黑体辐射实验报告.doc

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。
2、 注意事项
① 实验测得的数据是相对值，其绝对大小没有意义
② 应先打开黑体辐射实验装置，再运行程序，否则程序报告硬件未准备好
③ 结束前，首先应用检索功能将当前波长检索到800nm，使机械系统受力最小，然后关闭应用程序，最后关闭黑体实验装置和溴钨灯。
④ 根据实验情况调整入射和出射狭缝的宽度。调整狭缝使注意调整范围，不可过大或者过小，以免造成对狭缝的损坏
五、 实验数据处理（包括测量数据和必要的数据处理过程）
1、 如图为对应各数据绘制图
2、 斯特藩—玻尔兹曼定律验证
已知：R0(T)=σT⁴
玻尔兹曼常数：σ=5.67051x10^(-8)w/m²K⁴
I（A）
T（K）
1.40
2250
1.50
2330
1.60
2400
1.80
2500
2.00
2665
2.10
2680
2.20
2770
2.30
2860
2.47
2940
溴钨灯电流——色温对应表

由上表结合斯特藩—玻尔兹曼公式可以计算出理论值并于实验数据计算的实际值进行比较，可以得到下表格：

T（K）
2770
2665
2500
2400
2250
E实（Jx10^6）
3.7614
4.3037
2．5125
2.0805
1.6488
E理（Jx10^6）
3.3384
3.8602
2.2150
1.8813
1.4533
ΔE（Jx10^6）
0.4230
0.4435
0.2975
0.1992
0.1955
σ（%）
12.67
11.49
13.43
10.59
13．45
根据上表可得：
σ0=12.33%
六、 实验结果及分析讨论
1、 验证了韦恩位移定律及斯特藩—玻尔兹曼定律
2、 对于黑体辐射分析的软件，我们发现，其软件在分析光谱时，直接选择实验数据的最大值，而为了实验的准确，我们应该将数据进行拟合求出拟合函数求最值。
3、 我们在进行拟合时，选择了傅里叶级数（3级）进行拟合
4、 我们在实验中选择溴钨灯，溴钨灯为灰体，为了验证黑体辐射中的理论，我们（软件）进行了修正，我们在用软件时先进行修正
5、 通过韦恩位移定律及斯特藩—玻尔兹曼定律，我们完美解决了紫外灾难，对黑体辐射有了更深的认识