黑体辐射实验
黑体辐射综合实验
实验目的
了解红外成像的基本原理和方法 学会使用本实验系统进行扫描成像实验
实验仪器
热辐射源的控制电源和温控装置、热辐射源样品、 温度传感器、位移传感器、红外传感器、 二维电动扫描系统、磁性光学导轨、多功能数据采集系统、 虚拟红外扫描成像仪、微机 图像分析与数据处理软件
实验内容
1.用上述仪器和元器件组装一套红外扫描 成像的实验装置
实验简介
1790年皮克泰（M.A.Pictet）认识到了热辐射 问题，1800年赫谢耳（F.W。Herschel）发现 了红外线；1850年，梅隆尼（M.Melloni）提 出在热辐射中存在可见光部分；1860年基尔霍 夫从理论上导入了辐射本领、吸收本领和黑体 概念，证明了一切物体的热辐射本领和吸
实验4.13
黑体辐射综合实验
❖实验简介 ❖实验目的 ❖实验原理 ❖实验仪器
❖实验内容 ❖注意事项 ❖数据处理
实验简介
任何物体均具有一定温度，它们都是“热”的
热辐射（包括黑体和红外辐射）探测技术及相关的 定律在现代国防、科研、航天、天体的演化、 医学、考古、环保、工农业生产等各个领域中均有 广泛应用。
收本领之比等于同一温度下黑体的辐射本领， 黑体的辐射本领只由温度决定。在1861年进一 步指，在一定温度下用不透光的壁包围起来 的空腔中的热辐射等同于黑体的热辐射；1879 年，斯特藩（J.Stefan）从实验中总结出了物 体热辐射的总能量与物体绝对温度四次方成正 比的结论；1884年，玻耳兹曼对上述结论给出 了严格的理论证明；1888年，韦伯.F.Weber） 提出了波长与绝对温度之积是一定的，维恩 （W.Wien）从理论上进行了证明
制作：黄 勇 武汉理工大学物理实验中心
实验内容
3.红外成像系统数据处理
黑体辐射实验
实验十 黑体辐射实验实验者：头铁的小甘引言：任何物体，只要温度大于绝对零度，就会向周围发生辐射，这称为温度辐射。
黑体是指能够完全吸收所有外来辐射的物体，处于热平衡时，黑体吸收的能量等 于辐射的能量，由于黑体具有最大的吸收本领，因而黑体也就具有最大的辐射本 领。
这种辐射是一种温度辐射，辐射的光谱分布只与辐射体的温度有关，而与辐 射方向及周围环境无关。
6000o K5000o K4000o K3000o K图 1 黑体辐射能量分布曲线黑体辐射 p lanck 公式 十九世纪末，很多著名的科学家包括诺贝尔奖获得者，对黑体辐射进行了大量实验研究和理论分析，实验测出黑体的辐射能量在不同温度下与辐射波长的 关系曲线如图 1 所示，对于此分布曲线的理论分析，历上曾引起了一场巨大的风 波，从而导致物理世界图像的根本变革。
维恩试图用热力学的理论并加上一些特 定的假设得出一个分布公式－维恩公式。
这个分布公式在短波部分与实验结果符 合较好，而长波部分偏离较大。
瑞利和金斯利用经典电动力学和统计物理学也得 出了一个分布公式，他们得出的公式在长波部分与实验结果符合较好，而在短波 部分则完全不符。
如图 2。
因此经典理论遭到了严重失败，物理学历史上出现了 一个变革的转折点。
实验原理：Planck 提出：电磁辐射的能量只能是量子化的。
他认为以频率ν做谐振动 的振子其能量只能取某些分立值，在这些分立值决定的状态中，对应的能量应该 是某一最小能量的 h ν整数倍，即 E=nh ν,n=1,2,3,…，h 即是普朗克常数。
在 此能量量子化的假定下，他推导出了著名的普朗克公式)()1(3512--=Wm eC E TC T λλλπ第一辐射常数C 1＝8πhc ＝3.74×10-16（Wm 2）,第二辐射常数C 2=1.4388×10－2（mK ）。
它与实验结果符合得很好。
Planck 提出的能量量子假说具 有划时代的意义，标志了量子物理学的诞生。
黑体辐射的理论和实验研究
黑体辐射的理论和实验研究黑体受热以电磁波的形式向外辐射能量，是一种理想物体的热辐射。
所谓黑体是指能够全部吸收入射的任何频率的电磁波的理想物体，实际上黑体是不存在的。
但可以用某种装置近似地代替黑体。
如图1所示是一个带有小孔的空腔，并且小孔对于空腔足够小，不会妨碍空腔内的平衡。
通过小孔射入空腔的所有频率的电磁波经腔内壁多次反射后，几乎全部被吸收，再从小孔射出的电磁波极少。
所以，可以将空腔上的小孔近似地看成黑体。
在温度T 下，空腔壁也跟其他固体一样，不断辐射电磁波，腔内形成一辐射场，经过一定时间，腔内的辐射场与腔壁达到了热平衡。
这时平衡辐射的性质只依赖于温度，与腔壁的其他性质无关。
由于小孔是腔上的一部分，也处于同样的温度，因此，小孔的辐射性质就代表了空腔内的辐射性质。
1、黑体辐射的经验定律19世纪初，天文学家赫谢耳（F ．W ．Herschel ，1739～1822）用灵敏温度计测试太阳光谱各部分的热效应，结果发现在红外光谱以外的区域温度升得最高，他认为在可见的红光之外还有不可见的辐射，这就是通常所指的热辐射。
以后，物理学家们对于热物体发射的辐射感到有兴趣，为了研究谱线的可见光部分，使用了照像的方法，对于红外区域即热辐射部分用热电偶测量。
在实验发现的基础上，理论研究也活跃起来了，总结实验发现的经验规律也就相继地提出来了。
