,000 勒克斯到直射陽光下的 30,000 多勒克斯！
這就是智慧手機派上用場的地方。長期以來，一直存在獨立的勒克斯計（例如用於攝影），這些裝置具有光感測器和螢幕，可以以勒克斯為單位顯示光照水平。然而，目前的智慧手機和平板電腦通常包含內建光感測器，這些感測器用於根據光照水平自動調整螢幕亮度（例如，如果您在直射陽光下使用裝置，則使螢幕更亮且更易於檢視，但在較暗的環境中調暗螢幕，使其不會對您的眼睛太亮）。許多手機可以執行應用程式，這些應用程式將以勒克斯為單位顯示光照讀數。要了解更多關於您周圍世界的光照水平，請找到一部智慧手機或平板電腦並開始測量吧！
材料
具有網際網路訪問許可權並允許下載和安裝應用程式的智慧手機或平板電腦
成人（幫助驗證和下載應用程式）
不同的光源（手電筒、檯燈、頂燈等）
不同的位置（黑暗的壁櫥、有窗戶的房間、室外等）
尺子（可選）
準備工作
請成人幫助您在智慧手機或平板電腦上搜索“勒克斯計”或“光度計”應用程式。有許多免費選項可供選擇（請注意，某些應用程式可能啟用了廣告或應用內購買）。
瞭解您的勒克斯計應用程式。有些應用程式只會在螢幕上顯示一個數字，而另一些應用程式則會顯示儀表或圖表。有些還允許您記錄資料。確保應用程式正常工作：將您的手機從黑暗的房間移動到明亮的房間，或者將其靠近燈泡（燈泡既熱又亮，所以這裡要小心），您應該會看到數字波動。
找到裝置上的光感測器。它通常位於手機正面（螢幕所在的一側）的頂部附近。您可以透過在勒克斯計應用程式開啟時用指尖劃過手機表面來做到這一點。當您的手指遮住光感測器時，讀數應該會下降。確保在進行活動時不要意外遮蓋感測器。
注意：某些應用程式可能會以其他單位顯示光照水平，例如“EV”，它代表“曝光值”，用於攝影中測量照射到相機的光量。本活動中解釋的概念仍然適用，您仍然可以比較不同的光源，或者光照水平如何隨距光源的距離而變化。但是，您以 EV 測量的數字與您以勒克斯測量的數字將不相同。
步驟
測試勒克斯讀數如何隨距固定光源的距離而變化。例如，站在頂燈正下方，將手機螢幕朝上握住，然後上下移動手機。或者，橫向握住手機，並在您靠近和遠離落地燈時將其對準落地燈。讀數如何隨距離變化？
現在比較相同距離下的不同人造光源。您可以使用尺子或任何方便的物體（或身體部位，例如您的前臂）作為間隔物。只要保持距離恆定，確切的距離並不重要。手電筒與燈泡相比如何？電視或電腦螢幕的光線呢？您家中最亮的光源是什麼？最暗的光源是什麼？
最後，測量不同位置的環境光照水平。關閉所有人造光源。室外的光照水平與室內的光照水平相比如何？窗簾關閉的房間與窗簾開啟的房間相比如何？您晚上睡覺的房間與白天相比如何？您家中的哪個房間獲得最多的自然光？哪個房間獲得最少？
附加題：嘗試相對於光源傾斜手機，並觀察讀數如何變化。
觀察與結果
您可能已經注意到勒克斯值隨距光源的距離變化有多麼劇烈。當您在房間的另一端遠離燈泡時，您可能只會讀到幾十或幾百勒克斯，但如果您將手機直接靠近燈泡，讀數可能會達到數千甚至數萬。這是因為一種稱為平方反比定律的數學關係。當光從光源向外擴散時，照射到每個區域的光量會迅速下降。太陽離我們非常遙遠，您可能會驚訝地發現直射陽光下的勒克斯讀數如此之高（數萬勒克斯）。這讓我們感受到了太陽本身有多麼明亮！
如果您嘗試傾斜手機，您可能會注意到讀數降低了——即使您的手機與光源的距離沒有改變。表面相對於光源的角度也決定了照射到表面的光量，因為光是直線傳播的。與光線垂直（成 90 度角）的表面將收集最多的光。這就是為什麼太陽能電池板必須直接對準太陽的原因——以及為什麼地球兩極比赤道獲得的光照更少（也更冷）。
擁有測量單位和測量裝置可以更具體地確定和比較不同的環境。例如，您可能會發現，特定範圍的勒克斯值最適合您閱讀書籍。這些測量值可用於設計建築物（如學校），以確保不同區域和活動的光照量合適。
根據您的手機或您使用的應用程式，您能夠測量的數值範圍可能受到限制。例如，某些應用程式可能不顯示十進位制讀數，從而難以測量低於 1 勒克斯的光照水平（換句話說，即使實際讀數為 0.4 勒克斯，該應用程式也會顯示 0 勒克斯）。這在非常黑暗的位置（例如壁櫥內或夜間室外）最常見。最大讀數也可能受到應用程式或手機或平板電腦硬體的限制。例如，您可能只會在直射陽光下的室外看到 10,000 勒克斯的讀數——即使您期望讀數為 30,000 勒克斯或更高。在使用任何測量裝置時，記住這一點很有用。正如尺子的長度無法反映足球場的完整長度一樣——或者廚房溫度計無法告訴我們太陽表面的溫度——許多數字測量工具也無法提供完整的可能測量範圍。
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平方反比定律，光，來自佐治亞州立大學 Hyperphysics
室外和室內場所的推薦光照水平（照度）(pdf)，來自國家光學天文臺
用智慧手機探索科學：分貝計，來自大眾科學 為孩子提供的 STEM 活動，來自科學夥伴
此活動由科學夥伴合作推出
