1-2 黑体辐射 实验报告
辐射探测实验1-实验报告范文黑体辐射实验报告范文
辐射探测实验1-实验报告范文黑体辐射实验报告范文G-M计数器及核衰变与放射性计数的统计规律实验报告班级：姓名：学号：第一部分G-M计数器实验目的了解G-M管的工作原理，掌握其基本性能及其测试方法。
学会正确使用G-M管计数装置的方法。
了解探测器输出信号与输出回路参数的关系，学会正确选择G-M管计数系统输出回路参量。
实验内容在一定的甄别阈下，测量卤素G-M管的坪曲线，确定这些坪曲线的各个参量并选择工作电压。
用示波器观察法和双源法测定卤素G-M管计数装置的分辨时间。
观察并记录G-M计数管的输出电流、电压脉冲与工作电压及输出回路参数的关系。
实验原理G-M管是一种气体探测器。
当带电粒子射入其灵敏体积时，引起气体原子电离。
电离产生的电子在阳极丝附近的强电场中又引起一系列碰撞电离，即触发“自持放电”。
这一过程产生的电子和正离子向两极漂移时，在外回路产生脉冲信号。
从G-M管的工作机制可以看出，入射带电粒子仅仅起一个触发放电的作用，G-M管的输出电流、电压信号的幅度与形状和入射粒子种类与能量无关，只和计数管的几何参量、工作电压以及输出回路参量有关。
图1-SEQ图1-\某ARABIC1图1-SEQ图1-\某ARABIC1G-M计数管的坪曲线表征坪特性的参量主要有：起始电压(V)：即计数管开始计数时的电压。
坪长：（1-1）这是管子的工作区域，工作电压一般可选在坪区的的范围内。
坪斜：（1-2）坪斜主要是由假计数引起的，当然它的值越小越好。
当工作电压高于时，曲线急剧上升，表明管子内发生了持续放电，这会大大缩短管子的寿命，因此在使用中必须注意避免这种情况。
计数装置的分辨时间就是它能区分连续入射的两个粒子之间的最小时间间隔。
G-M管的工作机制决定了它的分辨时间远大于其它探测器，使用时要特别注意。
G-M管在一次放电后，正离子鞘空间电荷使阳极附近气体放大区域内的电场减弱，一直要等到正离子鞘漂移了一段距离后，阳极表面电场才能恢复到可以引起自持放电的阈值以上，在这一段时间内即使有带电粒子射入也不能引起放电，这一段不起作用的时间称为失效时间(或称死时间)，以td记之，一般为100左右。
黑体辐射
1-2 黑体辐射何谓黑体？一般的物体对外来的辐射，都有反射和吸收作用（假定透明度为零）. 若一个物体对外来的一切波长的辐射，在一切温度下都能够全部吸收而不发生反射，该物体称为绝对黑体，简称黑体. 事实上当然不存在绝对黑体，但有些物体可以近似地作为黑体来处理，比如，一束光一旦从狭缝射入空腔体内，就很难再通过该狭缝反射回来，那么，这个开着狭缝的空腔体就可以看作是黑体.所有的物体都能发射热辐射，而热辐射和光辐射一样，都是一定频率范围内的电磁波，在常温和低温下，物体一般辐射出不可见的红外线；而在高温下，会辐射可见光、紫外线. 黑体是一种物体，自然也应该辐射电磁波.【实验原理】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.1859年基尔霍夫以实验证明了黑体与热辐射达到平衡时，单色辐射能量密度E(ν,T )随频率ν变化曲线的形状与位置只与黑体的绝对温度有关，而与腔体的形状及组成的材料物质无关.1877年玻尔兹曼由分子运动论认识到熵S 与几率的对数成正比. 他的方法是将能量E 划分为P 个相等的小份（叫能量元ε）, 这些能量元ε在N 个谐振子中可以按不同的比例分给单个谐振子. 若单个谐振子的平均能量：NP N E U ε==(1-2-1) 假设有W 种分配方案（也叫配容数），则：k S N =W l N (1-2-2) 配容数W 就是几率，k 为玻尔兹曼常量，2310346.1-⨯=k （J/K ），N 个谐振子系统的熵N S 是单个谐振子的熵的N 倍.1893年维恩从实验中发现了黑体辐射的位定律. 他假定辐射能量按频率的分布类似于麦克斯韦速度分布律，得到了现在称之为维恩公式的辐射公式()Taeb T λλλ--=5,R (1-2-3)式中R(λ,T )称为单色辐射度（旧称为单色发射本领），它表示在单位时间内，在黑体的单位面积上从λ到λ+d λ内，单位波长间隔内所辐射出的能量；T 表示绝对温度，a ，b 是两个任意常数，分别称为第一和第二辐射常数. 