1859年，德国物理学家基尔霍夫（G ．R ．Kirchhoff ，1824～1887）得到如下结论：“在相同的温度下同一波长的辐射本领与吸收系数之比对于所有物体都是相同的，是一个取决于波长和温度的函数。
”如果这一函数用Φ（λ，T ）表示，物体的辐射本领，即从物体表面单位面积上所发射的波长在λ附近的单位波长间隔的辐射功率用e （λ，T ）表示，物体的吸收系数，即物体在波长λ和λ＋d λ范围内吸收的能量与入射能量的比率用α（λ，T ）表示，则当物体处在辐射平衡时有：),(),(),(T T T e λλαλΦ= 当物体的吸收系数α=1时，Φ（λ，T ）就是该物体的辐射本领。
实验七 黑体辐射
实验七 黑体辐射Black-body Radiation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，也要从外界吸收辐射的能量。
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。
实验目的(experimental purpose)1.了解黑体实验的发展历史，明确光谱辐射曲线的广泛应用；2.了解黑体实验仪器组件，明确测量过程与分析要素；3.明确黑体实验设计思想,掌握黑体辐射原理与定律。
实验原理(experimental principle)任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领。
辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布。
这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射。
为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体——黑体(black body)，以此作为热辐射研究的标准物体。
所谓黑体是指入射的电磁波全部被吸收，既没有反射，也没有透射( 当然黑体仍然要向外辐射)。
显然自然界不存在真正的黑体，但许多地物是较好的黑体近似( 在某些波段上)。
黑体不仅仅能全部吸收外来的电磁辐射，且发射电磁辐 射的能力比同温度下的任何其它物体强。
黑体辐射指黑体发出的电磁辐射。
黑体辐射能量按波长的分布仅与温度有关。
对于黑体的研究，使得自然现象中的量子效应被发现。
我们换一个角度来说：所谓黑体辐射其实就是当地的状态光和物质达到平衡所表现出的现象：物质达到平衡，所以可以用一个温度来描述物质的状态，而光和物质的交互作用很强，而如此光和光之间也可以用一个温度来描述（光和光之间本身不会有交互作用，但光和物质的交互作用很强）。
实验七 黑体辐射
实验七 黑体辐射Black-body Radiation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，也要从外界吸收辐射的能量。
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。
实验目的(experimental purpose)1.了解黑体实验的发展历史，明确光谱辐射曲线的广泛应用；2.了解黑体实验仪器组件，明确测量过程与分析要素；3.明确黑体实验设计思想,掌握黑体辐射原理与定律。
实验原理(experimental principle)任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领。
辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布。
这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射。
为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体——黑体(black body)，以此作为热辐射研究的标准物体。
所谓黑体是指入射的电磁波全部被吸收，既没有反射，也没有透射( 当然黑体仍然要向外辐射)。
显然自然界不存在真正的黑体，但许多地物是较好的黑体近似( 在某些波段上)。
黑体不仅仅能全部吸收外来的电磁辐射，且发射电磁辐 射的能力比同温度下的任何其它物体强。
黑体辐射指黑体发出的电磁辐射。
黑体辐射能量按波长的分布仅与温度有关。
对于黑体的研究，使得自然现象中的量子效应被发现。
我们换一个角度来说：所谓黑体辐射其实就是当地的状态光和物质达到平衡所表现出的现象：物质达到平衡，所以可以用一个温度来描述物质的状态，而光和物质的交互作用很强，而如此光和光之间也可以用一个温度来描述（光和光之间本身不会有交互作用，但光和物质的交互作用很强）。
黑体辐射实验
电科专业实验报告实验名称黑体辐射实验班级姓名学号一、实验目的：1.掌握黑体辐射的基本理论。
2.掌握黑体辐射能量的测量和任意发射光源的辐射能量的测量。
3.学会利用相同的装置验证黑体的辐射定律。
二、实验原理：1.黑体辐射基本理论：任何物体都会以电磁辐射的形式发射和接收能量。
辐射能与温度和表面性质都有关系。
辐射体的辐射性质，可以有一定的温度下，辐射体表面单位面积的辐射能量随波长的分布曲线，即单色辐射度曲线表示。
实际物体的单位辐射度依赖于辐射源的组成部分，是辐射波长的连续光谱，人的肉眼只能看到其可见光的部分。
