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
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。
黑体辐射实验
黑体测量实验【实验目的】1、理解和掌握黑体辐射的基本规律，加深对能量量子性的理解；2、验证斯忒藩—波尔兹曼定律；3、验证维恩—位移定律。
【实验仪器】WGH-10型黑体实验装置【实验原理】1、黑体辐射任何物体，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，而且与表面的材料性质有关。
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 黑体的光谱辐射出射度为：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=1251T C T eC M λλλ式中：第一辐射常数：2161m w 1074.3⋅⨯=-C第二辐射常数：K w 104396.122⋅⨯=-C（2）黑体的全辐射出射度—忒藩—波尔兹曼定律黑体的全辐射出射度为：40T d M M T b δλλ⎰∞==T 为黑体的绝对温度，δ为 忒藩—波尔兹曼常数，()4282345K m w/10670.5152⋅⨯==-c h k πδk 为波尔兹曼常数，h 为普朗克常数，c 为光速。
（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，Tb =max λ b 为常数，K m 10896.23⋅⨯=-b【实验步骤】1、将WGH-10型黑体实验装置电源的电压凋节旋钮凋节至最小值，然后打开电源和接收器的电源，过1~2分钟后，可以打开桌面上WGH-10型黑体实验系统的软件。
2、根据溴钨灯工作电流--色温对应表，凋节光源的驱动电流（不能超过2.5A ！）。
3、实验中要测量两个温度下的黑体辐射曲线。
学生可任意测两个温度（不要高过2940K ，即不能使光源的驱动电流超过2.5A ）下的黑体辐射曲线。
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。
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
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）。
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W 和距离L 以及距离的平方的关系，并描绘W -2L 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：),(),(),(T F T T r νναν= （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：4T R T σ= （2）即斯特藩-玻耳兹曼定律，其中4212/10673.5K cm w -⨯=σ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：b T =max λ （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。
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。
(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
DOCS
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
黑体红外辐射实验报告
黑体红外辐射实验报告1. 实验目的本实验旨在通过测量黑体红外辐射的强度，了解黑体辐射定律，并探究温度与辐射的关系。
2. 实验原理黑体是指一个完全吸收所有射入它的辐射，并以完美均匀方式辐射出射的理想化物体。
根据黑体辐射定律，热辐射强度与温度的关系可由斯特藩-玻尔兹曼定律表达：I = \sigma T^4其中，I为单位面积单位时间内辐射的能量，\sigma为斯特藩-玻尔兹曼常量，T 为黑体的温度。
利用红外辐射测温仪，可以测量出黑体的红外辐射强度，并借此来计算黑体的温度。
3. 实验步骤3.1 实验装置准备1. 准备一个稳定的工作台，并放置黑体辐射源。
2. 将红外辐射测温仪架设在适当的位置，并保证其与黑体源的距离适中。
3.2 测量黑体源与环境的温度1. 打开红外辐射测温仪，待其达到稳定状态。
2. 将红外辐射测温仪对准黑体源，记录测得的温度作为黑体源的温度（记为T_{\text{黑体}}）。
3. 同样，将红外辐射测温仪对准实验环境，记录测得的温度作为环境温度（记为T_{\text{环境}}）。
3.3 测量黑体源辐射的强度1. 调整红外辐射测温仪与黑体源的距离，使其具有较佳的测量效果。
2. 连续记录红外辐射测温仪所测得的黑体源温度数值，并计算出均值（记为\overline{T}_{\text{黑体}}）。
3. 利用测量得到的环境温度与均值黑体温度，代入斯特藩-玻尔兹曼定律中，计算出黑体辐射的强度。
4. 数据处理与结果分析根据实验所测得的数据，我们可以绘制出黑体源温度与其辐射强度之间的关系图。
根据斯特藩-玻尔兹曼定律，图中展现了一个T^4与辐射强度之间的正比关系。
通过对实验数据进行线性拟合，我们可以得到斯特藩-玻尔兹曼常量的估计值。
进一步，我们探究了环境温度对黑体辐射的影响。
可得到一个关于环境温度与黑体辐射强度的关系图。
通过分析该图，我们可以初步判断环境温度对黑体辐射强度的影响较小。
5. 结论与讨论通过实验，我们成功测量了黑体源的红外辐射强度，并了解了黑体辐射定律的基本原理。
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
黑体辐射实验
黑体辐射实验是一种物理实验方法，旨在研究和测量黑体辐射现象。
黑体是指对所有波长的辐射都是完全吸收的理想物体，不会反射或透射任何辐射。
在实验中，最常用的方法是通过热源来产生黑体辐射。
实验者通常会使用一块特定材料制成的黑色物体作为热源，将其加热到一定温度，使其达到热平衡状态。
