频闪及频闪效应
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荧光灯会闪烁. 以 40 W 日光 灯为 例, 闭 合开 关, 在启 辉器和镇流器的配合作用下, 灯管两端产 生瞬间 400~ 500 V 的高电压, 管内氩气导电后, 启辉器两端电压迅速降低而 断开, 由于镇流器的自感作 用, 220 V 的交流 电变为 108 V 左右的交流 电. 灯管里 的水银 蒸汽受 电流热 作用而辐 射强 紫外线, 紫外线照射在涂有荧光粉的灯管内表面上, 发出类 似日光的/ 白光0 . 由于日光灯是在交流电压下工作的, 瞬时 电压时高时低, 紫外线时强时弱, 日光灯亮度也随之时强时 弱, 造成荧光闪烁, 对于 50 Hz 的 交流 电, 由日 光灯的 工作 原理可知荧光每秒闪烁 100 次.
6 个白色长条、3 个 白色 长 条; 当 H1 =
P 6
+
43P, H2 =
P 3
+
43P, H3= 23P+ 43P, , , 将第 3 次出 现匀 称的 12 个白 色长
条、6 个白色长条、3 个白色长条 , ,. 若转速稍大于上述转
速, 我们会看到白长条顺转( 逆时针), 若转速稍小于上述转
明由下式确定:
HA = 2Pf nT 0( n= 0, 1, 2, ,)
( 2)
其中 HA 分别表示 A 叶片在 t 时刻 相对 x 轴正 向的角 度, t
= nT 0 , n 为正整数. 利用( 2) 式, 我们就 能很容 易地推 出下
列几个结论.
(
1
)
当
f f
0
=
1 3k
(
k
为 一确 定的 正整数 )
间隔的不连续状态. 容易看出, 这样记录下的 画面完全等效
于用一个频率与摄影机摄 影频率相同的周期性光源照明螺
旋浆时所看到的情 况. 因 此, 只要做这 样一种 等效, 我们 仍
可用前面的讨论定性或定 量地分析电影上所看到的那种视
觉/ 反转0现象.
参考文献:
1 国承山. 从风叶反转现象说起. 光的世界, 1986( 2) : 26
不仅荧光灯会闪烁, 放电影时, 放映机镜头前的遮光片 每秒遮光 24 次, 所以 银幕上 的反射 光也有 每秒 24 次 的闪 烁. 电视机工作时, 每秒钟有 50 次闪烁.
光源的快速闪烁称频闪, 研究资料表明: 人能融合的频 闪是每秒 30~ 40 次, 人在低 于此频 率的光 源下观 察物 体, 眼睛容易感到疲劳, 心理上也有不良影响, 如在一闪一闪的 旧日光灯下观看物体. 又如在 隧洞中, 驾驶 汽车的 司机, 面 对一个一个 接踵而来的 照明路灯, 相 当于在 频闪光源 下工 作, 如果车速不当, 也会因 接受闪烁 而产生 视觉疲 劳, 甚至 酿成车祸. 2 频闪效应的应用
常使用的风扇, 这个条件总是满足的.
最后, 我们再对电影上 常见到 的一种类 似现 象作一 简
单说明. 在电影上, 我们常可看到飞机的螺旋 浆上也出现视
觉/ 反转0现象. 但是我们 知道飞 机的螺 旋浆通 常并不 是用
周期性光源照明的. 然而, 摄影机拍摄螺旋浆 时却是以不连
续的方式进行的, 即摄影 机记录 的只是 一些具有 一定时 间
请分别求出上述 3 种图形出现 时圆盘的角速度.
解析: 设某时刻各白色长条位置如
图 2, 并 设此 时 刻日 光灯 发 光最 强, 对
于 50 Hz 的交流电源, 从一次 发光最强
到照明光第 2 次发光最强经历 时间 T 0
= 0. 01 s. 在这 段 时 间内, 若白 色 长条
A
逆时针 旋转 角度
物理教师 PH YSICS T EA CHER
第 31 卷第 7 期 2010 年
2P
X3 =
HT30=
3 0. 01
=
2
00 3
P(
rad/
s)
.
