黑体实验报告
黑体检测报告
黑体检测报告一、背景介绍黑体检测是一项重要的技术手段，用于识别和分析物体的热辐射特性。
黑体指的是能够吸收所有入射电磁辐射的物体，而且不会反射、透射或散射任何辐射。
黑体概念最早由奥地利物理学家斯蒂芬-博尔兹曼首次提出，并成为热辐射的理论基础。
二、黑体检测原理黑体检测基于波长和强度的变化来判断物体是否具备黑体特性。
当物体表面的辐射达到平衡时，其热辐射强度与温度呈正比。
这一特性被普朗克于1900年提出，被称为普朗克辐射定律。
根据该定律，黑体辐射强度与波长呈反比，即辐射强度随着波长的增加而减弱。
三、黑体检测的应用领域1. 工业应用：黑体检测在工业领域有广泛应用。
例如，通过黑体检测可以精确测量工业设备的表面温度，帮助预防与温度相关的问题，保障设备的正常运行。
2. 医学领域：医学影像学中的红外摄像机利用黑体检测原理可以观测人体表面温度分布，辅助医生进行疾病诊断。
通过黑体检测，医生可以及早发现体温异常区域，进行更准确的疾病判断。
3. 安防领域：黑体检测在安防监控中起着重要作用。
通过红外热像仪对场景中的黑体进行检测，可以迅速发现异常温度，警示潜在的火源、人员或设备问题，实现早期预警。
四、黑体检测的技术挑战尽管黑体检测被广泛使用，但仍然面临一些技术挑战。
其中之一是如何减小检测误差。
影响黑体检测精确度的因素包括环境温度、传感器精度以及光学系统的准确度等。
需要通过控制外界环境、提高仪器精度以及优化测量算法等手段来不断提高黑体检测的准确性。
另一个挑战是黑体检测设备的成本和体积。
当前的黑体检测设备通常较为昂贵且体积较大，限制了其在某些领域的广泛应用。
因此，需要开发更便携、经济实用的黑体检测设备，以满足不同场景的需求。
五、未来展望随着科技的不断进步，黑体检测技术也将得到进一步发展和应用。
近年来，基于深度学习和人工智能的算法已经在黑体检测方面取得了显著的成果。
未来，预计这些技术将得到更广泛的应用，并提高黑体检测的精确性和便捷性。
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
中国石油大学近代物理实验实验报告成绩：班级：姓名：同组者：教师：黑体辐射实验【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。
【实验原理】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。
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，这个开着的狭缝空腔体就可以看作是黑体。
1、黑体辐射的光谱分析实验测出黑体的辐射强度在不同温度下与辐射波长的关系曲线。
维恩假定辐射能量按频率的分布类似于麦克斯韦的分子速率分布，导出如下公式E(λ,T)=bλ−5e−a/λT(1)式中E(λ,T)称为单色辐出度，它表示单位时间内，在黑体的单位面积上单位波长间隔内所辐射出的的能量，单位是瓦特/米2 ，T表示绝对温度，a,b是与波长和温度无关的常数。
这个分布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推导得到单色辐出度E(λ,T)=2πCλ4kT（2）式中，C为真空中的光速，k为玻尔兹曼常量。
它在波长很长，温度较高时与实验结果相符合，但在短波段偏离非常大，当频率趋于无穷大时引起发散，这就是当时有名的“紫外灾难”。
普朗克提出：电磁辐射的能量只能是量子化的。
他认为黑体是由多个带点谐振子组成，这些谐振子处于热平衡状态，每个振子具有一个固有的谐振频率ν，可以发出与吸收相同频率的电磁波，每个谐振子只能吸收或发射不连续的一份一份的能量，这个能量是一个最小能量ε0 =hν的整数倍，即谐振子能量为E=nhν,n为正整数，h为普朗克常量。
(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。
黑体辐射实验报告北邮
黑体辐射实验报告北邮黑体辐射实验是分析物体辐射规律的基础实验，本次实验旨在通过测量黑体的辐射能谱和辐射强度，掌握电热辐射基本规律和黑体辐射定律，同时掌握利用黑体辐射定律确定绝对温度的方法。
实验原理热辐射是物体因温度而发出的电磁辐射，与物体的物理状态无关，是一种广泛存在于自然界的现象。
研究物体的热辐射规律是理解热力学规律的基础。
黑体是指吸收来自任何方向，能谱范围内的辐射，且该物体本身的温度始终保持稳定，是一个理想化的概念。
