04111202 黑体辐射出射度曲线绘制实验报告
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黑体辐射出射度曲线绘制实验报告姓名：学号：班级：黑体辐射出射度曲线绘制一、 实验目的：学习和巩固黑体辐射定律，验证普朗克辐射定律、斯蒂芬—玻尔兹曼定律、维恩位移定律；了解单色仪的工作原理及基本结构。
二、 实验内容：按照实验指导书的要求和步骤操作仿真黑体实验的装置，验证黑体相关定律。
三、 实验设备：WHS-型黑体实验装置，计算机，打印机等。
四、 实验原理：黑体是一个能完全吸收并向外完全辐射入射在它上面的辐射能的理想物体。
黑体的光谱辐射量和温度之间存在精确的定量关系，确定了黑体的温度，就可以确定其他的辐射量，因此黑体辐射定律在辐射度学中起了基准作用，占据十分重要的地位。
自然界中不存在绝对黑体，用人工的的方法可以制成尽可能接近绝对黑体的辐射源。
钨的熔点约为3695K ，充气钨灯丝的光谱辐射分布和黑体十分相近，因此可以用来仿真黑体。
CIE 规定分布温度2856K 的充气钨丝灯作为标准A 光源，以此实现绝对温度为2856K 的完全辐射题的辐射，即标准照明体A 。
本次试验所用的WHS-1黑体实验装置就是以溴钨灯模拟黑体的辐射源，通过改变灯丝的电流来模拟改变黑体的色温。
描述黑体辐射定律的普朗克公式以波长表示的形式为：1)exp(1),(2510-=Tc c T M λλλ (1) 其中第一辐射常数21621m W 107418.32⋅⨯==-hc c π；第二辐射常数K m 104388.122⋅⨯==-khc c ，k 为玻尔兹曼常数，c 为光速。
由于黑体是朗伯辐射体，因此可以得到黑体的光谱辐亮度表示式如下：1)e x p (1),(2510-=T c c T L λπλλ (2)斯蒂芬—玻尔兹曼定律描述的是黑体的辐射出射度与温度之间的关系：)m W()(240T T M σ= （3） 式（3）中，)K m W (106696.5154-2-84241⋅⋅⨯==-c c πσ称为斯蒂芬—玻尔兹曼常数。
黑体光谱辐射是单峰函数，其峰值波长满足维恩位移定律：)K m (⋅=μλb T m （4） 式（4）中，常数K m 28989651.42⋅==μc b 。
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。
黑体辐射实验报告
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。
1. 黑体辐射的光谱分布——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：2151T C TC E e λλλ=⎛⎫- ⎪⎝⎭（瓦特/米）其中，第一辐射常数()216312 3.7410C hc W m π-==⨯⨯ 第二辐射常数()22 1.438010hcC m K k-==⨯⨯ 黑体光谱辐射亮度由下式给出：TT E L λλπ=图（4-1）给出了黑体光谱辐射亮度随波长变化的图形。
黑体辐射
黑体辐射【实验目的】1．学习使用实验装置测量黑体辐射曲线的原理和方法2．测定黑体辐射曲线【实验仪器】黑体灯及电源1套，光谱扫描装置1套（含光强传感器和旋转传感器），750型数据转换器一套，Datastudio科学软件一套。
【实验原理】1．利用光谱扫描装置和相应的传感器和转换器，对不同温度黑体灯源的辐射进行扫描，测定相应的黑体辐射曲线并验证维恩位移律.下图为光谱扫描装置示意图：2．黑体灯源的温度由以下公式确定：Temp.(K) = 300 + ((voltage/current)/0.84 - 1/.0045).式中(voltage/current)分别为由黑体灯源上的传感器测得的电压和电流，其比值为灯丝的电阻。
3．不同位置上光辐射波长的确定式中θ为某一波长光谱的方位角；Init 和Ratio分别为光谱扫描装置的初始角和转动比；Angle为传感器测量的转动角。
方位角的确定见下图：实验中，根据电压和电流传感器测出的灯丝电阻确定黑体灯的温度，温度的数值可由Datastudio根据经验公式和传感器测出的数据直接读出。
根据旋转传感器测得的数据确定不同方位光谱的波长，并由光强传感器记下相应的相对光强，对整个光谱进行扫描，在光强—波长坐标系中由Datastudio绘出相应的黑体辐射曲线。