盘面出现 3 个白色长条.
进一步地定性讨论知道, 当 上述 H1 =
P 6
+
23P, H2=
P 3
+ 23P, H3 = 23P+ 23P, 将第 2 次出 现匀称的 12 个 白色长 条、
频闪有时有害, 有时却能为人所用. ( 1) 平动效应 利用频闪可证明: 日 光灯的 发光强度 和颜 色是随 时间 作周期性变化的. 我们知道, 在黑暗中迅速移动燃着的香, 香的亮点会变 成一条亮线, 设想亮点在移动过程中闪烁数次, 这条亮线将 变得断断续续. 亮的瞬时, 对应的轨迹是亮的; 暗的瞬时 , 对 应的轨迹会暗得看不见. 用这个道理可以证明日 光灯是 一闪一 闪地发 光, 是闪 烁光源. 当然, 迅速移动日 光灯是困 难的. 我们 可以拿 一小 块窄的白纸片, 在日光灯下迅速地来回移动, 将看到纸片的 运动轨迹是断断续续的 (在 电视机 前移动效 果更明 显), 这 说明日光灯是闪烁光源. 有趣的是, 当你拿着光亮物体如银白色的钢笔帽, 在日 光灯下平行 于灯管迅速 地来回移 动时, 它那 较亮的运 动轨 迹将使你感到惊奇. 断断续续的轨迹中, 那一段段间断的地 方并没有间断, 仍有橙色光相连. 即它的运动轨迹竟是白橙 相间的彩色光带, 且白 的部分 略带青 色. 如 用一个 平面 镜, 可以更清楚地看到这一彩色光带, 手拿平面镜, 让它以平行
f 和光源的变化周期 T 0 之间满足 关系
m# 2Pf T 0 =
2 3
P.
(1)
这时风扇图是稳定的( m 为一确定的正整数) .
图3 上面讨论的是在叶片转速和照明光变化周期(或频 率) 满足特定关系(1)式 时的情 况. 这 时风扇 图是稳 定的, 如当 m= 3 时观察到的即 为图 3( d) 的图 样. 当叶片 转速发 生变 化而不满足( 1) 式时, 风 扇图也 随之发 生变化. 如果 f 稍微 减小了一点, 则叶片每转动 1 周, 图 3 所示的那些较亮的位 置就比上一次的位置稍 微落后 一些( 相对叶 片转动 方向) , 由于转动很快, 看上去就感到是整个风扇图在顺时针转 动. 反之, 如果 f 在( 1) 式的 基础上 稍微增 大一点, 类似 的分析 可知, 风扇图看上去将逆时针转动. 一般情况下, 各叶片 恰好对 应光最亮 的角 度位置 可证
时,
叶片 只在 下
列角度位置上对应照明光 最强:
H明 =
2 Pl 3k
.
( l= 1, 2, ,, 3k )
( 3)
(3)式说明 , 风扇 图 上共 有 3k 条 明纹, 且 图样 不随 时间 变
动.
( 2) 当ff0 =
1 3k
+
$( $ 为一微小增量) 时,
风扇图明 纹的
位置变为
H明 =
2 Pl 3k
3 的整数倍. 简单地说 , 风扇图就是 照明光光 强的周期 性变
化引起的, 它的转动状态 由风扇 转速和 照明光变 化的频 率
的比值所确
定.
当
风扇转
速从
f 3
0
k
-
| $|
变到
f 3
0
k
+
|
$|
时风
扇图将由顺时针转 动改为逆 时针转 动, 从而导致 视觉上 的
叶片/ 反转0.
由上面的讨论我们 还可以 看到风 扇图的 一个 用途, 就
如图 1 表示 一 圆盘, 盘面 上 除 了
图中所示 3 个形 状相 同、彼 此间 隙 相
等、匀称分布着的白色 长条外, 其余 部
分都涂成 黑 色. 在一 转 速连 续可 调 的
直流电机 的 驱动 下, 盘 可以 绕通 过 圆
心并垂直 于 盘面 的轴 逆 时针 转动. 当
圆盘迅速转动时, 在白炽 灯( 非频闪 光
当两次最强光经历的 时间 T 0 = 0. 01 s 内圆 盘逆时 针
旋转
P 3
时,
有
P
X2=
H2 T0
=
3 0. 0
1=
1030P( r ad/ s) .