实验中使用的黑体是一种利用电流产生热量的热源。
具有较高的辐射率和稳定性，能够把电能转化为热能，并将热能以辐射方式释放出来。
黑体的辐射谱只与其温度有关，黑体的任何温度下的辐射谱就称为黑体辐射谱，黑体辐射强度与波长及温度有关，根据偏振定律，黑体辐射是解偏的，它是所有方向的辐射归一化后的结果。
普朗克辐射定律表述了黑体辐射强度与温度、波长之间的关系，即$\I_{\lambda}(T)=\frac{2\pi hc^2}{\lambda^5}[exp(\frac{hc}{\lambda kT})-1]^{-1}$，其中$\ I_{\lambda}(T)$为温度为$T$的黑体在波长为$\lambda$处的辐射强度，$h$为普朗克常数，$c$为光速，$k$为玻尔兹曼常数。
此公式是理解物态变化和宏观物理规律的基础。
实验装置本次实验所用的设备主要有加热炉、黑体箱、单色仪、光电倍增管、数据采集卡等。
实验步骤1. 打开加热炉开关，将黑体装入黑体箱内。
2. 打开PC电源，启动计算机，运行实验软件，点击“实验准备”进行仪器自检。
3. 调整单色仪的波长为所需测量的波长，例如575nm。
4. 采用光电倍增管进行测量，将光电倍增管插入数据采集卡上的插口。
5. 点击“实验开始”，实验仪器开始测量黑体辐射强度和谱线，并将数据图形化显示。
6. 通过调整加热炉的温度，重复上述步骤，测量不同温度下黑体的辐射强度和谱线。
7. 结束实验，关闭加热炉和单色仪开关，关闭计算机。
近代物理实验-黑体实验
三、数据处理1、电流为1.4A 时，色温为2380K ，数据如下： （1）普朗克辐射定律：%9.8%1005.9755.9758.888%100E E E 975.5W/mmE W/mm8.888)1()1144(107418.3)1(E 2380,1144T T T 3T 323801144104388.1521251T 72≈⨯-=⨯-=∴=≈-⨯⋅⨯=-=∴==⨯⋅⨯-理论理论理论相对误差：；理论值：；λλλλλλγλλK nm Knm T C e nm cmW e C K T nm%8.3%1004.8074.8078.776%100E E E 807.4W/mmE W/mm8.776)1()1648(107418.3)1(E 2380,1648T T T 3T 323801648104388.1521251T 72≈⨯-=⨯-=∴=≈-⨯⋅⨯=-=∴==⨯⋅⨯-理论理论理论相对误差：理论值：λλλλλλγλλK nm Knm TC e nm cmW eC K T nm%1.12%1001.6991.6996.614%100E E E 699.1W/mmE W/mm 6.614)1()1826(107418.3)1(E 2380,1826T T T 3T 323801826104388.1521251T 72≈⨯-=⨯-=∴=≈-⨯⋅⨯=-=∴==⨯⋅⨯-理论理论理论相对误差：理论值：λλλλλλγλλKnm Knm TC enm cmW eC KT nm%2.6%1002.6682.6686.626%100E E E 668.2W/mmE W/mm 6.626)1()1878(107418.3)1(E 2380,1878T T T 3T 323801878104388.1521251T 72≈⨯-=⨯-=∴=≈-⨯⋅⨯=-=∴==⨯⋅⨯-理论理论理论相对误差：理论值：λλλλλλγλλKnm K nm TC enm cmW eC K T nm%5.4%1007.5617.5618.586%100E E E W/mm8.586E W/mm 7.615E 2070T T T 3T 3T ≈⨯-=⨯-=∴===理论理论理论相对误差：；实测值：；理论值：λλλλλγλnm（2）斯忒藩-玻耳兹曼定律：%6.3%1005.6705.6705.3103%100-)K mmW/10670.5)K mmW/103103.5K102085.3W/mm 7038.1,W/mm7038.1 ,K 102085.30K 238421442144132424134≈⨯-=⨯=∴⋅⨯=⋅⨯≈⨯==∴=⨯=⇒=--理论理论理论相对误差：（理论值：（波尔兹曼常数：又δδδγδδTE E T T T T(3)维恩位移定律%38.0%1002.896896.2885.2%100A A A Kmm 896.2A K2.885mm2380K m 1212T A TA 1212,0K 