黑体辐射实验报告.docx

黑体辐射
摘要： 1900 年普朗克发表的黑体辐射公式在物理学上是一项划时代的成就。在此以前黑体辐射的波长
分布虽然已经有了相当可靠的实验数据，但经典物理学的理论解释却导致了非常尖锐的矛盾。这一问题在
经典物理学的
0
式中 T 为黑体的绝对温度，
δ 为斯忒
藩－玻耳兹曼常数：
式中 k 为玻耳兹曼常数，h 为普朗克常数，
为光速。由于黑体辐射是各向相同的，所以其辐射亮度与辐射度的关系为：
LET
于是，斯忒藩－玻耳兹曼定律的辐射亮度表达式为：
L
T 4
Wm－ 2sr ）
维恩位移定律
诺贝尔奖获得者维恩于 1893 年通过实验与理论分析，得到光谱亮度的最大值
的波长max与黑体的绝对温度T 成反比：
A
maxT
式中： A 为常数，
A＝ ×10－ 3（mk）。
光谱亮度的最大值为：
Lmax 510 6 Wm 3 srK 5
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。
分析图中曲线可以发现该曲线有如下特征：
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。
在某一波长λ m处有极大值，说明黑体对该波长具有最大的单色辐出度。
当温度升高时，极大值的位置向短波方向移动，曲线向上抬高并变得更为尖锐。
——普朗克辐射定律
在实验测得黑体单色辐出度之后，摆
在人们面前的一个饶有兴趣的问题是： 怎样来解释实验上测得的 M0（λ，T）- λ曲线？怎样从理论上求得绝对黑体单色辐出
度的数学表达式？
为此，在 19 世纪末许多物理学家作了
巨大努力，从经典热力学、统计物理学和
电磁学的基础上去寻求答案，但始终没有
获得完全成功。 1896 年维恩根据经典热力
学理论导出的公式只是在短波波长与实验
曲线相符； 1900 年瑞利和琼斯根据统计物
理学和经典电磁学理论导出的公式只是在
波长很长时不偏离实验曲线。他们的共同
结论是， 在波长比 lmax 短时，辐射能量将
趋于无穷大。这显然是荒谬的结果，在物
他成功地从理论上推导出普朗克公式。
理学历史上，这一个难题被称为“紫外灾
2. 实验仪器
难”。“紫外灾难”表明经典物理学在解
释黑体辐射的实验规律上遇到了极大的困
WGH-10型黑体实验装置， 由光栅单色
难，是 19 世纪末经典物理学大厦上的两朵
仪，接收单元，扫描系统，电子放大器，
乌云之一。显然，如果事实不能被理论说
A/D 采集单元，电压可调的稳压溴钨灯光
明，那么理论存在缺陷，必须获得重建。
源，计算机及打印机 * 组成。该设备集光学、
1900 年，对热力学有长期研究
精密机械、电子学、计算机技术于一体。
的德国物理学家普朗克综合了维恩公式和
主机部分有以下几部