相同温度下的黑体均发出同样的形式的光谱，不受其组成的影响。
有三个辐射定律：斯特藩-波尔兹曼定律、维恩位移定律、普朗克辐射定律。
2.黑体实验装置的原理：主机部分由单色器狭缝、接受单元光学系统以及光栅驱动系统等。
本实验选用硫化铅为光信号接收器，从单色仪出缝射出的单色光信号经过调制器，调制成50HZ的频率信号被PBS接收。
三、实验步骤：1、按要求正确连接电路。
检查无误后，打开溴钨灯电源预热；打开主机电源，连接好USB数据线。
2、建立传递函数曲线。
（1）、将标准光源电流调整为“溴钨灯的色温”表中，色温为2940K 时电流所在位置;（2）、预热20分钟后，在系统上记录该条件下全波段图谱；该光谱曲线包含了传递函数的影响；（3）、点击“验证黑体辐射定律”菜单，选“计算传递函数”命令，将该光谱曲线与已知的光源辐射能量线时，测量结果即扣除了仪器传递的影响。
3、修正为黑体。
任意发光体的光谱能量辐射本领与黑体辐射都有一系数关系，系统软件提供了钨的发射系数，并能通过将菜单栏的“修正成为黑体”点击为选定，进行修正。
测量溴钨灯的辐射能量曲线即自动修正为同温度下黑体的曲线。
4、验证黑体辐射定律。
将菜单栏中的“传递函数”和“修正成为黑体”均点击为选定后，扫描纪录溴钨灯曲线。
设定不同的色温多次测试，并选定不同的寄存器（最多可选择5个寄存器）分别将测试结果存入待用。
黑体辐射实验
一、实验目的
1、了解和掌握黑体辐射的光谱分布——普朗克辐射 定律 2、了解和掌握黑体辐射的积分辐射——斯忒藩玻尔 兹曼定律
E T 理（ w 3 ） mm
E T
2 1082 2680
3 1178 2600
4 1136 选择 2550
选择
5 1196 2500
1072 2860
3
2448.8 1782.9 1520.9 1390.4 1256.3 2441.4 1775.7 1517.6 1382.2 1259.3
实（
能量子假说：辐射黑体分子、原子的振动可看作 谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些 谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振 子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相 应的能量是某一最小能量ε（称为能量子）的整数倍， 即：ε, 1ε, 2ε, 3ε, ... nε. n为正整数，称为量子数。
五、实验数据及数据处理
1、验证普朗克辐射定律（取五个点，每条曲线上取一个）。
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。注：为了减小误差，选取曲线上 能量最大的那一点。
表2： 1 波长 (nm) 色温T（K）
式中 T 为钨丝的温度为T 时的总辐射系数，其值为该温度 下钨丝的辐射强度与绝对黑体的辐射强度之比：
RT T T 4
RT T ET
钨丝灯的辐射光谱分布 R T 为：
(完整版)黑体辐射实验报告
黑体辐射特性测量一、实验目的1、通过实验验证维恩位移定律与斯特藩—玻尔兹曼定律2、学会使用黑体辐射实验的操作软件3、了解黑体辐射的发展二、实验仪器及用具WGH—10型红外光谱仪、稳压溴钨灯三、实验原理1、维恩位移定律由普朗克公式的极值定出黑体辐射能量的谱密度的峰位λM就得到维恩位移定律：λMT=b（b=2.898*10^(-3)mK）2、斯特藩—玻尔兹曼定律1879年，奥地利物理学家斯特藩根据实验结果总结出一条关于黑体辐射本领与温度之间关系的规律：黑体的总辐射能量与绝对温度的四次方成正比。
1884年玻尔兹曼根据电磁学和热力学的理论，导出这个关系，这就是斯特藩定律，可表述为：黑体辐射的总辐射本领R0与绝对温度T的四次方成正比，即：R0(T)=σT⁴四、实验方案及注意事项1、实验方案用WGH-10型外光谱仪记录福射体在80Onm——2500nm波段的相对辐射谱密度曲线，研究其辐射特性。
采用溴钨灯经过修正来代替黑体，结合实验软件提供的各遍度下绝对黑体的理论辐射谱密度曲线，验证普朗克辐射定律、斯特藩玻耳兹曼定律和维恩位移定律。
进行此验证时可使用实验软件提供的黑体理论辐射曲线作为验证对象，但要注意测得数据只具有相对意义。
软件中提供了归一化功能，该项功能的作用是将测得的数据曲线来以一一个系数，使谈曲线的峰值高度与理论曲线的峰值高度相同。
若实验数据符合理论值的话，归一化之后二者在定的波长范围内重合得较好。
在己知色温的电流下对溴钨灯的辐射谱进行扫描，扫描前选中“传递函数””修正为黑体”两项，对扫描所得的的数据进行归一化处理，使用软件中内置的功能取得该温皮下的理论黑体辐射请线，在若干个波长处(位置大致平均分布在曲线上:)算出实测值与理论值的相对误差δ=ΔE/E。
,然后计算平均相对误差。
根据平均相对误差的大小来确定实验结果是否支持普朗克辐射定律，由于实验仪器的精度限制，一般来来说平均相对误差在5%以内，即可认为实验结果支持普朗克辐射定律。
黑体辐射实验
黑体辐射实验的结果比较
黑体辐射实验的结果总结
• 辐射光谱的呈现
• 不同实验条件下的结果比较
• 实验结果的一致性
• 辐射温度的呈现