238max max max ≈⨯-=⨯-=∴⋅=⋅≈⨯=⋅=⇒=∴==理论理论理论相对误差：理论值：由维恩位移定律：γλλλn nm T2、电流为1.5A 时，色温为2420K ，数据如下： （1）普朗克辐射定律：%2.7%1001.10151.10158.941%100E E E W/mm1.0151E W/mm8.941)1()1036(107418.3)1(E 2420,1036T T T 3T 324201036104388.1521251T 72≈⨯-=⨯-=∴=≈-⨯⋅⨯=-=∴==⨯⋅⨯-理论理论理论相对误差：；理论值：；λλλλλλγλλK nm Knm T C e nm cmW e C K T nm%2.2%1003.10703.10704.1047%100E E E W/mm3.1070E W/mm4.1047)1()1200(107418.3)1(E 2420,1200T T T 3T 324201200104388.1521251T 72≈⨯-=⨯-=∴=≈-⨯⋅⨯=-=∴==⨯⋅⨯-理论理论理论相对误差：；理论值：；λλλλλλγλλK nm Knm T C e nm cmW e C K T nm%9.2%1007.8417.8419.816%100E E E W/mm7.841E W/mm9.816)1()1674(107418.3)1(E 2420,1674T T T 3T 324201674104388.1521251T 72≈⨯-=⨯-=∴=≈-⨯⋅⨯=-=∴==⨯⋅⨯-理论理论理论相对误差：；理论值：；λλλλλλγλλK nm Knm T C e nm cmW e C K T nm%9.3%1003.7823.7820.752%100E E E W/mm3.782E W/mm0.752)1()1762(107418.3)1(E 2420,1762T T T 3T 324201762104388.1521251T 72≈⨯-=⨯-=∴=≈-⨯⋅⨯=-=∴==⨯⋅⨯-理论理论理论相对误差：；理论值：；λλλλλλγλλK nm Knm T C e nm cmW e C K T nm%5.3%1008.6468.6467.669%100E E E W/mm8.646E W/mm7.669)1()1974(107418.3)1(E 2420,1974T T T 3T 324201974104388.1521251T 72≈⨯-=⨯-=∴=≈-⨯⋅⨯=-=∴==⨯⋅⨯-理论理论理论相对误差：；理论值：；λλλλλλγλλK nm Knm T C e nm cmW e C K T nm（2）斯忒藩-玻耳兹曼定律：%4.3%1005.6705.6705.4237%100-)K mmW/10670.5)K mmW/104237.5K104297.3W/mm 8602.1,W/mm8602.1 ,K 104297.3K 2420421442144132424134≈⨯-=⨯=∴⋅⨯=⋅⨯≈⨯==∴=⨯=⇒=--理论理论理论相对误差：（理论值：（波尔兹曼常数：又δδδγδδTE E T T T T(3)维恩位移定律%3.1%1002.896896.2933.2%100A A A Kmm 896.2A K2.933mm2420K m 1212T A TA 1212,K 2420max max max ≈⨯-=⨯-=∴⋅=⋅≈⨯=⋅=⇒=∴==理论理论理论相对误差：理论值：由维恩位移定律：γλλλn nm T3、电流为1.6A 时，色温为2470K ，数据如下： （1）普朗克辐射定律：%2.6%1007.11377.11375.1067%100E E E W/mm7.1137E W/mm 5.1067)1()1032(107418.3)1(E 2470,1032T T T 3T 324701032104388.1521251T 72≈⨯-=⨯-=∴=≈-⨯⋅⨯=-=∴==⨯⋅⨯-理论理论理论相对误差：；理论值：；λλλλλλγλλKnm Knm T C enm cmW e C K T nm%0.2%1001.11841.11843.1160%100E E E W/mm1.1184E W/mm3.1160)1()1200(107418.3)1(E 2470,1200T T T 3T 324701200104388.1521251T 72≈⨯-=⨯-=∴=≈-⨯⋅⨯=-=∴==⨯⋅⨯-理论理论理论相对误差：；理论值：；λλλλλλγλλK