黑体辐射实验报告.doc

近代物理实验报告黑体辐射学院数理与信息工程学院班级物理112姓名王少卿学号时间2014年3月22日光磁共振【摘要】本实验利用黑体辐射试验仪制造了一个黑体辐射的现象,看到了维恩位移定律现象,并测量了黑体辐射能量和任意发射光源的辐射能量,得出了黑体辐射的能量分布曲线,通过对这个能量分布曲线具体分析最后得出了普朗克常量的值,也验证了斯忒藩定律。【关键词】黑体辐射,辐射能量密度,基尔霍夫定律【引言】19世纪末,在物理学晴朗的天空出现了两朵令人不安的“乌云”,一朵是迈克尔逊—莫雷实验,另一朵则与黑体辐射有关。正是这两朵乌云,不久便掀起了物理学上深刻的革命,一个导致相对论的建立,一个导致量子力学的诞生。若一物体对什么光都吸收而无反射,我们就称这种物体为“绝对黑体”,简称黑体。事实上不存在“绝对黑体”,不过有些物体可以近似地作为“黑体”来处理。我们让一束光从一狭缝射入一空腔后,就很难再通过狭缝反射出来,这个空腔的开口就可以被看作是黑体。1859年,基尔霍夫证明,黑体与热辐射达到平衡时,辐射能量密度随频率变化曲线的形状和位置只与黑体的绝对温度有关,而与空腔的形状及组成的物质无关。这样,利用黑体就可撇开材料的具体性质来普遍地研究热辐射本身的规律。从基尔霍夫定律可以看出,只要知道黑体的辐射度以及物体的吸收比,就可以知道一般物体热辐射性质,因此研究黑体的单色辐射度具有重大意义。【实验方案】一、实验原理任何物体,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。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,而且与表面材料的性质有关;而黑体的辐射能力则仅与温度有关。黑体的辐射亮度在各个方面都相同,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。——普朗克辐射定律普朗克辐射定律用光谱辐射度表示,其形式为:(瓦特/米)其中,第一辐射常数第二辐射常数黑体光谱辐射亮度由下式给出:图(4-1)给出了黑体光谱辐射亮度随波长变化的图形。其中也显示的是黑体的频谱亮度随波长的变化。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定律。——斯忒藩—波尔兹曼定律:斯忒藩—波尔兹曼定律用辐射度表示为:T为黑体的绝对温度,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,所以其辐射亮度与辐射度有关系,于是,斯忒藩—:光谱亮度最大值的波长与它的绝对温度T成反比,A为常数,随温度的升高,绝对黑体光谱亮度最大值的波长向短波方向移动。二、实验仪器实验装置由光栅单色仪、接收单元、扫描系统、电子放大器、采集单元、电压可调的稳压溴钨灯光源、计算机及打印机组成。三、。。“黑体”图标进入黑体辐射系统软件主界面,此时仪器进入自到检零状态。设置:“工作方式”——“模式”为“能量”、“间隔”为“1nm”“工作范围”——“起始波长”为“”、“终止波长”为“”、“最大值”为“”、“最小值”为“”。(“最大值”与狭缝宽度有关,宽度越大,能量越大,“最大值”最多能调节为“10000”)“传递函数”为“修正为黑体”,点击单程扫描记录溴钨灯光源全谱(不含传递函数和黑体修正)。然后计算传递函数。“传递函数”、“修正为黑体”为√,点击黑体扫描,输入相对应的色温,记录溴钨灯光源在传递函数修正和黑体修正后的全谱存于寄存器1内,然后归一化。,在表1中任选4个电流值,分别进行黑体扫描,输入相应的色温,记录全谱,并分别存于其余4个寄存器内。。表1电流A(电压V)色温(K)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)3020【结果与讨论】实验数据:数据处理:1、验证普朗克辐射定律打开五个寄存器中的数据,显示五条能量曲线。选择验证黑体辐射菜单中的普朗克辐射定律,在界面弹出的数据表格中点击计算按钮。设计表格,记录数据。