• 与理论预测的结果比较
• 实验结果的差异性
• 辐射强度的呈现
• 与其他实验结果的比较
• 实验结果的解释与讨论
黑体辐射实验的结果分析
黑体辐射实验的结果分析
• 辐射光谱的分析
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黑体辐射实验研究
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01
黑体辐射实验的背景及意义
黑体辐射实验的历史背景
19世纪末，黑体辐射问题引发物理学界关注
• 基尔霍夫定律的提出
• 普朗克假设的提出
• 量子力学的诞生
20世纪初，实验物理学家开始研究黑体实验物理学的影响
• 黑体辐射实验对天体物理学的影响
黑体辐射实验在工程技术领域中的应用
• 黑体辐射实验在材料科学中的应用
• 黑体辐射实验在能源科学中的应用
• 黑体辐射实验在环境科学中的应用
黑体辐射实验在未来的发展趋势与挑战
• 黑体辐射实验在新兴领域的应用前景
• 黑体辐射实验面临的挑战与问题
黑体辐射实验的基本原理
黑体辐射实验的结果与分析
• 黑体辐射实验的结果
• 黑体辐射实验的分析
• 黑体辐射实验的结论
黑体辐射实验的原理
• 黑体辐射实验的基本原理
• 黑体辐射实验的数学模型
• 黑体辐射实验的实验方法
黑体辐射实验的装置与测量
• 黑体辐射实验的装置
• 黑体辐射实验的测量方法
• 黑体辐射实验的数据处理
黑体辐射实验的测量方法
黑体辐射
黑体辐射实验19世纪末，物理学晴朗的天空中飘着两朵乌云，其中之一被称为“紫外灾难”，即瑞利和金斯用经典的能量均分定理并不能完全解释热辐射现象。
1900年，普朗克提出金属空腔壁以与振子频率成正比的能量子为基本单元来吸收或发射能量，得到著名的普朗克公式，从理论上解释了黑体辐射频谱分布。
这一贡献引起物理学的一场革命，对量子理论的建立起到了重要作用。
本实验利用WGH ——10型黑体实验装置测量黑体的辐射能量曲线，从而验证普朗克公式，唯恩位移定律以及斯特藩——玻耳兹曼定律，并进一步研究黑体与一般发光体辐射强度的关系，学会测量一般发光光源的辐射能量曲线。
一、实验原理1、热辐射，黑体任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领。
辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布。
这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射。
为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体——黑体(black body)，以此作为热辐射研究的标准物体。
黑体的特点：1、热辐射与辐射体材料的具体性质无关。
2、黑体辐射仅与温度有关。
3、黑体是为理论研究方便假想出来的，世界上不存在真正的黑体。
2、描述热体辐射的几个物理量单色辐出度()T M λ：在单位时间内物体从表面单位面积上发射的波长界于λ和λd 之间的辐射电磁波能量λE d 则λE d 与λd 之比称为单色辐出度()T M λ 即()T M λ=λE d /λd （与辐射体的温度和辐射波长有关）。
（1）辐出度()T M ：在单位时间内物体从单位表面积上发射的所有各种波长的电磁波能量总和为辐出度()T M 即()()λλd M T M =T ⎰∞（1）2）单色吸收率()T λa ：当辐射从外界入射到物体表面时，被物体吸收的能量与入射总能量之比称为吸收率A ，其中波长在λ到λ+λd 之间的吸收率A d 与λd 之比为单色吸收率()T λa 即()λλd d a A=T （2）3、黑体辐射定律（1）斯特藩——玻耳兹曼定律此定律首先由斯特藩于1879年从实践数据的分析中发现。
黑体辐射实验
实验1 黑体辐射实验1.1 实验目的通过测量假想黑体的辐射曲线，了解黑体辐射的基本规律和普朗克的能量子假设，掌握扫描光栅单色仪的工作原理及使用方法。
1.2实验原理1.2.1 辐射测量的基本术语介绍黑体:是一种理想的辐射能源，是一种辐射仅取决于它的温度的辐射体，它在给定的温度下比在同样温度下的任何实际物体辐射出更多的能量。
故也称之为“完全辐射体”或“理想的温度辐射体”或“普朗克辐射体”。
辐射度:也称为“辐射出射度”简称“辐出度”。
表面上一点的辐射度为该点表面元发出的辐射通量除以该表面元的面积的商，单位是（瓦/米）。
辐亮度:表示光源的表面元发出的，在给定方向的基准所确定的方向传播的辐射通量，除以锥的立体角和表面元在垂直于给定方向的平面上的投影面积的乘积的商，单位是（瓦特/米·球面度）。
色温:一个光源的色温就是辐射同一色谱光的黑体温度，单位是（开尔文）。
1.2.2 黑体辐射指黑体发出的电磁辐射。
任何物体只要其温度在绝对零度以上就可以向周围发射辐射，称之为温度辐射。
黑体是一种完全的温度辐射体，它吸收全部的入射光辐射而一点也不反射。
黑体辐射能量的效率最高，仅与温度有关，它的发射率是1，任何其它物体的发射率都小于1。
1.2.3黑体辐射定律黑体辐射的经典解释:瑞利—金斯公式: 222()M T k T cνπν= （1）错误！未找到引用源。