nm Knm T C e nm cmW e C K T nm%1003.9263.9263.926%100E E E W/mm3.926E W/mm 3.926)1()1648(107418.3)1(E 2470,1648T T T 3T 324701648104388.1521251T 72=⨯-=⨯-=∴=≈-⨯⋅⨯=-=∴==⨯⋅⨯-理论理论理论相对误差：；理论值：；λλλλλλγλλKnm Knm T C enm cmW e C K T nm%2.6%1000.7910.7918.741%100E E E W/mm0.791E W/mm8.741)1()1828(107418.3)1(E 2470,1828T T T 3T 324701828104388.1521251T 72≈⨯-=⨯-=∴=≈-⨯⋅⨯=-=∴==⨯⋅⨯-理论理论理论相对误差：；理论值：；λλλλλλγλλK nm Knm T C e nm cmW e C K T nm%8.5%1006.7016.7014.742%100E E E W/mm6.701E W/mm 4.742)1()1956(107418.3)1(E 2470,1956T T T 3T 324701956104388.1521251T 72≈⨯-=⨯-=∴=≈-⨯⋅⨯=-=∴==⨯⋅⨯-理论理论理论相对误差：；理论值：；λλλλλλγλλKnm K nm T C enm cmW e C K T nm（2）斯忒藩-玻耳兹曼定律：%8.2%1005.6705.6705.5137%100-)K mmW/10670.5)K mmW/105137.5K107221.3.0523W/mm 2,W/mm0523.2 ,K 107221.3K 2470421442144132424134≈⨯-=⨯=∴⋅⨯=⋅⨯≈⨯==∴=⨯=⇒=--理论理论理论相对误差：（理论值：（波尔兹曼常数：又δδδγδδTE E T T T T(3) 维恩位移定律%4.3%1002.896896.2994.2%100A A A Kmm 896.2A K2.994mm2470K m 1212T A TA 1212,K 2470max max max ≈⨯-=⨯-=∴⋅=⋅≈⨯=⋅=⇒=∴==理论理论理论相对误差：理论值：由维恩位移定律：γλλλn nm T4、电流为1.7A 时，色温为2500K ，数据如下： （1）普朗克辐射定律：%2.6%1000.12190.12199.1143%100E E E W/mm0.1219E W/mm9.1143)1()1034(107418.3)1(E 2500,1034T T T 3T 325001034104388.1521251T 72≈⨯-=⨯-=∴=≈-⨯⋅⨯=-=∴==⨯⋅⨯-理论理论理论相对误差：；理论值：；λλλλλλγλλK nm Knm T C e nm cmW e C K T nm%2.4%1007.12217.12218.1169%100E E E W/mm7.1221E W/mm 8.1169)1()1038(107418.3)1(E 2500,1038T T T 3T 325001038104388.1521251T 72≈⨯-=⨯-=∴=≈-⨯⋅⨯=-=∴==⨯⋅⨯-理论理论理论相对误差：；理论值：；λλλλλλγλλKnm Knm T C enm cmW e C K T nm%6.5%1008.8718.8712.823%100E E E W/mm8.871E W/mm2.823)1()1766(107418.3)1(E 2500,1766T T T 3T 325001766104388.1521251T 72≈⨯-=⨯-=∴=≈-⨯⋅⨯=-=∴==⨯⋅⨯-理论理论理论相对误差：；理论值：；λλλλλλγλλK nm Knm T C e nm cmW e C K T nm%1008.7778.7778.777%100E E E W/mm8.777E W/mm 8.777)1()1888(107418.3)1(E 2500,1888T T T 3T 325001888104388.1521251T 72=⨯-=⨯-=∴=≈-⨯⋅⨯=-=∴==⨯⋅⨯-理论理论理论相对误差：；理论值：；λλλλλλγλλKnm K nm T C enm cmW e C K T nm%8.5%1004.7104.7105.751%100E E E W/mm4.710E