维恩公式只在短波段与实验结果相符合，在长波段则出现明显偏差.1895年普朗克正在德国柏林大学任理论物理教授，经常参加德国帝国技术物理研究所有关热辐射的讨论. 他认为维恩的推导不大令人信服. 于是从1897年起，投身于这个问题的研究. 普朗克把电磁理论用于热辐射和谐振子的相互作用，通过熵的计算，得到了维恩分布定律，从而使这个定律获得了普遍意义. 但他发现温度增高时，在长波方向，与实验结果仍有偏差，看来需作某些修正. 这时英国物理学家瑞利从另一途径也提出了能量分布定律.1900年6月，瑞利（后经金斯修改）发表了一篇论文，他根据经典电动力学和统计物理学推导而得单色辐射能量密度E(ν,T )由下式决定：ννπννd 8d ),E(23kT cT =(1-2-4) 即瑞利——金斯公式. 式中c 为光速，k 为玻尔兹曼常量，T 为热力学温度，ν为辐射频率. 此公式在低频部分与实验还算相符，但随频率增大与实验值的差距越来越大，当∞→ν时引起发散，这是当时有名的“紫外灾难”, 见图1-2-1.1900年12月14日普朗克在德国物理学会提出：电磁辐射的能量只能是量子化的. 他认为以频率ν作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，其对应的能量应该是某一最小能量的h ν整数倍, 即E=n h ν n=1,2,3,… 这最小的能量称为能量子，h 称为普朗克常量，341065.6⨯=h J ⋅s ，在此能量量子化的假定下，他推导出著名的普朗克公式：()1d 8d ,23-=kT he c h T E νννπνν (1-2-5) 因为 νλc= (1-2-6)λλνd d 2c=(1-2-7)将(1-2-6)和(1-2-7)代入(1-2-5)得1d 8d ),E(5-=kT hc e hc T λλλπλλ (1-2-8)即黑体辐射波长在(λλλd ,+)范围中单色辐射能量密度的分布公式，它与实验结果符合的很好. 普朗克提出的能量子假说具有划时代的意义，标志了量子物理学的诞生，因此获得了1918年诺贝尔物理学奖.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：),R(4),E(T cT λλ=，(1-2-8)式还可写成如下形式： 1d 2d ),R(52-=kThcehc T λλλπλλ (1-2-9)图1-2-1 黑体辐射能量图 图1-2-2二维恩位移图普朗克公式经微分后可得维恩位移定律：Tk hcm λ=4.965 (1-2-10) 式中m λ为黑体辐射曲线的峰值对应的波长，T 为绝对黑体温度，其他各意义同上. 见图1-2-2，光谱亮度的最大值的波长与它的绝对温度成反比：T A m /=λ (1-2-11)A 为常数，A =2.8978310-⨯m ⋅k ，随温度的升高，绝对黑体光谱亮度的最大值的波长位置会向短波方向移动. 只要测出λ，就可求得黑体的温度，这为光测高温得供了另一种手段。
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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？
传热学三级项目报告-物体表面黑度的测定
传热学三级项目报告物体表面黑度的测定班级：姓名：课程名称：传热学指导教师：2013年11月目录前言 (1)1实验仪器及原理分析 (1)1.1实验设备介绍 (1)1.2实验原理分析 (2)2实验试件及过程 (4)2.1试验试件设计 (4)2.2实验步骤 (4)3实验数据记录及分析 (5)3.1实验数据记录 (5)3.2实验数据分析 (6)4实验结果及感想 (6)5参考文献 (6)物体表面黑度的测定（）摘要：当一个物体放在另一个物体的空腔内，且内空腔不存在吸收热辐射的介质（如空气时），彼此以辐射换热方式进行热交换。
它们之间的辐射换热量与两者的温度和辐射面积都有关系，并且满足一定的计算法则。
为了巩固辐射换热理论，掌握用真空辐射法测定固体表面黑度的实验方法，同时分析固体表面黑度随温度的变化规律。