黑体辐射的光谱分布:普朗克定律,普朗克定律叙述了黑体辐射的光谱分布。
此定律用光谱辐射出射度（简称辐出度或辐射度）表示，其形式为：()()32/2e x p 1h k T h MT c ννπν=- （2）错误！未找到引用源。
其中λ是波长（m ），ν是频率（Hz ），3426.625610h W s -=⨯是普朗克常数，8310/c m s =⨯是光速，T 是绝对温度（K ）,231.380610/k W s K -=⨯是波尔兹曼常数。
黑体光谱辐射亮度()L T λ由下式给出：()()M T L T λλπ= （3）错误！未找到引用源。
研究热辐射与温度关系的黑体辐射实验
研究热辐射与温度关系的黑体辐射实验研究热辐射与温度之间的关系是热学领域的一个重要研究方向。
黑体辐射实验是一种经典实验，旨在探究黑体辐射的特性以及与温度之间的关系。
本文将详细介绍黑体辐射的基本定律、实验准备和过程，并探讨其应用和其他专业性角度。
一、黑体辐射定律在解读黑体辐射实验之前，我们首先需要了解一些与黑体辐射有关的基本定律。
黑体是理论上的一个理想体，可以吸收、透射和辐射所有入射光的能量。
下面是三条黑体辐射定律的基本原理。
1. 斯特藩-玻尔兹曼定律（Stefan-Boltzmann law）：根据这个定律，黑体辐射的总辐射功率与其绝对温度的四次方成正比。
数学表达式为P = σ * A * T^4，其中P代表辐射功率，A代表表面积，T代表温度，σ为斯特藩-玻尔兹曼常数。
2. 维恩位移定律（Wien's displacement law）：维恩位移定律描述了黑体辐射谱线的最大辐射强度在不同温度下的波长分布。
根据这个定律，最大辐射波长与温度的倒数成正比。
数学表达式为λmax = b / T，其中λmax代表最大辐射波长，b为维恩常数，T为温度。
3. 普朗克辐射定律（Planck's radiation law）：普朗克辐射定律是描述黑体辐射的能谱密度分布的定律。
根据这个定律，黑体辐射能量与波长的关系由一个经验公式给出，称为普朗克分布。
数学表达式为B(λ, T) = (2 * h * c^2) / (λ^5 * (exp((h * c) / (λ * k * T)) - 1))，其中B代表能谱密度，h为普朗克常数，c为光速，λ为波长，k为玻尔兹曼常数，T 为温度。
二、实验准备在进行黑体辐射实验前，我们需要准备以下材料和仪器设备：1. 黑体辐射体：为了模拟理想的黑体辐射，通常使用内壁镀有黑色涂层的具有较高发热能力的物体，如一块金属片或特制的陶瓷体。
2. 温度控制装置：为了控制黑体辐射体的温度，需要使用一个可靠的温度控制装置，如热电偶和温度控制器。
热辐射的实验方法
热辐射的实验方法热辐射是物体由于温度而发出的电磁辐射能量，它是热力学的基本现象之一。
研究热辐射的实验方法对于理解热力学规律和应用热辐射在工程领域中具有重要意义的应用十分关键。
本文将介绍几种常用的实验方法，包括黑体辐射实验、光谱分析实验和辐射强度测量实验，以帮助读者更好地理解和应用热辐射。
一、黑体辐射实验黑体辐射实验是研究热辐射的基础实验之一。
黑体是指对所有辐射能量无损耗地吸收和辐射的物体。
黑体辐射实验需要使用一个能够模拟黑体特性的实验装置，一般包括一个高温物体和一个辐射探测器。
实验步骤如下：1. 准备一个容器，内部涂有黑色吸热材料，确保容器表面对辐射能量的吸收率接近100%。
2. 将一个高温物体放置在容器内，确保它能够达到一定的高温，例如1000℃。
3. 使用辐射探测器测量容器内的辐射能量，记录下相应的数据。
4. 对不同温度的高温物体进行实验，并分析辐射能量与温度的关系。
通过进行黑体辐射实验，可以得到一个物体辐射能量与温度之间的关系，这是热辐射理论的基础。
二、光谱分析实验光谱分析实验是研究热辐射中不同波长能量分布的实验方法之一。
通过光谱分析实验，可以了解热辐射的成分和能量分布规律。
实验步骤如下：1. 准备一个光谱仪，它可以将辐射能量按照波长分解成不同的光谱。
2. 将一个高温物体放置在光谱仪的前方，并将辐射能量导入光谱仪。
3. 观察光谱仪上的光谱图像，记录下不同波长的辐射强度数据。
4. 对不同波长的光谱进行分析，得到热辐射能量在不同波长范围内的分布情况。
通过进行光谱分析实验，可以获得热辐射的光谱分布特征，对于热辐射的研究和应用具有重要意义。
三、辐射强度测量实验辐射强度测量实验可以用来测量特定物体的热辐射强度，它可以被应用于各种工程领域中，如材料热辐射特性研究、太阳能电池效率测试等。
实验步骤如下：1. 准备一个辐射强度测量仪器，它能够测量特定物体放射的辐射强度。
2. 将要测量的物体放置在测量仪器前方，并确保测量仪器与物体之间不存在干扰。
黑体辐射实验
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 适函数的具体形式就具有极大的吸引力。
黑体和灰体：
显然，如果单色吸收率αi（λ，T）=1， 则该辐射源的单色辐出度Mi（λ，T）就 是要研究的普适函数。而αi（λ，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。
