实验七 黑体辐射
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
【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。
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。
(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
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。
热辐射的研究：黑体辐射实验探究
探索黑体辐射与温 度、波长的关系
为热辐射的研究提 供实验依据和指导
黑体辐射实验的方法
黑体辐射实验 的原理：黑体 辐射是热辐射 的一种形式， 其辐射强度与 温度和波长有 关。
实验目的：通 过实验验证黑 体辐射的普朗 克公式，并测 量黑体的辐射 强度和温度之 间的关系。
实验设备：黑 体辐射源、温 度计、辐射计、 光谱仪等。
黑体辐射实验是 研究热辐射的重 要实验之一
实验结果表明， 热辐射的能量分 布与温度有关
实验结果为热辐 射的研究提供了 重要的理论依据
实验结果对热辐射 的应用领域，如太 阳能、红外技术等， 具有重要的指导意 义
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热辐射的研究：黑体 辐射实验探究
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目录 /目录
01
热辐射的基本 概念
02
黑体辐射实验 的原理
03
黑体辐射实验 的探究过程
04
黑体辐射实验 的结论
01 热辐射的基本概念
热辐射的定义
热辐射的特点：不需要介质， 可以在真空中传播
ห้องสมุดไป่ตู้
黑体辐射的规律
黑体辐射实验是研究热辐射的基本 实验方法
黑体辐射实验中，黑体的温度和辐 射强度之间的关系是线性的
添加标题
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黑体辐射实验的原理是基于普朗克 黑体辐射定律
黑体辐射实验的结果可以用来验证 普朗克黑体辐射定律的正确性
黑体辐射实验的目的
验证黑体辐射定律
研究黑体辐射的性 质和规律
数据采集与处理
实验设备：黑体辐射源、温度计、热电偶、数据采集系统等 数据采集：记录黑体辐射源在不同温度下的辐射强度和温度 数据处理：使用Excel或其他数据分析软件对采集到的数据进行处理和分析 数据可视化：将处理后的数据以图表的形式展示，以便于理解和分析
(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。
黑体辐射实验原理
黑体辐射实验原理黑体辐射实验是探究热辐射规律和黑体辐射特性的经典实验之一。
该实验通过对黑体辐射的探究，使我们能够了解热辐射的本质和特征，进而对热辐射进行更加深入的研究。
黑体是吸收一切辐射能的理想物体，它可以完全吸收入射的辐射能，不对外界环境产生任何反射或透射。
黑体辐射实验中常用的黑体是由金属或陶瓷制成的容器，内部被涂有吸收率接近于1的黑色物质。
黑体辐射实验的原理是利用黑体的能量吸收和辐射特性，来研究物体的热辐射规律。
实验中，首先需要将黑体加热到一定温度。
当黑体被加热后，它会发出辐射能，这些能量以电磁波的形式向四面八方传播。
黑体辐射的光谱能够覆盖从长波红外线到短波紫外线的所有频率范围，其中包含了可见光。
黑体辐射的能量分布与温度有关，根据普朗克的辐射定律和斯蒂芬－玻尔兹曼定律，黑体辐射的能量与温度的四次方成正比。
实验中，我们可以使用一些设备来测量黑体辐射的特性。
例如，可以使用辐射计来测量黑体辐射的辐射强度，辐射计的工作原理是利用热电效应或半导体效应来测量电磁辐射的能量。
同时，我们还可以使用光谱仪来测定黑体辐射的光谱分布，通过将黑体辐射光线分散成不同波长的光谱线，进而测量不同波长处的辐射强度。
实验中，我们可以通过改变黑体的温度来观察黑体辐射的变化。
当黑体温度较低时，黑体辐射主要是长波红外线，所以我们看不到明显的光亮。
随着温度的升高，黑体辐射的光谱会逐渐向可见光方向移动，从红色逐渐变为橙色、黄色、绿色、蓝色，最后变为紫色。
同时，黑体辐射的强度也会随温度升高而增加。
黑体辐射实验的结果与理论计算吻合得非常好。
根据普朗克的辐射定律和斯蒂芬－玻尔兹曼定律，我们可以利用黑体辐射的能量分布和温度之间的关系，来计算出黑体的温度。
这种方法被广泛应用于天体物理学中，用来研究远离地球的星体的温度和能量分布。
总之，黑体辐射实验通过观察和测量黑体辐射的特性，使我们能够更好地理解热辐射的规律和性质。