通过实验测量的方法，分别测出辐射换热面的温度，并根据加热电流和电压求出换热量Q，带入相应公式进行验证求出样品的黑度。
同时得到黑度与样品温度的关系。
最后得到样品的黑度是随温度变化的，但它总是不超过1，且随着样品温度的升高样品的黑度减小。
前言本实验目的在于测定时间表面黑度以及黑度随温度变化关系，黑度是辐射换热的重要特性，黑度取决于物体的性质，物体的温度，表面状态，波长，方向，通过本实验的学习了解黑度概念和黑度测量，自己动手设计试件、测量数据、分析结果，增强了动手实验能力，培养灵活运用知识的能力和创新思维，采用真空辐射法测定固体黑度的实验方法，根据公式及日常经验预测试件表面黑度随温度升高呈上升趋势。
1实验仪器及原理分析本试验主要使用的仪器是我校自主研制并制作的物体黑度测定仪，其主要原理是传热学中辐射换热——非凹表面置于凹表面空腔中的相关理论，该实验需要试件与装置温度达到相应稳定的状态下去测量与记录，所以会花费较多的时间使相应的数据达到稳定值，在这个过程中，培养了我们务实、严谨与耐心的相关实验精神，对以后的相关实验的进行很有意义，下面就对该项目的相关仪器及理论做如下详细说明。
18-(1-2-3)黑体辐射
实验表明：吸收与反射的能量与物体温度有关、与辐射能 的波长范围有关。
9
定义：一束波长为+，强度为E入的电磁辐射入射到温度 为T的物体上时，若反射光的强度为E反(,T)，吸收光的强度为 E吸(,T)，则定义： E
反射
单色吸收率：
( , T )
E吸 ( , T ) E 入 ( , T )
14
e1 ( , T ) α1 ( , T )
e2 ( , T ) α2 ( , T )
e B ( , T )
e B ( λ, T ) α B ( λ,T )
真空
M2
M1
e B ( , T ) 为黑体的单色辐出度
αB ( , T ) 为黑体的单色吸收率
e( , T )
13
模型：
N个不同的物体置于一绝热 恒温体内，经过热辐射交换能量， 达到热平衡态。 -- 物体与容器具 有相同温度且保持不变。 要维持温度不变，则物体吸 收的辐射能必须等于辐射出去的 能量。 因此要维持平衡热辐射 ，只 有辐射能量较多的物体吸收能量 也多，反之亦然。
真空
M2
M1
MN
绝热恒温体T=C
1800K
1600K
火 炉
m
峰值波长
10
1.0 2.0
T：绝对温度
3.0 4.0
(nm) 5.0
注意：(1)以上两规律只适用于黑体，对非黑体只近似成立。
21
(2) 热辐射规律在现代技术中有广泛的应用 -- 高温测量、遥感、遥测、红外跟踪等。 测量黑体温度 -- 光测高温计
在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作 黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度。
黑体热辐射实验
黑体辐射实验（41070101）实验背景：早在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：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。
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。
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。
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：1、了解黑体辐射实验现象，掌握辐射研究方法；2、学会仪器调整与参数选择，提高物理数量关系与建模能力；3、通过验证定律，充实物理假说与思想实验能力。
实验仪器：WGH-10型黑体实验装置专门用于进行黑体辐射能量的测量和任意发射光源的辐射能量的测量。
可以记录出发光源的辐射能量曲线。
在实验时，通过改变光源的温度，分别进行扫描，可以从记录的光谱辐射曲线直接看到维恩位移定律的现象，并能够对普朗克定律、斯忒藩-波尔兹曼定律进行较精确的验证。