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 度高于环境温度而产生的向外辐射电磁波 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：
热辐射规律：
在相同的温度下，各辐射源的单色辐出度 Mi（λ，T）与单色吸收率αi（λ，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λ和温度T的 普适函数。
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
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？
(完整版)黑体辐射实验报告
黑体辐射特性测量一、实验目的1、通过实验验证维恩位移定律与斯特藩—玻尔兹曼定律2、学会使用黑体辐射实验的操作软件3、了解黑体辐射的发展二、实验仪器及用具WGH—10型红外光谱仪、稳压溴钨灯三、实验原理1、维恩位移定律由普朗克公式的极值定出黑体辐射能量的谱密度的峰位λM就得到维恩位移定律：λMT=b（b=2.898*10^(-3)mK）2、斯特藩—玻尔兹曼定律1879年，奥地利物理学家斯特藩根据实验结果总结出一条关于黑体辐射本领与温度之间关系的规律：黑体的总辐射能量与绝对温度的四次方成正比。
1884年玻尔兹曼根据电磁学和热力学的理论，导出这个关系，这就是斯特藩定律，可表述为：黑体辐射的总辐射本领R0与绝对温度T的四次方成正比，即：R0(T)=σT⁴四、实验方案及注意事项1、实验方案用WGH-10型外光谱仪记录福射体在80Onm——2500nm波段的相对辐射谱密度曲线，研究其辐射特性。
采用溴钨灯经过修正来代替黑体，结合实验软件提供的各遍度下绝对黑体的理论辐射谱密度曲线，验证普朗克辐射定律、斯特藩玻耳兹曼定律和维恩位移定律。
进行此验证时可使用实验软件提供的黑体理论辐射曲线作为验证对象，但要注意测得数据只具有相对意义。
软件中提供了归一化功能，该项功能的作用是将测得的数据曲线来以一一个系数，使谈曲线的峰值高度与理论曲线的峰值高度相同。
若实验数据符合理论值的话，归一化之后二者在定的波长范围内重合得较好。
在己知色温的电流下对溴钨灯的辐射谱进行扫描，扫描前选中“传递函数””修正为黑体”两项，对扫描所得的的数据进行归一化处理，使用软件中内置的功能取得该温皮下的理论黑体辐射请线，在若干个波长处(位置大致平均分布在曲线上:)算出实测值与理论值的相对误差δ=ΔE/E。
,然后计算平均相对误差。
根据平均相对误差的大小来确定实验结果是否支持普朗克辐射定律，由于实验仪器的精度限制，一般来来说平均相对误差在5%以内，即可认为实验结果支持普朗克辐射定律。
黑体辐射的实验规律
黑体辐射的实验规律
黑体辐射的实验规律由黑体辐射定律、斯特藩-玻尔兹曼定律
和维恩位移定律组成。
1. 黑体辐射定律（普朗克定律）：描述了黑体辐射的能量密度与频率之间的关系。
根据该定律，黑体辐射的能量密度与频率的平方成正比。
数学表达式为：B(ν, T) = (2hν^3 / c^2) * (1 / (exp(hν / kT) - 1))，其中B(ν, T)表示单位频率范围内的能量密度，ν表示频率，T表示黑体的温度，h为普朗克常数，c为光速，k为玻尔兹曼常数。
2. 斯特藩-玻尔兹曼定律：描述了黑体辐射的总辐射功率与温
度之间的关系。
根据该定律，黑体辐射的总辐射功率与温度的四次方成正比。
数学表达式为：P = σ * A * T^4，其中P表示
黑体辐射的总辐射功率，σ为斯特藩-玻尔兹曼常数，约等于
5.67 × 10^−8 W/(m^2·K^4)，A表示黑体的表面积，T表示黑体的温度。
3. 维恩位移定律：描述了黑体辐射的主峰频率与温度之间的关系。
根据该定律，黑体辐射的主峰频率与温度成反比。
数学表达式为：λ_max = b / T，其中λ_max表示主峰频率对应的波长，b为维恩位移常数，约等于2.898 × 10^−3 m·K。
这些规律揭示了黑体辐射现象与温度、频率、波长之间的基本关系，对理解和研究热辐射、热力学以及量子物理学等领域有着重要的意义。
9.2 黑体及黑体辐射实验定律
物理科学与信息工程学院 2
黑体在自然界是不存在的，只是一种理想模型。在一个几 乎密闭的空腔容器上开一个小孔，容器内壁涂黑，当光自小 孔进入空腔后，在空腔内壁多次反射、吸收，从小孔出来的 光很小，对空腔外的观察者来说，空腔上的小孔的单色吸收 比对任何波长都非常接近于1。因此可将空腔上的小孔近似 看成黑体。
5.67051 10 8W /(m2 K 4 )
是一个普适常数，称为斯忒藩－ 玻尔兹曼常量，这个规律称为斯忒 藩－玻尔兹曼定律。 物理科学与信息工程学院 6
Boltzmann with his wife Henrietta in 1875
1893年德国物理学家维恩 (WilhelmWien ,1864-1928)根据实 验得出，黑体辐射时，单色辐出 度的极大值所对应的波长与绝对 温度成反比，即
黑体的吸收比与波长、温度无关，它是等于1的常数。 由基尔霍夫定律，可得
M B ( , T ) M B ( , T ) f ( , T ) AB ( , T )
可见，上述的普适函数就是黑体的单色辐出度。
