1-2 黑体辐射 实验报告

近代物理实验报告

指导教师： 得分：

实验时间： 2010 年 06 月 02 日， 第 十四 周， 周 三 ， 第 5-8 节

实验者： 班级 材料0705 学号 200767025 姓名 童凌炜

同组者： 班级 材料0705 学号 200767007 姓名 车宏龙

实验地点： 综合楼 505

实验条件： 室内温度 ℃， 相对湿度 %， 室内气压

实验题目： 黑体辐射

实验仪器：（注明规格和型号） WGH-10型黑体实验装置（光栅单色仪、接收单元、扫描系统、电子放大器、转换采集、电流可调的溴钨灯光源、计算机及打印机组成）试验装置的光学系统如图所示。

实验目的：

通过测量黑体辐射的能量分布曲线及普朗克常量，加深对黑体辐射问题的理解。

实验原理简述：

历史上很多物理学家都企图用经典理论解释黑体辐射规律。如Kirchhoff 、Boltzzman 、Wilhelm 、Rayleigh 等。他们得到了一些与之有关的公式：

Boltzzman Equation ：W k S N ln =

Wilhelm Equation ： T

a e

b T R λλλ/5),(--=

Rayleigh-Jeans formula ： ννπννd kT c

d T E 2

38),(=

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,…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

8),(/33-=kT h e d c h d T E νν

νπνν

因为λλννλd c

d c 2

,/=

=

所以 18),(/5-=

kT hc e d hc d T E λλ

λπλλ

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。 考虑到单色辐射能密度E （λ，T ）与单色辐射度R （λ，T ）之间的关系：

),(4

),(T R c T E λλ=

此式还可以写成如下形式

12),(/5

2-=

kT hc e d hc d T R λλλπλλ

Planck 公式经过微分后得到Wilhelm 位移定律：

965.4=T k hc

m λ

Planck 公式经积分后可以得到Stefan-Boltzmann Law

40

),()(T d T E T E σλλ==⎰∞

不同的人提出的辐射理论表达为公式曲线之后的图形如右所示， 可见还是存在一定的差别的。

实验步骤简述： 1、 实验内容

1 绘制不同温度下的黑体辐射能量曲线

2 验证普朗克辐射定律

3 验证维恩位移定律

4 验证斯特藩-玻尔兹曼定律

2、 实验步骤

（1） 检查仪器连线，调节狭缝宽度。

（2） 打开溴钨灯电源，打开控制箱电源，预热。

（3）打开计算机，点击计算机运行黑体软件，点击屏幕，显示操作平面，重新进行初始化

（4）绘制基线图

调节溴钨灯电流为1.76A

点击：工作方式-基线-寄存器1-修正为黑体□-传递函数□-单程

此时，屏幕出现动态扫描绘制基线图，越6min后停止。

（5）绘制三条不同温度的黑体辐射能量

●检查溴钨灯电流为1.76A

点击：工作方式-基线-寄存器1-修正为黑体□-传递函数□-黑体-色温、

此时，屏幕出现正在检索提示，稍等后，动态扫描绘制2580K色温下的黑体辐射能量图，

约6min后停止。

点击：归一化

●调节溴钨灯电流为1.90A

点击：寄存器3-黑体-色温

此时，屏幕出现正在检索提示，稍等后，动态扫描绘制2670K色温下的黑体辐射能量图，

约6min后停止。

点击：归一化

●调节溴钨灯电流为1.47A

点击：寄存器4-黑体-色温

此时，屏幕出现正在检索提示，稍等后，动态扫描绘制2410K色温下的黑体辐射能量图，

约6min后停止。

点击：归一化

●点击绝对黑体的理论谱线。

此时屏幕上，展示着三条不同温度的黑体辐射能量曲线和一条溴钨灯的基线，绘图完毕。

●打印绘制的能量图，标识能量图。

（6）验证普朗克辐射定律

点击：验证普朗克辐射定律，屏幕出现光标。

●光标对准某一温度黑体辐射能量线，屏幕的左上角会出现告知数据，该数据表示波长λ值

和能量值E实测，记录该数据。

●再将光标对准同一波长位置的绝对黑体理论线，屏幕的左上角会出现告知数据，该数据表

示一波长λ值和决定黑体理论值E实测，记录该数据。

分别取三条不同色温能量线的四个不同点记录。

（7）点击维恩位移定律

屏幕出现维恩位移定律的数据表格，记录并与理论值对比验证，计算误差。

（8）点击斯特藩-玻尔兹曼定律

屏幕出现斯特藩-玻尔兹曼定律的数据表格，记录并与理论值对比验证，计算误差。

3、注意事项：

A.软件运行时由于误操作，可能会出现“死机”现象，一旦发生误操作，必须首先断掉电控箱电

源，再重新启动计算机系统，接着关闭计算机片刻，然后进行实验操作3

B.实验操作过程中，请将手机关闭，避免因收、发信号时干扰软件运行而发生软件失效，导致重

新安装软件的麻烦。