W/mm5.751)1()1982(107418.3)1(E 2500,1982T T T 3T 325001982104388.1521251T 72≈⨯-=⨯-=∴=≈-⨯⋅⨯=-=∴==⨯⋅⨯-理论理论理论相对误差：；理论值：；λλλλλλγλλK nm Knm T C e nm cmW e C K T nm（2）斯忒藩-玻耳兹曼定律：%6.1%1005.6705.6705.5820%100-)K mmW/10670.5)K mmW/105820.5K109063.3.0523W/mm 2,W/mm1808.2 ,K 109063.3K 2500421442144132424134≈⨯-=⨯=∴⋅⨯=⋅⨯≈⨯==∴=⨯=⇒=--理论理论理论相对误差：（理论值：（波尔兹曼常数：又δδδγδδTE E T T T T(3) 维恩位移定律%6.4%1002.896896.2030.3%100A A A Kmm 896.2A Kmm 030.32500K m 1212T A TA 1212,K 2500max max max ≈⨯-=⨯-=∴⋅=⋅≈⨯=⋅=⇒=∴==理论理论理论相对误差：理论值：由维恩位移定律：γλλλn nm T误差分析： 本次实验本不需要对仪器进行调整，只需按照步骤来操作软件。
黑体实验实验报告
黑体实验实验报告一、实验目的与实验仪器实验目的：（1）理解黑体辐射的概念；（2）验证普朗克辐射定律；（3）验证斯特藩一玻耳兹曼定律；（4）验证维恩位移定律；（5）学会测量一般发光光源的辐射能量曲线。
实验仪器：WGH-10 型黑体实验装置二、实验原理（要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式）1.普朗克辐射定律单色辐射度：第一辐射常数：C1=2πℎc2=3.74×10−16(W∙m2)第二辐射常数：C2=ℎck=1.4398×10−2(m∙k)黑体光谱辐射亮度：LλT=EλTπ(W∙m−3∙Ω−1)2.斯特潘-玻尔兹曼定律辐射度：辐射亮度：L=E Tπ=δπT4(W∙m−2∙Ω−1)3.维恩位移定律黑体在一定温度下所发射的辐射中，含有辐射能大小不同的各种波长，能量按波长的分布情况及峰值波长，都将随温度的改变而改变。
λmax=AT⇒λmax∝1TA=2.896×10−2(m∙k) L max=4.10T5×10−6(W∙m−3∙Ω−1K−5)测出λmax即可求得T4.修正为黑体将钨丝灯的辐射度修正为标准黑体，辐射光谱分布为实验仪器：主机（WGH-10）结构：单色器、狭缝、接受单元、光学系统、光栅、驱动系统1.（直）狭缝：宽度0-2.50mm连续可调2.光学系统：3.机械传动系统4.溴钨灯工作电流三、实验步骤（要求与提示：限400字以内）（1）检查线路，确认正确后接通电源，仪器正式启动（2）启动“WGH-10黑体实验装置”（3）建立传递函数1）将标准光源电流调整为色温2940K时电流所在位置，预热20min 2）基线扫描3）计算传递函数（4）描绘黑体辐射曲线（5）验证黑体辐射定律a.归一化处理b.验证普朗克辐射定律c.验证斯特潘-玻尔兹曼定律d.验证维恩位移定律e.修正发射系数εTf.绘制据对黑体的理论谱线（6）改变色温，重复4）、5）（7）关机四、数据处理（要求与提示：对于必要的数据处理过程要贴手算照片）T T拟合结果δ̂=5.5534×10−8w∕m2⋅k4，理论值δ=5.670×10−8w∕m2⋅k4相对误差η1=2.40%，误差较小，符合验证斯特潘-玻尔兹曼定律同样进行线性拟合拟合结果Â=3.016mm∙K，理论值A=2.896mm∙K相对误差η2=3.93%，误差较小，符合维恩位移定律4.绘制绝对黑体辐射能量理论曲线通过软件修正后的图像如图所示。
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近代物理实验报告黑体辐射实验学院班级姓名学号时间 2014年4月4日黑体辐射实验 实验报告一、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二、实验原理：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。
一般辐射体其辐射本领和吸收本领都小于黑体，并且辐射能力不仅与温度有关，而且与表面材料的性质有关，实验中对于辐射能力小于黑体，但辐射的光谱分布与黑体相同的辐射体称为灰体。