盘面出现 6 个白色长条.
当两次最强光经历的 时间 T 0 = 0. 01 s 内圆 盘逆时 针
旋转 23P时, 有
) 51 )
V ol. 31 N o. 7 ( 2010)
第 31 卷第 7 期 2010 年
物理教师 PHY SICS T EA CHER
V ol. 31 N o. 7 ( 2010)
# 物理# 技术# 社会#
频闪及频闪效应
陈少平1 吴校习2
( 1. 宜春中学, 江西 宜春 336000; 2. 宜春学院, 江西 宜春 336000)
在荧光 灯的 照射 下, 我们 启动 电风 扇, 会 看到 扇 叶转 动, 然后是停转, 反转、停转 , ,, 这类现象叫频闪效应. 1 光源的闪烁
+
2Pn$. (
l=
1, 2,
,,
3k)
( 4)
其中 n 随时间增加而增大. 显然, 此时如果 $> 0, 图样
将逆时针转动; 如果 $< 0, 风扇图则顺时针转动 . 这与 我们
前面的定性分析的结果是 wenku.baidu.com致的.
上述讨论的结果与 我们的 实际观 察是相 符合 的. 对 于
三叶片电风扇上的 风扇图, 明条 纹( 或暗纹) 的 数目只 能是
速, 我们会看到白色长条/ 反转0( 顺时针) .
再深入一步的定量讨论如下:
我们以常见的三叶 片电风 扇为 例. 假设叶 片以 转速 f
( r / s) 逆 时针 旋 转, 照 明光 光 强 变化 的 频 率 为 f 0 ( 周期 为 T 0) ; 开始时( t= 0) , 叶片的 位置如图 3( a) 所示, 并假 设此
时照明光恰为最强, 叶片上有较 强的散射 光. 到照 明光第 2
次为最强经历的时间为 T 0, 在这段 时间内, 每 个叶片 转过 了一角度 2 Pf T 0, 如图 3( b) 所示, 此时叶片上又有较强的反 射光, 而叶片处于这两 个位置 之间时, 照明 光很弱, 叶 片上
的反射光也很弱. 同理, 到时刻 t= 2T 0 , 叶片转到图 3( c) 所 示位置, 这时照明光恰 好又为 最强. 显然, 如果 叶片的 转速
P 6
,
A
以 后以 如此
图2
转速转 一周 回到 初 始位 置, 期 间有 12
次最强光照射, 白色长条 有 12 次反射 最强光. 两 次强光 之
间室内相对黑 暗, 白 色长 度转 动过程 观察 不到, 只 看到 12
个白色长条匀称地分布在 盘面上. 此时有
P
X1=
H1 T0
=
6 0. 0
1=
503P( rad/ s) .
( 收稿日期: 2009- 12- 08)
) 52 )
图1
源) 的照明下, 盘面上将显示出一个宽度等于 长条长度的白
色圆环, 如果改用日光灯(频闪光源) 照明, 并 且使圆盘转速
由零开始缓慢增加, 则在盘面上先后呈现出以下图形:
( 1) 12 个白色长条匀称地分布在盘面上;
( 2) 6 个白色长条 匀称地分布在盘面上;
( 3) 3 个白色长条 匀称地分布在盘面上.
是可以利用它的 条纹数 与风 扇转 速 f 及光 强变 化频 率 f 0 之间的关系, 定性或定量 地测定 风扇的 转速或照 明光的 变
化频率. 例如对于恒定的风扇图这种简单情况, 只要数出条
纹总数 3 k, 就可以很容易地由
f
=
f0 3k
( 5)
推算出 f 或 f 0 . 不过( 5) 式只适用于 f [ f 0 的情况, 对 于通
于日光灯灯管的某直线为轴, 迅速地来回转动, 像夏天摇扇
子一样, 不过要很快, 你可以看到灯管的虚像 在镜后迅速地
频频闪过, 虚像的运动轨 迹是更 加清晰 的橙白相 间的彩 色
光带. 这证明: 日光灯 灯光的 颜色, 也是随 时间作 周期性 变
化的.