通过实验结果，我们可以验证普朗克的辐射定律和斯蒂芬－玻尔兹曼定律，并用来计算黑体的温度。
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。
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。
【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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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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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）。
而描述这关系的便是普朗克分布(Plank distribution)。
而在现实上黑体辐射是不存在的，只有非常近似（好比在一颗恒星之中）。
举例来说，我们观测到宇宙背景辐射(CMBR)，对应到一个约3K 的黑体辐射，这暗示宇宙早期光是和物质达到平衡的。
而随著时间演化，温度慢慢降了下来，但function 的form 却留了下来（还是blackbody ）。
（频率和温度的效应抵销）1.黑体的积分辐射——斯忒藩-波尔兹曼定律1879年约瑟福. 斯特藩通过对实验数据的分析，提出了物体绝对温度为T 、面积为S的表面，与单位时间所辐射的能量（辐射功率或辐射能通量）E 成正比。
5年后，鲁德维格. 波尔兹曼从理论上推导了这个公式，这就是斯特藩-波尔兹曼定律。
对应于一种理想的辐射源---绝对黑体,可得单位面积的单色辐射度：（瓦特/米2） (1)δ为斯特藩-波尔兹曼常数： 548322 5.6701015k h cπδ-==⨯（瓦/米2.开尔文4） (2) k 为波尔兹曼常数，h 为普朗克常数，c 为光速。
此式表明,绝对黑体的总辐射度与黑体温度的四次方成正比,即黑体的辐射度(即曲线下的面积)随温度的升高而急剧增大。
由于黑体辐射是各向通行的，所以其辐射亮度L 与辐射度有关系：(3) 于是，斯忒藩-波尔兹曼定律也可以用辐射亮度表示为：（瓦特/米2.球面度） (4)2. 维恩位移定律λ越短,即从红色向蓝紫色光移动。
这对应于高温物体温度T越高,辐射最强的波长max的颜色由暗红逐渐转向蓝白色的事实. 在研究工作中,可以从实验上测量不同温度下的波长λ与温度T之间的定量关系,也可以利用经典热力学从理论上进行推导。
历史上德国物maxλ与T之间的关系如果用数学形式描述这一实验规律,则有：理学家维恩于1893年找到了maxλ∞T (5) 1/maxλ与它的绝对温度T成反比：即光谱亮度的最大值的波长max(6)而A为一常数，即维恩常数，A=2.896×10-3 （米×开尔文）。
随温度的升高，图2.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。
绝对黑体光谱亮度的最大值的波长向短波方向移动。
由于辐射光谱的性质依赖于它的温度，我们可以用分析辐射光谱的办法来估计诸如恒星或炽热的钢水等一类炽热物体的温度。
热辐射是连续谱，眼睛看到的是可见光区中最强的辐射频率.某种物质在一定温度下所辐射的能量如何分布在光谱的各种波长上，它给人们提供了某一辐射体用作光源或加热元件的功能,但它们本身并非黑体。
请注意，一般辐射源所辐射的光谱(能量按波长分布曲线)依赖于辐射源的组成成分，但对于黑体，不论它们的组成成分如何，它们在相同温度下均发出同样形式的光谱。
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.λ处有极大值,说明黑体对该波长具有最大的单色辐出度.(2)在某一波长max(3)当温度升高时,极大值位置向短波方向移动,曲线向上抬高并变得更为尖锐.小结：以上两定律将黑体辐射的主要性质简洁而定量地表示了出来,很有实用价值。
根据斯特藩-波尔兹曼定律,热辐射能量随温度迅速增大。
如果热力学温度加倍,例如从273K增到546K,辐射能量就增大16倍.因此,要达到非常高的温度,必须提供相应的能量以克服热辐射所造成的能量损失。
反之,在氢弹爆炸中可以出现3×107K以上的温度,在这么高的温度下,读者可算一算,一种物质1cm²表面的能量将是该物质在室温下所固守能量的多少倍呢?λ，则可得到辐射体的温度。
例如太利用维恩位移定律可以测定辐射体的温度,如测定了max阳表面发出的辐射在0.5µm附近有一个极大值，我们可估算太阳的表面为6000K左右。