由于标准黑体的价格昂贵，本实验用钨丝作为辐射体，通过一定修正替代黑体进行辐射测量及理论验证。
1、黑体辐射的光谱分布十九世纪末，很多著名的科学家包括诺贝尔奖获得者，对于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2所示，对于此分布曲线的理论分析，历史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。
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。
普朗克研究这个问题时，本着从实际出发，并大胆引入了一个史无前例的特殊假设：一个原子只能吸收或者发射不连续的一份一份的能量，这个能量份额正比于它的振荡频率。
并且这样的能量份额值必须是能量单元h ν的整数倍，即能量子的整数倍。
h 即是普朗克常数。
由此得到了黑体辐射的光谱分布辐射度公式：)/()1(E 3512米瓦特-=TC t eC λλλ 式中：第一辐射常数C 1＝2πhc 2＝3.74×10－16（Wm 2）第二辐射常数C 2＝hc ／k ＝1.4388×10－2（mK ）黑体光谱辐射亮度由此式给出：球面角）米（瓦特./L 3πλλTT E =2．黑体的积分辐射—－斯忒藩－玻耳兹曼定律斯忒藩和玻耳兹曼先后（1879年）从实验和理论上得出黑体的总辐射通量与黑体的绝对温度T 的四次方成正比，即：4T d E E T T ⋅==⎰∞δλλ（Wm -2）式中T 为黑体的绝对温度，δ为斯忒藩－玻耳兹曼常数：式中k 为玻耳兹曼常数，h为普朗克常数，c 为光速。
由于黑体辐射是各向相同的，所以其辐射亮度与辐射度的关系为：πTE L =于是，斯忒藩－玻耳兹曼定律的辐射亮度表达式为：πδ4TL =（Wm －2sr ）3．维恩位移定律诺贝尔奖获得者维恩于1893年通过实验与理论分析，得到光谱亮度的最大值的波长m axλ与黑体的绝对温度T 成反比：TA=max λ 式中：A 为常数，A ＝2.896×10－3（mk ）。
光谱亮度的最大值为：()5365max 1010.4---⨯=srK Wm T L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。
1.2.3 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：怎样来解释实验上测得的M0（λ，T）-λ曲线？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lmax短时，辐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：M0(λ,T)=)1(251-=TCeCETλλλ（瓦特/米3）式中：第一辐射常数C1 =2πhc2= 3.74×10-16 （瓦×米2）第二辐射常数C2 =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υ的电磁辐射时，只能以ε=hυ为单位进行，电磁辐射能量只能是ε的整数倍，即E=nε=nhυ，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。
三、实验仪器：WGH-10型黑体实验装置，由光栅单色仪，接收单元，扫描系统，电子放大器，A/D采集单元，电压可调的稳压溴钨灯光源，计算机及打印机*组成。
该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。
主机部分有以下几部分组成：单色器，狭缝，接收单元，光学系统以及光栅驱动系统等。
M1反射镜、M2准光镜、M3物镜，M4反射镜、M5 深椭球镜、Z 转光镜、G 平面衍射光栅、S1入射狭缝、S2，S3出射狭缝、T 调制器入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0－2.5mm 连续可调，光源发出的光束进入入射狭缝S1，S1位于反射式准光镜M2的焦面上，通过S1射入的光束经M2反射成平行光束投向平面光栅G 上，衍射后的平行光束 经物镜M3成象在S2上。
经M4、M5会聚在光电接受器D 上。
M2、M3 焦距302.5mm光栅G 每毫米刻线300条 闪耀波长1400nm滤光片工作区间： 第一片 800－1000nm 第二片 1000－1600nm 第三片 1600－2500nm 光学原理图：本实验装置采用稳压溴钨灯作光源，溴钨灯的灯丝是用钨丝制成，钨是难熔金属，它的熔点为3665°K。