【实验步骤】在安装好光谱扫描装置上打开黑体灯源和750转换器，并打开Datastudio窗口：0 打开“信号发生器”窗口，设定电压为9v，并将电源打开.1 测量转动比Ratio：打开Intencity-Angular position 窗口，将光谱扫描盘转动一周，记下传感器转过的角度A，则Raito=A/2π.2 测量初始角Init：打开Intencity-Angular position 窗口，从停止点开始均匀地扫描辐射光谱，记下第二个光强峰值点的角度位置，测量5次求出平均值，即初始角Init.3 打开“计算器”窗口，将测得的参数Ratio 和Init 输入并接受。
【2018最新】黑体辐射实验实验报告word版本 (13页)
本文部分内容来自网络整理，本司不为其真实性负责，如有异议或侵权请及时联系，本司将立即删除！== 本文为word格式，下载后可方便编辑和修改！ ==黑体辐射实验实验报告篇一：黑体辐射实验报告黑体辐射摘要：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范畴内是无法合理地解决的，普朗克引进了量子化的假设，推导出黑体辐射波长分布公式。
量子化假设已成为当代物理学的基石，对当代科学技术的发展产生了深远的影响。
Blackbody radiationWang Duo(the College of Science,BUPT.Beijing,100876)Abstract: Planck's blackbody radiation formula in 1900 is a landmark achievement in physics. Prior to this, although the blackbody radiation in the wavelength distribution of the data has been very reliable, but the theory of the classical physics explains lead to a very sharp contradiction. This issue in the scope of classical physics cannot be reasonably resolved, Planck introduced the quantum assumptions and derived blackbody radiation wavelength distribution formula. Quantization hypothesis has become the cornerstone of contemporary physics, and had a profound impact on the development of modern science and technology.引言：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。
黑体辐射_精品文档
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
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：
黑体辐射出射度曲线绘制
黑体辐射出射度曲线绘制一、目的：学习和巩固黑体辐射定律，验证普朗克辐射定律、斯蒂芬-玻尔兹曼等定律；了解单色仪的工作原理及基本结构。
二、内容：按照实验指导书的要求和步骤操作仿真黑体实验装置，验证黑体相关定律。
三、设备：WHS-型黑体实验装置，计算机，打印机等。
四、原理：黑体是一个能完全吸收并向外完全辐射入射在它上面的辐射能的理想物体。
黑体的光谱辐射量和温度之间存在精确的定量关系，确定了黑体的温度，就可以确定其他的辐射量，因此黑体辐射定律在辐射度学中起了基准的作用，占据十分重要的地位。
自然界不存在绝对黑体，用人工的方法可以制成尽可能接近绝对黑体的辐射源。
钨的熔点约为3695K，充气钨丝灯的光谱辐射分布和黑体十分接近，因此可以用来仿真黑体。
CIE规定分布温度2856K的充气钨丝灯作为标准A光源，以此实现绝对温度为2856K的完全辐射体的辐射，即标准照明体A。
本次实验所用的WHS-1黑体实验装置就是以溴钨灯模拟黑体的辐射源，通过改变灯丝的电流来模拟改变黑体的色温。
描述黑体辐射定律的普朗克公式以波长表示的形式为：M0(λ,T)=c1λ51exp(c2λT⁄)−1(1)式(1)中，第一辐射常数c1=2πℎc2=3.7418∗10−16W•m2；第二辐射常数c2=ℎc k⁄=1.4388∗10−2m•K；k为玻尔兹曼常数；c为光速。
