黑体辐射出射度曲线绘制实验报告
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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。
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：(1)M 0(λ,T)=c 1λ51exp (c 2λT )‒1式(1)中，第一辐射常数；第二辐射常数c 1=2πℎc 2=3.7418∗10‒16W •m 2；；为光速。
c 2=ℎc k =1.4388∗10‒2m •K k 为玻尔兹曼常数c 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：(2)L 0(λ,T)=c 1πλ51exp (c 2λT )‒1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：(3)M 0(T )=σT 4 (W m 2)式(3)中，称为斯蒂芬-玻尔兹曼常σ=c 1π415c 42=5.6696∗10‒8(W •m 2•K ‒4)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：(4)λm T =b (μm •K)式(4)中，常数。
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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。
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。
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。
1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。
黑体辐射出射度曲线绘制
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。
黑体辐射
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。
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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)=c1
λ5
1
exp(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)=c1
πλ5
1
exp(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。
WHS-1型黑体实验装置的工作过程为：调整灯丝电流为某一数值，如1.7A，
停留几分钟待光源稳定；单色仪光栅机构复位，从800nm至2500nm以一定的间隔(如1nm)进行扫描，将数据存进内存(即软件中所指“寄存器_1”等)，显示的
辐出度数值为：辐出度显示值= 波长扫描探测器实测值
标定值
*理论值为保证显示值不偏离
理论值太多，除了要保证光栅扫描机构的精度外，溴钨灯的稳定性也十分重要。
因此溴钨灯的预热，以及调整电流后，应有充足的稳定时间。
五、实验步骤：
1.正确连接计算机、单色仪、接收单元、电控箱、溴钨灯电源、溴钨
灯；
2.打开计算机、电控箱及溴钨灯电源，使机器预热20分钟；
3.按照软件的提示，确认反射镜拨杆的位置置于位置“1”，即把拨杆拨
向出射狭缝方向（拨向相反方向用于“观察窗查看二级谱线”实验）；
4.将溴钨灯电源的电流调节为1.7A（即对应黑体色温2999K）扫描一条
从800~2500nm的曲线，得到在色温2999K时的黑体辐射曲线；
验证热辐射定律
注意：测试完一条曲线后，可以点击主菜单的“验证热辐射定律”下的“普朗克辐射定律(W)”进行验证。
输入800~2500nm之间不同的波长值，验证测量值和理论值的符合程度。
如果相差太大，此时应点击“工作”下的“修正黑体辐射系数参数(Y)”的“选择计算(Z)”进行标定。
标定步骤参照“使用说明书”20~22页的说明进行。
5.依次改变溴钨灯的电源为1.6A（对应2889K），可得到相应色温的黑体
辐射曲线，分别存入各寄存器，最多可以存9条曲线。
由于测量过程
较长，测量时间有限，故我们只测量1.7A和1.6A两条辐射曲线，其
他值的测量过程相同，只需要把电流调至相应大小重复4-5操作即可。
1.6A时辐射曲线
验证热辐射定律
进行完步骤5，且每次验证普朗克定律误差较小，则可以验证斯蒂芬-玻尔兹曼定律和维恩位移定律。
实验结果如下：
斯蒂芬-玻尔兹曼定律
六、注意事项：
1. 日常使用时黑体辐射系数参数已标定好，因此一般情况下不要调整入射和出射狭缝的大小；
2. 如果因测试环境发生变化（狭缝大小变化）或实验数据误差过大，则需要参照软件提示和“使用说明书”20~22页的说明对黑体辐射系数参数进行修正。
七、参考文献：
[1]. 金伟其，胡威捷. 辐射度、光度与色度及其测量[M]. 北京理工大学出版
社. 2006
[2]. 吴继宗,叶关荣. 光辐射测量[M]. 机械工业出版社
. 1992
图4. 维恩位移定律验证界面。