WGH-10型黑体实验装置的控制系统采用WINDOWS界面，在WINDOWS 95/98系统下均能适用，功能强大、操作简便。
模拟黑体实验的实验报告
模拟黑体实验的实验报告模拟黑体实验的实验报告引言：黑体是物理学中的重要概念，它指的是一个能够完全吸收所有辐射能量的理想物体。
为了研究黑体辐射的特性，科学家们进行了一系列模拟黑体实验。
本实验报告旨在介绍我们小组进行的模拟黑体实验的过程和结果。
实验目的：通过模拟黑体实验，了解黑体辐射的基本特性，并验证普朗克辐射定律和维恩位移定律。
实验材料和方法：1. 黑色金属容器：用于模拟黑体，具有良好的热传导性能。
2. 热电偶温度计：用于测量黑体的温度。
3. 辐射计：用于测量黑体辐射的强度。
4. 热源：用于提供热能，使黑体达到所需温度。
5. 数据记录仪：用于记录实验数据。
实验步骤：1. 准备工作：将黑色金属容器清洗干净，并将热电偶温度计和辐射计安装在容器内部。
2. 实验参数设定：调节热源的温度，使黑体温度在一定范围内变化。
3. 数据记录：使用数据记录仪记录黑体温度和辐射强度的数据。
4. 数据处理：根据实验数据，绘制黑体温度与辐射强度的关系曲线。
5. 结果分析：通过分析曲线，验证普朗克辐射定律和维恩位移定律。
实验结果：根据我们的实验数据，绘制了黑体温度与辐射强度的关系曲线。
曲线呈现出明显的特征，与普朗克辐射定律和维恩位移定律相符合。
实验结果表明，黑体辐射的强度随着温度的升高而增加，并且辐射峰值波长随着温度的升高而减小。
讨论与分析：根据实验结果，我们可以得出以下结论：1. 黑体辐射的强度与温度呈正相关关系。
这符合普朗克辐射定律，即黑体辐射的强度与温度的四次方成正比。
2. 黑体辐射的峰值波长与温度呈反相关关系。
这符合维恩位移定律，即黑体辐射的峰值波长与温度的倒数成正比。
3. 实验结果与理论预测相符，说明普朗克辐射定律和维恩位移定律能够很好地描述黑体辐射的特性。
结论：通过模拟黑体实验，我们验证了普朗克辐射定律和维恩位移定律，并且得出黑体辐射强度与温度的关系曲线。
实验结果与理论预测相符合，表明这两个定律能够很好地描述黑体辐射的特性。
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。
【2018-2019】黑体辐射实验实验报告-实用word文档 (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。
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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。
Extra：Wihelm二维位移曲线：
原始数据、数据处理及误差计算：
实验中获得的数据表见附页，下列数据位数据表上读得的数据；并用它们来验证三个黑体辐射上的定理
除去个别数据偏差带来的影响，能够看到随着溴钨灯色温的升高，测得的辐射曲线与普朗克的理论曲线差别越大，误差越明显。
误差的主要原因是本实验中被等效为黑体的灯箱实际上开有很多散热孔，导致了溴钨灯的热量流失，从而使得辐射曲线幅值下降，偏离了理论标准。
如表可见，随着溴钨灯色温的升高，测得的辐射曲线与理论曲线差别越大，误差越明显。
但总体误差在可以承受的范围内。
而且实际值是小于理论值的，说明模拟黑体的灯箱确实有能量泄露，并且影响了实验结果。
3，Wiehlm定理
结论与之前的两个类似，随着溴钨灯色温的升高，测得的辐射曲线与理论曲线差别越大，误差越达。
实际值是小于理论值，说明模拟黑体的灯箱确实有能量泄露，并且影响了实验结果，带来了误差。
思考题，实验感想，疑问与建议：
实验体会：通过该实验，我了解了黑体辐射问题在历史上被众多人攻克的历史，认识到了要正确表述一个物理现象，所需要花费的精力和毅力。
建议：本实验全程通过计算机软件控制，因此过程上没有什么问题值得改进；只是软件和外部硬件的耦合上似乎比较容易受到干扰，而导致软件输出的数据都是有偏离的，并且需要重装软件来解决；这个问题希望能够在程序编写的层面上给予解决，增强程序的稳定性。
原始记录及图表粘贴处：（见附页）。