由于黑体是朗伯辐射体，因此可以得到黑体的光谱辐亮度表示式如下：L0(λ,T)=c1πλ51exp(c2λT⁄)−1(2)斯蒂芬-玻尔兹曼定律描述的是黑体的辐射出射度与温度之间的关系：M0(T)=σT4 (W m2⁄)(3)式(3)中，σ=c1π415c24=5.6696∗10−8(W•m2•K−4)⁄称为斯蒂芬-玻尔兹曼常数。
黑体光谱辐射是单峰函数，其峰值波长满足维恩位移定律：λm T=b (μm•K)(4)式(4)中，常数b=c2 4.9651⁄=2898 μm•K。
实验就是要验证黑体辐射的上述定律。
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。
黑体辐射实验
黑体辐射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范畴内是无法合理地解决的，普朗克引进了量子化的假设，推导出黑体辐射波长分布公式。
量子化假设已成为当代物理学的基石，对当代科学技术的发展产生了深远的影响。
【实验目的】1、研究物体的辐射面、辐射体温度对物体辐射能力的影响，并分析原因。
2、测量改变测试点与辐射体距离时，物体辐射能量和距离以及距离的平方的关系，并描绘-曲线。
3、 依据维恩位移定律，测绘物体辐射能量与波长的关系图。
【实验原理】热辐射的真正研究是从基尔霍夫开始的。
1859年他从理论上引入了辐射本领、吸收本领和黑体概念，他利用热力学第二定律证明了一切物体的热辐射本领r(ν,T)与吸收本领α(ν,T)成正比，比值仅与频率ν和温度T有关，其数学表达式为：（1）式中F(ν,T)是一个与物质无关的普适函数。
1861年他进一步指出，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，斯特藩从实验中总结出了黑体辐射的辐射本领R与物体绝对温度T 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，其数学表达式为：（2）即斯特藩-玻耳兹曼定律，其中为玻耳兹曼常数。
1888年，韦伯提出了波长与绝对温度之积是一定的。
1893年维恩从理论上进行了证明，其数学表达式为：（3）式中b＝2.8978×10-3( m.K )为一普适常数，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，即维恩位移定律。
图 1 辐射能量与波长的关系图 l 显示了黑体不同色温的辐射能量随波长的变化曲线，峰值波长λmax与它的绝对温度T成反比。
1896年维恩推导出黑体辐射谱的函数形式：(4)式中为常数，该公式与实验数据比较，在短波区域符合的很好，但在长波部分出现系统偏差。
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？
黑体辐射实验报告
黑体辐射实验报告引言黑体辐射是物理学中一项重要研究课题。
通过实验测量不同温度下黑体的辐射能量分布，可以得到一系列黑体辐射曲线，从而探索能量分布和辐射特性的规律。
本实验旨在通过测量黑体在不同温度下的辐射光谱，验证黑体辐射定律，以及探索黑体辐射的特性。
实验原理黑体是一种理想化的热辐射体，具有吸收所有射入它的辐射、同时以最大速率辐射出全部吸收的辐射特性。
根据黑体辐射定律，黑体辐射功率与温度的四次方成正比，并由普朗克辐射定律描述辐射光谱分布。
实验设备本实验采用了以下设备：1. 黑体辐射源：通过加热导体并通过热辐射产生电磁辐射的装置。
2. 辐射光谱仪：用于测量不同波长下的辐射能量分布。
3. 温度计：用于测量黑体辐射源的温度。
实验步骤1. 将辐射光谱仪设置在适当的测量距离，并保持相对稳定。
2. 打开黑体辐射源，并记录初始温度。
3. 开始采集不同温度下的光谱数据，每隔一定温度间隔测量一次。
4. 记录不同波长下辐射能量的测量值，并同时记录相应的温度。
5. 测量完成后，关闭黑体辐射源，待其冷却。
实验结果与分析根据实验所得的数据，绘制出不同温度下的黑体辐射曲线。
可以观察到随着温度的升高，黑体的辐射能量增加。
同时，根据普朗克辐射定律，黑体辐射的峰值波长随温度的升高而减小。
这与实际考察中的结果相符。
进一步分析实验所得数据，可以得出结论：黑体辐射的能量分布与温度呈现非常特殊的关系。