钨丝灯是一种选择性的辐射体，它产生的光谱是连续的它的总辐射本领RT 可由下式求出。
4T T T R σε= 式中T ε为温度T 时的总辐射系数，它是给定温度钨丝的辐射强度与绝对黑体的辐射强度之比，因此T TT E R =ε 或)e 1(BT T --=ε 式中B 为常数，1.47×10-4钨丝灯的辐射光谱分布R λT 为)1e(C R TC 5T 1T 2-λε=λλλ四、实验内容和步骤：1、打开黑体辐射实验系统电控箱电源及溴钨灯电源开关。
2、打开显示器电源开关及计算机电源开关启动计算机。
3、双击“黑体”图标进入黑体辐射系统软件主界面，此时仪器进入自动检零状态。
设置：“工作方式”——“模式”为“能量”、“间隔”为“1nm ” “工作范围”——“起始波长”为“800.0nm ”、“终止波长”为“2499.9nm ”、“最大值”为“4000.0”、“最小值”为“0.0” 。
（“最大值”与狭缝宽度有关，宽度越大，能量越大，“最大值”最多能调节为“10000”）“传递函数”为 □“修正为黑体 ”为 □4、选择溴钨灯色温为2940K 对应的工作电流，点击单程扫描记录溴钨灯光源全谱（不含传递函数和黑体修正）。
得到扫描线，然后计算传递函数。
5、点击“传递函数”、“修正为黑体”为6、在表1（见说明书）中任选一工作电流，点击黑体扫描，输入相对应的色温，记录溴钨灯光源在传递函数修正和黑体修正后的全谱存于寄存器－内 ，然后归一化。
7、改变溴钨灯工作电流，在表1中任选4个电流值，分别进行黑体扫描，输入相应的色温，记录全谱，并分别存于其余4个寄存器内。
8、分别对各个寄存器内的数据进行归一化。
注：溴钨灯工作电流——色温对应表五、数据记录与处理1、验证普朗克辐射定律（取五个点，每条线上取一个）。
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。
实验数据： 普朗克定律寄存器1 寄存器2 寄存器3 寄存器4 寄存器5 波长λ 1144 1016 1156 1046 1156 光源色温T 2950 2780 2670 2580 2410 理论E λT W/mm 32731.4 2138.0 1733.2 1456.0 1044.5 实测E λT W/mm 3 2881.12141.21721.51474.11048.4误差分析：寄存器1误差：%48.5%1004.27314.27311.2881=⨯-寄存器2误差：%15.0%1000.21380.21382.2141=⨯-寄存器3误差：%68.0%1002.17335.1721-2.1733=⨯寄存器4误差：%2.1%1000.14560.14561.1474=⨯-寄存器5误差：%37.0%1005.10445.10444.1048=⨯-简单从数据中我们可以看出E λT 的理论值与实测值相差不大，除寄存器1误差较大外，其它还尚可。
2、验证斯忒藩－玻耳兹曼定律。
选择黑体辐射定律菜单下斯忒藩－玻耳兹曼定律。
选择5个寄存器中的数据，再单击确定。
实验数据如下所示：相对误差：%14.0%100662.5662.5670.5=⨯-画出E T 与T 4曲线：01234502468验证斯忒藩－玻耳兹曼定律T4*e^+013E T *e ^0000系列1从上图中，我们不难看出E T 与T 4成线性关系，基本符合斯忒藩－玻耳兹曼定律。
3、验证维恩位移定律选择验证黑体辐射定律菜单下维恩位移定律。
选择5个寄存器中的数据，再单击确定。
实验数据如下所示：从数据中我们可以看出，A 的值与理论2.896较为吻合，计算每组数据的相对误差：存储器1：%5.16%100896.2896.2375.3=⨯-存储器2：%5.2%100896.2824.2896.2=⨯- 存储器3：%4.3%100896.2798.2-896.2=⨯存储器4：%8.6%100896.2699.2896.2=⨯-存储器5：%8.3%100896.2786.2896.2=⨯-为了更加方便地处理方便，我们作出λmax 与1/T 的曲线，列表：寄存器1 寄存器2 寄存器3 寄存器4 寄存器5 λmax 1144 1016 1048 1146 1156 1/T 3.39*10^-43.59*10^-43.74*10^-43.88*10^-44.15*10^-4画出表格：从图线中我们可以看出，实验所取的点不怎么合适，需要改进。