即任何物体的单色辐出度与单色吸收比的比值都等于同一 温度下黑体的单色辐出度。 由此可见，黑体的辐射规律反映了所有物体辐射规律的共性。 因此研究黑体的辐射规律，具有非常重要的意义。
物理科学与信息工程学院 3
二、黑体辐射的实验定律
测量黑体辐射的单色辐出度随波长变化的关系实 验装置如图所示。
物理科学与信息工程学院 4
实验测得MB(,T)随波长和温度的变化曲线如下图 图中，每一条曲线 下的面积代表该温 度下黑体的辐射出 射度。
W B(T ) M B ( , T )d
Tm b
b是一个与温度、波长无关的常数，称为维恩常数， b＝2.898×10－3m· K，上式称为维恩位移定律。
黑体辐射实验报告
黑体辐射实验报告实验目的：观察和研究黑体辐射的特性。
实验原理：黑体是指对一切入射辐射都能吸收完全的物体，不仅如此，黑体还能以极大的效率射出高温辐射，这种辐射称为黑体辐射。
根据普朗克研究黑体辐射的结果，他提出了普朗克辐射定律，即普朗克公式：E(λ，T) = [2 * π * c^2 * h] / [λ^5 * (exp(hc / λkT) - 1)]，其中，E(λ，T)表示黑体单位面积上的辐射能量密度，λ表示波长，T表示黑体的温度，c为光速，h为普朗克常量，k为玻尔兹曼常量。
实验工具：1. 黑体辐射源（如黑色金属球）2. 辐射测量器（如红外线测温仪）3. 光谱仪（用于测量不同波长的辐射强度）实验步骤：1. 将黑体辐射源加热到不同的温度（例如50℃、100℃、150℃等）。
2. 使用红外线测温仪测量黑体表面的温度，并记录数据。
3. 使用光谱仪测量黑体辐射的光谱，并记录不同波长的辐射强度数据。
4. 使用普朗克公式计算不同波长处的辐射能量密度，并绘制E-λ曲线。
5. 分析实验结果，观察不同温度下黑体辐射的特性及其变化规律。
结果分析：1. 根据实验数据绘制的E-λ曲线，可以观察到不同温度下的黑体辐射谱的变化规律。
2. 通过比较不同温度下的E-λ曲线，可以发现黑体辐射的峰值频率随温度的升高而增大，且峰值频率对应的辐射能量密度也随温度的升高而增大。
3. 根据普朗克公式，可以计算不同温度下的辐射能量密度，并观察到随着温度的增加，辐射能量密度的变化趋势。
结论：通过本实验观察和研究黑体辐射的特性，得出以下结论：1. 黑体辐射是与温度密切相关的，随着温度的升高，黑体辐射的峰值频率和辐射能量密度都增大。
2. 黑体辐射的频率分布符合普朗克公式所描述的曲线形状，即随着波长的减小，辐射能量密度增大。
3. 通过实验可以定量地研究和分析黑体辐射的特性，验证了普朗克辐射定律的有效性。
实验中可能存在的误差和改进措施：1. 温度测量误差：使用红外线测温仪对黑体表面温度的测量可能存在误差。
关于黑体辐射的物理学实验
关于黑体辐射的物理学实验黑体辐射是指一种具有独特频率和波长能量的电磁辐射，是应用于物理学实验中的一种重要实验技术。
本文将介绍与黑体辐射相关的物理学实验，包括实验原理、实验步骤、实验结果以及实验中需要注意的细节。
实验原理黑体辐射实验的原理是基于黑体辐射定律。
该定律的定义为：在某一温度下，所有物体辐射的能量都和物体的颜色无关，只取决于温度和物体的表面积。
因此，黑体辐射实验可以用于测量任何物体的辐射能量。
实验步骤在进行黑体辐射实验前，需要准备以下物品：1.黑体辐射源；2.辐射仪器；3.温度计。
下面是黑体辐射实验的具体步骤：1.将黑体辐射源加热到一定温度；2.使用温度计来测量黑体辐射源的温度；3.使用辐射仪器来测量黑体辐射源的辐射能量；4.将实验数据记录下来以供分析。
实验结果黑体辐射实验的结果包括了黑体辐射源的温度和辐射能量两个因素。
在实验过程中，辐射仪器可以通过测量特定波长的辐射能量来确定黑体辐射源的温度。
同时，几个孔径的黑体辐射源可以用来测量各种波长范围内的辐射能量。
实验注意事项在进行黑体辐射实验时，需要注意以下细节：1.使用辐射仪器的测量范围需要与待测物体的波长范围匹配，以获得正确的测试结果；2.黑体辐射源的温度需要达到一定高度，以使其辐射能量达到峰值，可在物理实验室进行研究；3.实验室环境需要保持稳定，以充分利用黑体辐射源的温度和辐射能量。
总结黑体辐射实验是物理学研究中的一种重要实验技术。
通过对黑体辐射源的温度和辐射能量的测量，可以获得有关物体辐射能量和温度的重要信息。
不断改进黑体辐射实验技术，不但能加深对全球变化和气候变化的认识，还可以增强对热辐射和材料物性研究的了解，进一步推动物理学科技的发展。
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黑体辐射实验
（一）、实验目的要求
1、掌握黑体基本理论
2、掌握黑体辐射能量的测量和任意发射光源的辐射能量的测量
3、学会利用相同的装置验证黑体的辐射定律
（二）、实验原理与设备
黑体的基本理论
物体在一定的温度下发出电磁辐射，如果理想热辐射体表面温度已知，那么其辐射特性就可以完全确定。
黑体在温度T时的光谱辐射出射度M等于普适函数。
1900年，普朗克根据他提出的量子理论建立了的准确表达式，得到了与实验完全相同的结果。
这就是著名的普朗克辐射公式。
式中：＿＿第一辐射常量，其值为3.7418
＿＿＿第二辐射常量，其值为1.4388；
M＿＿单位为.