随着温度的升高，光谱曲线向短波长方向移动，峰值强度增加，光谱分布减少。
这说明高温下辐射的主要成分为短波长光，而低温下则主要为长波长光。
结论通过本次黑体辐射实验的测量与分析，验证了黑体辐射定律，即黑体辐射功率与温度的四次方成正比。
进一步分析发现，黑体辐射能量分布与温度呈现非线性关系，随温度的升高，光谱曲线向短波长方向移动。
这一实验结果对于理解物体的热辐射特性、太阳光谱特性以及宇宙背景辐射的研究具有重要意义。
同时，本实验也帮助培养了实验操作能力和数据分析能力，为进一步科研打下基础。
黑体测量实验
黑体测量实验从某种意义上来说，由于我们生活在一个辐射能的环境中，我们被天然的电磁能源所包围，就产生了测量和控制辐射能的要求。
随着科学技术的发展，辐射度量的测量对于航空、航天、核能、材料、能源卫生及冶金等高科技部门的发展越来越重要。
而黑体辐射源作为标准辐射源,广泛地用作红外设备绝对标准。
它可以作为一种标准来校正其他辐射源或红外整机。
另外，可利用黑体的基本辐射定律找到实体的辐射规律,计算其辐射量。
【实验目的】1. 通过实验了解和掌握黑体辐射的光谱分布。
2. 验证普朗克(Planck)辐射定律。
3. 验证斯忒藩——波耳兹曼定律。
4. 验证维恩(Wien)位移定律。
5. 研究黑体和一般发光体辐射强度的关系。
6. 学会一般发光源的辐射能量的测量，记录发光源的辐射能量曲线。
【实验仪器】WGH —10型黑体实验装置，电控箱，溴钨灯及电源，计算机等【实验原理】1. 热辐射与基尔霍夫(Kirchhoff)定律基尔霍夫(Kirchhoff)定律是描述热辐射体性能的最基本定律。
任何物体，只要其温度在绝对零度0K 以上，就向周围发射辐射，这种由于物体中的原子、分子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。
只要其温度在绝对零度以上，也要从外界吸收辐射的能量。
描述物体辐射规律的物理量是辐射出射度和单色辐射出射度，它们之间的关系为：0(,)()M T M T d λλ∞=⎰ （1）实验表明，热辐射具有连续的辐射谱，波长自远红外区延伸到紫外区，并且辐射能量按波长的分布主要决定于物体的温度。
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。
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，但许多的物体是较好的黑体近似( 在某些波段上)。
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。
黑体辐射实验
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
调制 器
接 受 狭 缝 决 定 光 谱 的 强 度
入 射 狭 缝 决 定 光 谱 的 分 辨 率
S2,3 S1
深 椭 球 镜
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。
实验预习 （1）了解黑体实验设计思想，掌握黑体辐 射原理与定律。 （2）了解黑体实验仪器组件，明确测量过 程与分析要素。 （3）了解黑体实验的发展历史，明确光谱 辐照曲线的广泛应用。
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？ 2、实验数据处理中为何要对数据进行 归一化处理？ 3、实验中使用的光谱分布辐射度与辐 射能量密度有何关系？
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：
04111202 黑体辐射出射度曲线绘制实验报告
黑体辐射出射度曲线绘制一、目的：学习和巩固黑体辐射定律，验证普朗克辐射定律、斯蒂芬-玻尔兹曼等定律；了解单色仪的工作原理及基本结构。
二、内容：按照实验指导书的要求和步骤操作仿真黑体实验装置，验证黑体相关定律。
三、设备：WHS-型黑体实验装置，计算机，打印机等。
四、原理：黑体是一个能完全吸收并向外完全辐射入射在它上面的辐射能的理想物体。
黑体的光谱辐射量和温度之间存在精确的定量关系，确定了黑体的温度，就可以确定其他的辐射量，因此黑体辐射定律在辐射度学中起了基准的作用，占据十分重要的地位。
自然界不存在绝对黑体，用人工的方法可以制成尽可能接近绝对黑体的辐射源。
钨的熔点约为3695K，充气钨丝灯的光谱辐射分布和黑体十分接近，因此可以用来仿真黑体。