( 2) 转动效应
利用/ 频闪0可测转动物体的转 速.
6 个白色长条、3 个 白色 长 条; 当 H1 =
P 6
+
43P, H2 =
P 3
+
43P, H3= 23P+ 43P, , , 将第 3 次出 现匀 称的 12 个白 色长
条、6 个白色长条、3 个白色长条 , ,. 若转速稍大于上述转
速, 我们会看到白长条顺转( 逆时针), 若转速稍小于上述转
明由下式确定:
HA = 2Pf nT 0( n= 0, 1, 2, ,)
( 2)
其中 HA 分别表示 A 叶片在 t 时刻 相对 x 轴正 向的角 度, t
= nT 0 , n 为正整数. 利用( 2) 式, 我们就 能很容 易地推 出下
列几个结论.
(
1
)
当
f f
0
=
1 3k
(
k
为 一确 定的 正整数 )
间隔的不连续状态. 容易看出, 这样记录下的 画面完全等效
于用一个频率与摄影机摄 影频率相同的周期性光源照明螺
旋浆时所看到的情 况. 因 此, 只要做这 样一种 等效, 我们 仍
可用前面的讨论定性或定 量地分析电影上所看到的那种视
觉/ 反转0现象.
参考文献:
1 国承山. 从风叶反转现象说起. 光的世界, 1986( 2) : 26
不仅荧光灯会闪烁, 放电影时, 放映机镜头前的遮光片 每秒遮光 24 次, 所以 银幕上 的反射 光也有 每秒 24 次 的闪 烁. 电视机工作时, 每秒钟有 50 次闪烁.
光源的快速闪烁称频闪, 研究资料表明: 人能融合的频 闪是每秒 30~ 40 次, 人在低 于此频 率的光 源下观 察物 体, 眼睛容易感到疲劳, 心理上也有不良影响, 如在一闪一闪的 旧日光灯下观看物体. 又如在 隧洞中, 驾驶 汽车的 司机, 面 对一个一个 接踵而来的 照明路灯, 相 当于在 频闪光源 下工 作, 如果车速不当, 也会因 接受闪烁 而产生 视觉疲 劳, 甚至 酿成车祸. 2 频闪效应的应用
常使用的风扇, 这个条件总是满足的.
最后, 我们再对电影上 常见到 的一种类 似现 象作一 简
单说明. 在电影上, 我们常可看到飞机的螺旋 浆上也出现视
觉/ 反转0现象. 但是我们 知道飞 机的螺 旋浆通 常并不 是用
周期性光源照明的. 然而, 摄影机拍摄螺旋浆 时却是以不连
续的方式进行的, 即摄影 机记录 的只是 一些具有 一定时 间
请分别求出上述 3 种图形出现 时圆盘的角速度.
解析: 设某时刻各白色长条位置如
图 2, 并 设此 时 刻日 光灯 发 光最 强, 对
于 50 Hz 的交流电源, 从一次 发光最强
到照明光第 2 次发光最强经历 时间 T 0
= 0. 01 s. 在这 段 时 间内, 若白 色 长条
A
逆时针 旋转 角度
物理教师 PH YSICS T EA CHER
第 31 卷第 7 期 2010 年
2P
X3 =
HT30=
3 0. 01
=
2
00 3
P(
rad/
s)
.
盘面出现 3 个白色长条.