普朗克公式是光辐射的一个重要的基本公式。
从这个公式出发，可以推导出其他有关的辐射公式。
根据基尔霍夫定律可知，绝对黑体的总辐射出射度只是温度的函数，1879年斯忒藩根据实验得到一条经验定律：绝对黑体的积分辐射出射度与其热力学温度的四次方成正比。
1884年，玻尔兹曼根据热力学理论推导出了与斯忒藩经验定律相一致的结果，因此，称为斯－玻定律。
将上式对所有波长积分，就得到绝对黑体的积分辐射出射度，
即＝
此式为斯忒藩－玻耳兹曼定律，其中称为斯忒藩－玻尔兹曼常量。
斯忒藩－玻尔兹曼定律表明，黑体的全辐射出射度与热力学温度的四次方成正比。
因此，温度T微小的变化，就会引起辐射出射度很大的变化。
凡温度在绝对零度以上的物体均能够发出红外辐射，其辐射的峰值波长与物体的温度有确定的关系：
式中λm ——物体辐射的峰值波长
T——物体的温度
B——常数（2898μm·K）
此为辐射度学中的维恩位移定律，意为只要物体有温度，则一定有固定波长的辐射，自然界的物体温度如果在
-40℃～3000℃（233K～3273K）范围，则根据上述公式，峰值辐射波长在0.88～12μm之间，即人们通常所说的红外波段。
2．实验装置及工作原理
WGH–10性黑体实验装置,油光栅单色仪,接受单元,扫描系统,电子放大器,A/D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.该设备集光学,精密机械,电子学，计算机技术与一体. 溴钨灯光源，可调溴钨灯供电源，红外光栅单色器，红外滤光片，硫化铅（PbS）光接收器，光调制器，信号采集单元，数据采集与单色仪控制软件及计算机等。
主机部分有以下几部分组成：单色器，狭缝，接收单元，光学系统以及光栅驱动系统等。
红外单色器光路采用C －T型，如图1。
图1红外单色器光学原理图
M1反射镜、M2准光镜、M3物镜，M4反射镜、M5 深椭球镜
G平面衍射光栅、S1入射狭缝、S2，S3出射狭缝、T调制器
狭缝为直狭缝，宽度范围0—2.5mm连续可调，顺时针旋转为狭缝宽度加大，反之减小，每旋转一周狭缝宽度变化0.5mm。
为延长使用受命，调节时注意最大不超过2.5mm,平时不使用时，狭缝最好开到0.1－0.5 mm左右。
为去除光栅光谱仪中的高级次光谱，在使用过程中，操作者可根据需要把备用的滤光片插入入缝插板上。
图2WGH-10型黑体实验装置
本实验装置的工作区间在800-2500nm，所以选用硫化铅（PbS）为光信号接收器，
从单色仪出缝射出的单色光信号经调制器，调制成50HZ的频率信号被PbS接收，选用的PbS是晶体管外壳结构、该系列探测器是将硫化铅元件封装在晶体管壳内，充以干燥的氮气或其它惰性气体，并采用熔融或焊接工艺，以保证全密封。
该器件可在高温，潮湿条件下工作且性能稳定可靠。
标准黑体应是黑体实验的主要设置，一个标准黑体其价格太高，所以本实验装置采用稳压溴钨灯作光源。
钨丝灯
是一种选择性的辐射体，它产生的光谱是连续的它的总辐射本领RT可由下式求出。
式中为温度T时的总辐射系数，它是给定温度钨丝的辐射强度与绝对黑体的辐射强度之比，因此
或
式中B为常数，1.47×10-4钨丝灯的辐射光谱分布RλT为：
本次实验的钨灯光源，有实测的工作电流与色温度对应关系的数据。
（三）、实验步骤与内容
1、仔细阅读实验讲义，按要求正确连接电路。
检查无误后，打开溴钨灯电源预热；打开主机电源，连接好USB 数据线。
2、建立传递函数曲线
（1）将标准光源电流调整为―溴钨灯的色温‖表中色温为2940K时电流所在位置；
（2）预热20分钟后，在系统上记录该条件下全波段图谱；该光谱曲线包含了传递函数的影响；
（3）点击―验证黑体辐射定律‖菜单，选―计算传递函数‖命令，将该光谱曲线与已知的光源能量曲线相除，即得到传递函数曲线，并自动保存。
以后用户在做测量时，只要将菜单栏中右上方―传递函数‖点击成―传递函数‖。
后再测未知光源辐射能量线时，此时测量的结果已扣除了仪器传递的影响。
3、修正为黑体
任意发光体的光谱能量辐射本领与黑体辐射都有一系数关系软件内提供了钨的发射系数，并能通过点击修正黑体的菜单进行修正，此时，测量溴钨灯的辐射能量曲线将自动修正为同温度下黑体的曲线。
4、验证黑体辐射定律
（1）验证普朗克辐射定律
（2）验证斯特藩－波尔兹曼定律
（3）验证维恩位移定律
（综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关知识的实验，不是单一的。
设计性实验是指给定实验目的要求和条件，由学生自己设计实验方案并加以实现的实验。
）
本实验相关知识点：
红外物理（光度学与辐射度学）：涉及黑体的基本概念、普朗克辐射定律、斯特藩－波尔兹曼定律、维恩位移定律等，几乎贯穿红外技术领域中各个环节。