黑体辐射实验

1、山东师范大学物理实验中心山东师范大学物理实验中心黑体辐射即为热辐射，是物体由于自身温黑体辐射即为热辐射，是物体由于自身温度高于环境温度而产生的向外辐射电磁波度高于环境温度而产生的向外辐射电磁波的现象。的现象。 1859年，德国物理学家基尔霍夫在总结当时实验发现的基础上，用理论方法得出一切物体热辐射所遵从的普遍规律：在相同的温度下，各辐射源的单色辐出度Mi（，T）与单色吸收率i（，T）成正比，其比值对所有辐射源（i=1，2，）都一样，是一个只取决于波长和温度T的普适函数。热辐射规律：而黑色物体对可见光能强烈吸收，则当获取能量时也应有在可见光区的强烈辐射，因而从黑体辐射的角度研究确定普适函数的具体

2、形式就具有极大的吸引力。显然，如果单色吸收率i（，T）=1，则该辐射源的单色辐出度Mi（，T）就是要研究的普适函数。而i（，T）=1的辐射体就是绝对黑体，简称黑体。黑体的辐射亮度在各个方向都相同，即黑体是一个完全的余弦辐射体，辐射能力小于黑体，但辐射的光谱分布与黑体相同的温度辐射体称为灰体。黑体和灰体：只开有一个小口的空只开有一个小口的空腔，对于射入其中的腔，对于射入其中的光，可以完全吸收光，可以完全吸收,故故该空腔的开口可以作该空腔的开口可以作为绝对黑体。为绝对黑体。 黑体辐射：黑体辐射：任何物体，只要其温度在绝对零度以上，就向周围发射辐射，这称为温度辐射; 只要其温度在绝对零度以上，也要从

3、外界吸收辐射的能量。温度辐射：处在不同温度和环境下的物体，都以电磁辐射形式发出能量，而黑体是一种完全的温度辐射体，即任何非黑体所发射的辐射通量都小于同温度下的黑体发射的辐射通量；并且，非黑体的辐射能力不仅与温度有关，而且与表面的材料的性质有关，而黑体的辐射能力则仅与温度有关。在黑体辐射中，存在各种波长的电磁波，其能量按波长的分布与黑体的温度有关。非黑体与黑体：一、实验目的（1）掌握黑体辐射的光谱分布-普朗克辐射定律。（2）掌握黑体辐射的积分辐射-斯特藩-玻尔兹曼定律。（3）掌握维恩位移定律WGH-10型黑体实验装置二、实验仪器二、实验仪器溴钨灯入缝出缝接收器单色器单色器电源溴钨灯电源溴钨灯光源

4、：标准黑体应该是黑体实验的主要设置，但购置一个标准的黑体价格太高，所以本实验用稳压溴钨灯作为黑体，溴钨灯的灯丝使用钨丝制成。由于钨丝灯是一种选择性辐射体，与标准黑体的辐射光谱有一定的偏差，因此必须进行修正。本实验通过计算机自动扫描系统和黑体辐射自动处理软件，可对系统扫描的谱线进行传递修正以及黑体修正，并给定同一色温下的绝对黑体的辐射谱线，以便进行比较验证。光栅光谱仪光路光栅光谱仪光路入射狭缝入射狭缝 决定光谱的分辨决定光谱的分辨率率接受狭缝接受狭缝 决定光谱的强度决定光谱的强度1S2,3S调制器深椭球镜三、实验原理1.黑体辐射的光谱分析普朗克辐射定律 普朗克辐射定律。此定律用光谱辐射度表示，其

5、形式为：式中：第一辐射常数式中：第一辐射常数C1 =2hc2= 3.7410-16 （瓦（瓦米米2） 第二辐射常数第二辐射常数C2 =hc/=1.4398 10-2（米（米开尔文）开尔文） 扫描结构图仪器采用如上图所示“正弦机构”进行波长扫描，丝杠由步进电机通过同步带驱动，螺母沿丝杠轴线方向移动，正弦杆由弹簧拉靠在滑块上，正弦杆与光栅台联接，并绕光栅台中心回转，从而带动光栅转动，使不同波长的单色光依次通过出射狭缝而完成“扫描”。 光栅转台2.Stefan-Boltzmann定律 ： 为斯忒藩-波尔兹曼常数。其中，k为波尔兹曼常数，h为普朗克常数，c为光速。由于黑体辐射是各向通行的，所以其辐射亮

6、度L与辐射度有关系： 于是，斯忒藩-波尔兹曼定律也可以用辐射亮度表示为3. 维恩位移定律即光谱亮度的最大值的波长，与它的绝对温度T成反比：max=b/T 式中b为一常数，即维恩常数，b=2.89610-3 （米开尔文）随温度的升高，绝对黑体光谱亮度的最大值的波长向短波方向移动 黑体频谱亮度随波长变化的分布曲线：黑体的频谱亮度随波长的变化关系曲线图。每一条曲线上都标出黑体的绝对温度。与诸曲线的最大值相交的对角直线表示维恩位移线分析图中曲线可发现该曲线有如下特征：1.在任何确定的温度下，黑体对不同波长的辐射本领是不同的.2.在某一波长处有极大值，说明黑体对该波长具有最大的单色辐出度.3.当温度升高时，极大值方向向短波方向移动，曲线向上抬高并变得更为尖锐.四.实验内容：1.验证普朗克辐射定理.2.验证斯特藩玻尔兹曼定律3.验证维恩位移定律4.研究黑体和一般发光体辐射强度关系5.学会测量一般发光光源的辐射能量曲线思考题思考题1、实验为何能用溴钨灯进行黑体辐射测量并进行黑体辐射定律验证？ 2、实验数据处理中为何要对数据进行归一化处理？3、实验中使用的