进一步地定性讨论知道, 当 上述 H1 =
P 6
+
23P, H2=
P 3
+ 23P, H3 = 23P+ 23P, 将第 2 次出 现匀称的 12 个 白色长 条、
频闪有时有害, 有时却能为人所用. ( 1) 平动效应 利用频闪可证明: 日 光灯的 发光强度 和颜 色是随 时间 作周期性变化的. 我们知道, 在黑暗中迅速移动燃着的香, 香的亮点会变 成一条亮线, 设想亮点在移动过程中闪烁数次, 这条亮线将 变得断断续续. 亮的瞬时, 对应的轨迹是亮的; 暗的瞬时 , 对 应的轨迹会暗得看不见. 用这个道理可以证明日 光灯是 一闪一 闪地发 光, 是闪 烁光源. 当然, 迅速移动日 光灯是困 难的. 我们 可以拿 一小 块窄的白纸片, 在日光灯下迅速地来回移动, 将看到纸片的 运动轨迹是断断续续的 (在 电视机 前移动效 果更明 显), 这 说明日光灯是闪烁光源. 有趣的是, 当你拿着光亮物体如银白色的钢笔帽, 在日 光灯下平行 于灯管迅速 地来回移 动时, 它那 较亮的运 动轨 迹将使你感到惊奇. 断断续续的轨迹中, 那一段段间断的地 方并没有间断, 仍有橙色光相连. 即它的运动轨迹竟是白橙 相间的彩色光带, 且白 的部分 略带青 色. 如 用一个 平面 镜, 可以更清楚地看到这一彩色光带, 手拿平面镜, 让它以平行
f 和光源的变化周期 T 0 之间满足 关系
m# 2Pf T 0 =
2 3
P.
(1)
这时风扇图是稳定的( m 为一确定的正整数) .
图3 上面讨论的是在叶片转速和照明光变化周期(或频 率) 满足特定关系(1)式 时的情 况. 这 时风扇 图是稳 定的, 如当 m= 3 时观察到的即 为图 3( d) 的图 样. 当叶片 转速发 生变 化而不满足( 1) 式时, 风 扇图也 随之发 生变化. 如果 f 稍微 减小了一点, 则叶片每转动 1 周, 图 3 所示的那些较亮的位 置就比上一次的位置稍 微落后 一些( 相对叶 片转动 方向) , 由于转动很快, 看上去就感到是整个风扇图在顺时针转 动. 反之, 如果 f 在( 1) 式的 基础上 稍微增 大一点, 类似 的分析 可知, 风扇图看上去将逆时针转动. 一般情况下, 各叶片 恰好对 应光最亮 的角 度位置 可证
时,
叶片 只在 下
列角度位置上对应照明光 最强:
H明 =
2 Pl 3k
.
( l= 1, 2, ,, 3k )
( 3)
(3)式说明 , 风扇 图 上共 有 3k 条 明纹, 且 图样 不随 时间 变
动.
( 2) 当ff0 =
1 3k
+
$( $ 为一微小增量) 时,
风扇图明 纹的
位置变为
H明 =
2 Pl 3k
3 的整数倍. 简单地说 , 风扇图就是 照明光光 强的周期 性变
化引起的, 它的转动状态 由风扇 转速和 照明光变 化的频 率
的比值所确
定.
当
风扇转
速从
f 3
0
k
-
| $|
变到
f 3
0
k
+
|
$|
时风
扇图将由顺时针转 动改为逆 时针转 动, 从而导致 视觉上 的
叶片/ 反转0.
由上面的讨论我们 还可以 看到风 扇图的 一个 用途, 就
如图 1 表示 一 圆盘, 盘面 上 除 了
图中所示 3 个形 状相 同、彼 此间 隙 相
等、匀称分布着的白色 长条外, 其余 部
分都涂成 黑 色. 在一 转 速连 续可 调 的
直流电机 的 驱动 下, 盘 可以 绕通 过 圆
心并垂直 于 盘面 的轴 逆 时针 转动. 当
圆盘迅速转动时, 在白炽 灯( 非频闪 光
当两次最强光经历的 时间 T 0 = 0. 01 s 内圆 盘逆时 针
旋转
P 3
时,
有
P
X2=
H2 T0
=
3 0. 0
1=
1030P( r ad/ s) .
盘面出现 6 个白色长条.