还可以比较辐射体表面不同区域的颜色变化情况,来确定辐射体表面的温度分布,这种以图形表示出的热力学温度称之为热象图。
热象图技术已在宇航、医学、军事等方面广为应用。
如利用热象图的遥感技术可以监测森林火警,也可以用来监测人体某些部位的病变等。
3. 黑体辐射的光谱分布——普朗克辐射定律在实验测得黑体单色辐出度之后，摆在人们面前的一个饶有兴趣的问题是：1.怎样来解释实验上测得的M0（λ，T）-λ曲线？2.怎样从理论上求得绝对黑体单色辐出度的数学表达式？为此，在19世纪末许多物理学家作了巨大努力，从经典热力学、统计物理学和电磁学的基础上去寻求答案，但始终没有获得完全成功。
1896年维恩根据经典热力学理论导出的公式只是在短波波长与实验曲线相符；1900年瑞利和琼斯根据统计物理学和经典电磁学理论导λ短时，辐出的公式只是在波长很长时不偏离实验曲线。
他们的共同结论是，在波长比max射能量将趋于无穷大。
这显然是荒谬的结果，在物理学历史上，这一个难题被称为“紫外灾难”。
“紫外灾难”表明经典物理学在解释黑体辐射的实验规律上遇到了极大的困难，是19世纪末经典物理学大厦上的两朵乌云之一。
显然，如果事实不能被理论说明，那么理论存在缺陷，必须获得重建。
1900年，对热力学有长期研究的德国物理学家普朗克综合了维恩公式和瑞利-琼斯公式，利用内插法，引入了一个自己的常数，结果得到一个公式，而这个公式与实验结果精确相符，它就是普朗克公式，即普朗克辐射定律。
此定律用光谱辐射度表示，其形式为： 215(1)T C T C E e λλλ=-（瓦特/米3） (7) 式中：第一辐射常数C 1 =2πhc 2= 3.74×10-16 （瓦×米2）第二辐射常数C 2 =hc/λ=1.4398´10-2（米×开尔文）事实上，我们不难从普朗克公式推导出维恩公式和瑞利-琼斯公式。
可是，这个公式的理论在什么地方？“紫外灾难”的真正原因是什么？正是这个理论，导致了量子物理学的产生。
在经典理论中，空腔器壁上的分子、原子被看作是辐射或吸收电磁波的“振子”，这是经典物理学最基本的前提之一，其能量可以连续变化，就是说，振子与电磁波之间的能量交换可以无限制地减少或增大。
普朗克坚信振子吸收电磁辐射的规律、能量连续辐射的传统观念一定存在问题，提出了一个与经典理论格格不入的全新观点，那就是普朗克假设：物体在发射或吸收频率为γ的电磁辐射时，只能以h εγ=为单位进行，电磁辐射能量只能是ε的整数倍，即E n nh εγ==，其中h 就是普朗克常数，h =6.6260755×10-34J.s 。
按照这个假设，他成功地从理论上推导出普朗克公式。
普朗克假设也称普朗克能量子假设，最小的能量单位就是能量子。
能量子假说的提出，给经典物理学打开了一个缺口，为量子物理学安放了一块基石，宣告了量子物理学的诞生。
但是，1900年12月24日，普朗克在德国物理学会上报告了自己的研究结果的时候，没有人认为他的这个假设是正确的，也没有人认同他的假设有什么意义，他的能量子假设遭到冷遇。
直到 1905年，年轻的物理学家爱因斯坦应用普朗克能量子概念，成功地解释了光电效应，才正式确立了普朗克能量子假设正确地位，使量子物理学得到正确的发展。
仪器介绍 (introduction of experimental instrument)1.概述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，通过改变光图3.黑体辐射实验装置源的温度，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。
控制软件中，根据普朗克公式可以计算出任意温度下的绝对黑体的理论曲线，用户可以根据需要提取。
WGH-10型黑体实验装置所配的光源是溴钨灯，溴钨灯的谱线大致类似于黑体，但是由于钨的发射系数不是1，所以需要进行修正。
软件可以对不同温度下溴钨灯的曲线进行发射系数e（仅限于溴钨灯）的修正。
此外WGH-10型黑体实验装置还可作为光谱区间在800-2500nm范围的光栅光谱仪使用，进行其它实验。
2.规格、参数相对孔径 D/F=1/7焦距 302.5 mm色散元件 300L光栅狭缝 0-2 mm连续可调，示值精度0.01mm/格，最大高度20mm主机尺寸360×300×160mm3.主要技术指标波长范围 800_2500nm波长精度±6 nm波长重复性 3 nm杂散光≤0.3%T实验任务和要求(experimental assignment and method)1、建立传递函数曲线；2、修正为黑体；3、测量溴钨灯的辐射能量曲线；4、研究黑体和一般发光体辐射强度的关系；5、验证普朗克辐射定律；6、验证斯忒藩－波耳兹曼定律；7、验证维恩－波耳兹曼定律。