什么是光的平方反比定律?
平方反比定律指出:点光源发出的光照强度(照度)与到光源距离的平方成反比。也就是说,距离增加一倍,光线照射的面积就扩大到原来的四倍,光照强度随之降到原来的四分之一。这一普适的物理规律广泛应用于摄影布光、舞台与影棚灯光、太阳能板、辐射以及声音传播等众多领域。
如何使用本计算器
先输入在距离 d₁(米)处测得的已知光照强度 E₁(勒克斯),再输入你想了解光强的新距离 d₂。计算器会立即依据平方反比定律算出新距离处的光照强度 E₂。
公式详解
它们之间的关系为 $$E_2 = E_1 \times \left(\frac{d_1}{d_2}\right)^{2}$$ 其中 \(E_1\) 为原始光强,\(d_1\) 为原始距离,\(d_2\) 为新距离。由于距离项需要平方,距离的微小变化都会带来光强的剧烈变动。例如把灯具移到三倍远的位置,亮度就只剩下原来的九分之一。
实例演算
假设一盏灯在 1 米处产生 1000 勒克斯的光照。那么在 2 米处的光强是多少呢?$$E_2 = 1000 \times \left(\frac{1}{2}\right)^{2} = 1000 \times 0.25 = 250\ \text{勒克斯}$$ 光强正好降到原来的四分之一,与定律的预测完全吻合。
常见问题
这个公式适用于任何光强单位吗?适用——只要 \(E_1\) 与计算结果使用相同的单位(勒克斯、W/m²、基于坎德拉的数值等),比值本身就是无量纲的。
距离为什么要平方?因为点光源发出的光会扩散到一个不断变大的球面上,而球面面积随半径的平方增长,所以单位面积上的光强便按平方比例下降。
它适用于激光或大型灯板吗?该定律对点光源是精确成立的。对于准直激光或面积较大的灯板,在靠近光源处衰减会更平缓,但在距离足够远时,仍会趋近于平方反比的规律。