当两次最强光经历的 时间 T 0 = 0. 01 s 内圆 盘逆时 针
旋转 23P时, 有
) 51 )
V ol. 31 N o. 7 ( 2010)
第 31 卷第 7 期 2010 年
物理教师 PHY SICS T EA CHER
V ol. 31 N o. 7 ( 2010)
# 物理# 技术# 社会#
频闪及频闪效应
陈少平1 吴校习2
( 1. 宜春中学, 江西 宜春 336000; 2. 宜春学院, 江西 宜春 336000)
在荧光 灯的 照射 下, 我们 启动 电风 扇, 会 看到 扇 叶转 动, 然后是停转, 反转、停转 , ,, 这类现象叫频闪效应. 1 光源的闪烁
+
2Pn$. (
l=
1, 2,
,,
3k)
( 4)
其中 n 随时间增加而增大. 显然, 此时如果 $> 0, 图样
将逆时针转动; 如果 $< 0, 风扇图则顺时针转动 . 这与 我们
前面的定性分析的结果是 wenku.baidu.com致的.
上述讨论的结果与 我们的 实际观 察是相 符合 的. 对 于
三叶片电风扇上的 风扇图, 明条 纹( 或暗纹) 的 数目只 能是
速, 我们会看到白色长条/ 反转0( 顺时针) .
再深入一步的定量讨论如下:
我们以常见的三叶 片电风 扇为 例. 假设叶 片以 转速 f
( r / s) 逆 时针 旋 转, 照 明光 光 强 变化 的 频 率 为 f 0 ( 周期 为 T 0) ; 开始时( t= 0) , 叶片的 位置如图 3( a) 所示, 并假 设此
时照明光恰为最强, 叶片上有较 强的散射 光. 到照 明光第 2
次为最强经历的时间为 T 0, 在这段 时间内, 每 个叶片 转过 了一角度 2 Pf T 0, 如图 3( b) 所示, 此时叶片上又有较强的反 射光, 而叶片处于这两 个位置 之间时, 照明 光很弱, 叶 片上
的反射光也很弱. 同理, 到时刻 t= 2T 0 , 叶片转到图 3( c) 所 示位置, 这时照明光恰 好又为 最强. 显然, 如果 叶片的 转速
P 6
,
A
以 后以 如此
图2
转速转 一周 回到 初 始位 置, 期 间有 12
次最强光照射, 白色长条 有 12 次反射 最强光. 两 次强光 之
间室内相对黑 暗, 白 色长 度转 动过程 观察 不到, 只 看到 12
个白色长条匀称地分布在 盘面上. 此时有
P
X1=
H1 T0
=
6 0. 0
1=
503P( rad/ s) .
( 收稿日期: 2009- 12- 08)
) 52 )
图1
源) 的照明下, 盘面上将显示出一个宽度等于 长条长度的白
色圆环, 如果改用日光灯(频闪光源) 照明, 并 且使圆盘转速
由零开始缓慢增加, 则在盘面上先后呈现出以下图形:
( 1) 12 个白色长条匀称地分布在盘面上;
( 2) 6 个白色长条 匀称地分布在盘面上;
( 3) 3 个白色长条 匀称地分布在盘面上.
是可以利用它的 条纹数 与风 扇转 速 f 及光 强变 化频 率 f 0 之间的关系, 定性或定量 地测定 风扇的 转速或照 明光的 变
化频率. 例如对于恒定的风扇图这种简单情况, 只要数出条
纹总数 3 k, 就可以很容易地由
f
=
f0 3k
( 5)
推算出 f 或 f 0 . 不过( 5) 式只适用于 f [ f 0 的情况, 对 于通
于日光灯灯管的某直线为轴, 迅速地来回转动, 像夏天摇扇
子一样, 不过要很快, 你可以看到灯管的虚像 在镜后迅速地
频频闪过, 虚像的运动轨 迹是更 加清晰 的橙白相 间的彩 色
光带. 这证明: 日光灯 灯光的 颜色, 也是随 时间作 周期性 变
化的.
( 2) 转动效应
利用/ 频闪0可测转动物体的转 速.