黑體輻射實驗(講義)

1、黑體黑體輻射實驗實驗教學目的1、掌握和了解黑體輻射的光譜分布——普朗克輻射定律；2、掌握和了解黑體輻射的積分輻射——斯忒藩玻爾茲曼定律；3、掌握和了解維恩位移定律。重難點難點：WGH—10黑體實驗儀的原理和使用方法；重點：通過實驗掌握黑體輻射的光譜分布規(guī)律。教學方法理論聯(lián)系實際；實驗觀察與比較；學時4個學時一、前言黑體輻射實驗是量子理論的實驗基礎，本實驗通過對黑體輻射的研究，測定黑體輻射的光譜分布，驗證普朗克輻射定律，驗證斯忒藩－玻耳茲

2、曼定律，驗證維恩位移定律，正確認識物質(zhì)熱輻射的量子特性，為進一步學習研究量子力學打下堅實的基礎。二、實驗儀器WGH10型黑體實驗裝置，由光柵單色儀，接收單元，掃描系統(tǒng)，電子放大器，AD采集單元，電壓可調(diào)的穩(wěn)壓溴鎢燈光源，計算機及輸出設備組成。該設備集光學、精密機械、電子學、計算機技術(shù)于一體。光路圖如圖1圖1黑體輻射實驗光路圖三、實驗原理接收器白板黑體光柵2黑體的積分輻射—－斯忒藩－玻耳茲曼定律斯忒藩和玻耳茲曼先后（1879年）從實驗和理

3、論上得出黑體的總輻射通量與黑體的絕對溫度T的四次方成正比，即：（Wm2）40TdEETT????????式中T為黑體的絕對溫度，δ為斯忒藩－玻耳茲曼常數(shù)：式中k為玻耳茲曼常數(shù)，h為普朗克常數(shù)，c為光速。由于黑體輻射是各向相同的，所以其輻射亮度與輻射度的關(guān)系為：?TEL?于是，斯忒藩－玻耳茲曼定律的輻射亮度表達式為：（Wm－2sr）??4TL?3維恩位移定律諾貝爾獎獲得者維恩于1893年通過實驗與理論分析，得到光譜亮度的最大值的波長與黑體

4、的絕對溫度成反比：max?TTA?max?式中：A為常數(shù)，A＝2.89610－3（）。mk光譜亮度的最大值為：??5365max1010.4?????srKWmTL隨溫度的升高，絕對黑體光譜亮度的最大值的波長向短波方向移動。四、黑體修正本實驗用溴鎢燈的鎢絲作為輻射體，由于鎢絲燈是一種選擇性的輻射體，與標準黑體的輻射光譜有一定的偏差，因此必須進行一定修正。鎢絲燈輻射光譜是連續(xù)光譜，其總輻射本領RT由下式給出：4TRTT???式中為鎢絲的溫