CIE规定分布温度2856K的充气钨丝灯作为标准A光源，以此实现绝对温度为2856K的完全辐射体的辐射，即标准照明体A。
本次实验所用的WHS-1黑体实验装置就是以溴钨灯模拟黑体的辐射源，通过改变灯丝的电流来模拟改变黑体的色温。
描述黑体辐射定律的普朗克公式以波长表示的形式为：M0(λ,T)=c1λ51exp(c2λT⁄)−1(1)式(1)中，第一辐射常数c1=2πℎc2=3.7418∗10−16W•m2；第二辐射常数c2=ℎc k⁄=1.4388∗10−2m•K；k为玻尔兹曼常数；c为光速。
由于黑体是朗伯辐射体，因此可以得到黑体的光谱辐亮度表示式如下：L0(λ,T)=c1πλ51exp(c2λT⁄)−1(2)斯蒂芬-玻尔兹曼定律描述的是黑体的辐射出射度与温度之间的关系：M0(T)=σT4 (W m2⁄)(3)式(3)中，σ=c1π415c24=5.6696∗10−8(W•m2•K−4)⁄称为斯蒂芬-玻尔兹曼常数。
黑体光谱辐射是单峰函数，其峰值波长满足维恩位移定律：λm T=b (μm•K)(4)式(4)中，常数b=c2 4.9651⁄=2898 μm•K。
实验就是要验证黑体辐射的上述定律。
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。
黑体辐射实验报告
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。
1. 黑体辐射的光谱分布——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：2151T C TC E e λλλ=⎛⎫- ⎪⎝⎭（瓦特/米）其中，第一辐射常数()216312 3.7410C hc W m π-==⨯⨯ 第二辐射常数()22 1.438010hcC m K k-==⨯⨯ 黑体光谱辐射亮度由下式给出：TT E L λλπ=图（4-1）给出了黑体光谱辐射亮度随波长变化的图形。
黑体辐射实验
黑体辐射实验实验十八黑体辐射实验一、实验目的1.了解黑体和一般发光体辐射强度的关系；2.掌握测量一般发光光源的辐射能量曲线的方法3.验证普朗克辐射定律；4.验证斯忒藩一波耳兹曼定律；5.验证维恩位移定律；二、黑体辐射和实验基本理论1．黑体辐射任何物体，只要绝对不为零，就会向周围发射辐射，这称为热辐射。
黑体是一种完全的热辐射体，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。
在热平衡下，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。
2．黑体辐射定律（1）黑体辐射的光谱分布——普朗克辐射定律普朗克提出，在空腔辐射体中电磁辐射的能量是量子化的。
根据这一假定，在某一温度下达到平衡时，黑体的光谱辐射度可表示为： )1e (C )1e (1hc 2E T 2C kT hc 51552T -λ=-λλπ=λλλ（瓦/米3）（18-1）式中c 为光速，h 为普朗克常数，C 1 = 3.74×10-16 （瓦米2）、常数C 2 = 1.4398⨯10-2（米开尔文）。
黑体光谱辐射亮度由下式给出： π=λλT TE L （瓦/米3球面度） （18-2）图18-1 黑体的频谱亮度L λT 随波长变化图2-1 给出黑体的频谱亮度随波长的变化，其中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。
（2）黑体的积分辐射——斯忒藩—波尔兹曼定律此定律用辐射度表示为，40T T T d E E δ=λ=⎰∞λ（瓦特/米2）（18-3）T 为黑体的绝对温度，δ为斯忒藩—波尔兹曼常数，δ =2345c h 15k 2π= 5.670×10-8 （瓦/米2•开尔文4） （18-4）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同性的，所以其辐射亮度与辐射度有关系π=TE L（18-5）于是，斯忒藩—波尔兹曼定律也可以用辐射亮度表示为4T L πδ=（瓦特/米2•球面度）（18-6）（3）维恩位移定律光谱亮度的最大值的波长 λmax 与它的绝对温度T 成反比，T Amax =λ（18-7）A 为常数，A=2.896⨯10-3 （米×开尔文）。
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黑体辐射出射度曲线绘制
一、