然后，实验者使用光谱仪或其他光学设备来测量黑体辐射的光谱分布和强度。
通过对黑体辐射的测量和分析，可以得到黑体辐射的性质和规律，如普朗克辐射定律和斯蒂芬-玻尔兹曼定律等。
这些定律
对于理解物体的热辐射和能量转换等过程具有重要意义，并在热力学、量子力学、天体物理学等领域中得到广泛应用。
需要注意的是，实际中并不存在完全符合理想黑体特性的物体，但可以通过逼近方法来模拟黑体辐射现象。
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
黑体辐射实验报告黑体辐射实验报告引言：黑体辐射是物体在一定温度下发射出的热辐射，它是热力学和量子力学的重要研究对象。
本实验旨在通过测量黑体辐射的光谱分布，研究黑体辐射的特性，并验证黑体辐射的普朗克定律。
实验装置与方法：实验装置主要包括黑体辐射源、光栅光谱仪、光电倍增管和数据采集系统。
首先，将黑体辐射源加热至一定温度，并保持稳定。
然后，将光栅光谱仪对准黑体辐射源，调整光栅角度和入射光线，使得光栅光谱仪能够将黑体辐射的光分解成不同波长的光谱。
接下来，将光电倍增管与光栅光谱仪连接，通过光电倍增管将光信号转化为电信号，并将电信号输入数据采集系统。
最后，通过数据采集系统记录光电倍增管输出的电信号强度与波长的关系。
实验结果与分析：实验中，我们分别测量了黑体辐射源在不同温度下的光谱分布，并得到了相应的数据。
通过对数据的分析，我们发现黑体辐射的光谱分布与温度有关。
随着温度的升高，黑体辐射的光谱分布向短波长方向移动，并且峰值强度增大。
这符合普朗克定律的预期结果，即黑体辐射的峰值波长与温度呈反比关系，而辐射强度与温度的四次方成正比关系。
进一步分析数据，我们发现黑体辐射的光谱分布呈现连续的特性，不存在间断或缺失的波长。
这与经典物理学中的连续辐射理论相矛盾，而与量子力学的观点相符。
根据量子力学的解释，黑体辐射的光谱分布是由许多不同能量的光子组成的，每个能量对应一个波长。
因此，黑体辐射的光谱是连续的。
此外，我们还观察到在较高温度下，黑体辐射的峰值波长处于可见光范围内，呈现出不同颜色。
这与我们日常生活中观察到的热物体的颜色现象相符。
根据普朗克定律，我们可以通过测量黑体辐射的峰值波长来推断其温度，这对于工业生产和科学研究具有重要意义。
结论：通过本实验，我们成功测量了黑体辐射的光谱分布，并验证了普朗克定律对黑体辐射的描述。
实验结果表明，黑体辐射的光谱分布与温度、波长和辐射强度有关。
黑体辐射的光谱分布是连续的，不存在间断或缺失的波长。
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。
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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普朗克的量子假说 普郎克公式
问题：如何从理论上找到符合实验的函数式
M (T ) ？
瑞利(Rayleigh)--金斯(Jeans)经验公式
M (T )d 2c kTd
4
维恩(Wien)经验公式
e0 ( , T ) c1 e
（下一页）
5 c2 T
M (T )
实验值
1. 黑体、黑体辐射
普朗克量子假设
热辐射 实验表明：一切物体在任何温度下都 以电磁波的形式向外辐射能量。辐射 的能量与温度有关，∴称之为热辐射。
平衡热辐射 辐射和吸收的能量相等时称为热平衡。 此时物体具有稳定温度
发射电磁辐射能量
相等
吸收电磁辐射能量
（下一页）
绝对黑体 如果一个物体能全部吸收投射在它 上面的辐射而无反射，这种物体称 为绝对黑体，简称黑体。
M (T ) 2c h
2
5
1 e
hc kT
c ——光速
1
k 1.38 10 J/K
23
——玻尔兹曼恒量
e ——自然对数的底
（下一页）
这一公式称为普朗克公式,它和实验符合得很好。
e0 ( , T )
实验值
8h d 3 c
3
1 e
h 1 kT
d
绝对黑体—— 一个理想模型
实例
?
空腔
用不透明材料制成一空心容器，壁上 开一小孔，该小孔可看成绝对黑体
绝对黑体的辐出度
0
M 0 (T ) M 0 ( , T )d
（下一页）
绝对黑体的辐射定律
绝对黑体单色辐出度按波长分布实验
实验装置 T
绝对黑体
绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线
M (T )
, 2 , 3 , , n
（n为正整数）
对于频率为 的谐振子最小能量为 h h 称为普朗克常数， 正整数 n 称为量子数。
h 6.63 10
34
Js
（下一页）
振子在辐射或吸收能量 时，从一个状态跃迁 到另一个状态。 在能量子假说基础上，从理论上推导，普朗克得到了 黑体辐射公式：
0
1
2
3
4
5
6
λ
(μm)
绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线
M (T )
0
1
Hale Waihona Puke 2345
6
λ
(μm)
物体辐射总能量及能量按波长分布决定于温 度 固体在温度升高时颜色的变化
800 K
1000 K
1200 K
1400 K
例子：低温火炉辐射能集中在红光。 高温物体辐射能集中在蓝、绿色。
应用：光测高温计，测量发电厂炉内温度。
维恩
o
1
2
3 4
5
6 7
8 9 λ (μ m)
M (T )
实验值
紫 外 灾 难 瑞利--金斯
o
1
2
3 4
5
6 7
8 9 λ (μ m)
M (T )
实验值
紫 外 灾 难 瑞利--金斯
维恩
o
1
2
3 4
5
6 7
8 9 λ (μ m)
普朗克量子假说
问题：如何从理论上找到符合实验的函数式 M (T ) ？ 能量子假说：辐射物质中具有带电的线性谐振 子，它和周围电磁场交换能量。这些谐振子只能处 于某种特殊的状态，它的能量取值只能为某一最小 能量 （称为能量子）的整数倍，即：
普朗克
o
1
2
3
4
5
6
7
8
9 λ (μ m)
普朗克能量子假说的意义： 首次提出了能量不连续的假设， 成功的解决了黑体辐射的理论问题。 开量子之先河。所以人们称普朗克为 “量子力学之父”。
（下一页）
1918诺贝尔物理学奖
• M.V.普朗克
• 研究辐射的量子 理论，发现基本 量子，提出能量 量子化的假设