目的：学习和巩固黑体辐射定律，验证普朗克辐射定律、斯蒂芬-玻尔兹曼等定律；了解单色仪的工作原理及基本结构。
二、
内容：按照实验指导书的要求和步骤操作仿真黑体实验装置，验证黑体相关定律。
三、
设备：WHS-型黑体实验装置，计算机，打印机等。
四、原理：
黑体是一个能完全吸收并向外完全辐射入射在它上面的辐射能的理想物体。
黑体的光谱辐射量和温度之间存在精确的定量关系，确定了黑体的温度，就可以确定其他的辐射量，因此黑体辐射定律在辐射度学中起了基准的作用，占据十分重要的地位。
自然界不存在绝对黑体，用人工的方法可以制成尽可能接近绝对黑体的辐射源。
钨的熔点约为3695K ，充气钨丝灯的光谱辐射分布和黑体十分接近，因此可以用来仿真黑体。
CIE 规定分布温度2856K 的充气钨丝灯作为标准A 光源，以此实现绝对温度为2856K 的完全辐射体的辐射，即标准照明体A 。
本次实验所用的WHS-1黑体实验装置就是以溴钨灯模拟黑体的辐射源，通过改变灯丝的电流来模拟改变黑体的色温。
描述黑体辐射定律的普朗克公式以波长表示的形式为：
(1)
M 0(λ,T)=c 1λ51
exp (c 2λT )‒1式(1)中，第一辐射常数；第二辐射常数c 1=2πℎc 2=3.7418∗10‒16W •m 2；；为光速。
c 2=ℎc k =1.4388∗10‒2m •K k 为玻尔兹曼常数c 由于黑体是朗伯辐射体，因此可以得到黑体的光谱辐亮度表示式如下：
(2)L 0(λ,T)=c 1πλ51
exp (c 2λT )‒1斯蒂芬-玻尔兹曼定律描述的是黑体的辐射出射度与温度之间的关系：
(3)M 0(T )=σT 4 (W m 2)式(3)中，
称为斯蒂芬-玻尔兹曼常σ=c 1π415c 42=5.6696∗10‒8(W •m 2•K ‒4)数。
黑体光谱辐射是单峰函数，其峰值波长满足维恩位移定律：
(4)
λm T =b (μm •K)式(4)中，常数。
b =c 24.9651=2898 μm •K
实验就是要验证黑体辐射的上述定律。
WHS-1型黑体实验装置的工作过程为：调整灯丝电流为某一数值，如1.7A ，停留几分钟待光源稳定；单色仪光栅机构复位，从800nm 至2500nm 以一定的间隔(如1nm)进行扫描，将数据存进内存(即软件中所指“寄存器_1”等)，显示的辐出度数值为：辐出度显示值= *理论值为保证显示值波长扫描探测器实测值标定值不偏离理论值太多，除了要保证光栅扫描机构的精度外，溴钨灯的稳定性也十分重要。
因此溴钨灯的预热，以及调整电流后，应有充足的稳定时间。
五、
实验步骤：1.正确连接计算机、单色仪、接收单元、电控箱、溴钨灯电源、溴钨灯；
2.打开计算机、电控箱及溴钨灯电源，使机器预热20分钟；
3.按照软件的提示，确认反射镜拨杆的位置置于位置“1”，即把拨杆拨向出射狭缝方向（拨向相反方向用于“观察窗查看二级谱线”实验）；
4.将溴钨灯电源的电流调节为1.7A （即对应黑体色温2999K ）扫描一条
从800~2500nm 的曲线，得到在色温2999K 时的黑体辐射曲线；
验证热辐射定律
注意：测试完一条曲线后，可以点击主菜单的“验证热辐射定律”下的“普朗克辐射定律(W)”进行验证。
输入800~2500nm之间不同的波长值，验证测量值和理论值的符合程度。
如果相差太大，此时应点击“工作”下的“修正黑体辐射系数参数(Y)”的“选择计算(Z)”进行标定。
标定步骤参照“使用说明书”20~22页的说明进行。
5.依次改变溴钨灯的电源为1.6A（对应2889K），可得到相应色温的黑体
辐射曲线，分别存入各寄存器，最多可以存9条曲线。
由于测量过程
较长，测量时间有限，故我们只测量1.7A和1.6A两条辐射曲线，其
他值的测量过程相同，只需要把电流调至相应大小重复4-5操作即可。
1.6A时辐射曲线
验证热辐射定律
进行完步骤5，且每次验证普朗克定律误差较小，则可以验证斯蒂芬-玻尔兹曼定律和维恩位移定律。
实验结果如下：
斯蒂芬-玻尔兹曼定律
图4. 维恩位移定律验证界面
六、注意事项：
1.日常使用时黑体辐射系数参数已标定好，因此一般情况下不要调整入射
和出射狭缝的大小；
2.如果因测试环境发生变化（狭缝大小变化）或实验数据误差过大，则需
要参照软件提示和“使用说明书”20~22页的说明对黑体辐射系数参数进行修正。
七、参考文献：
[1]. 金伟其，胡威捷. 辐射度、光度与色度及其测量[M]. 北京理工大学出版
社. 2006
[2]. 吴继宗,叶关荣. 光辐射测量[M]. 机械工业出版社. 1992。