ht黑體輻射出射度曲線繪制試驗(yàn)報(bào)告

1、黑體輻射出射度曲線繪制實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓 名:學(xué) 號(hào): 班 級(jí):黑體輻射出射度曲線繪制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩W(xué)習(xí)和鞏固黑體輻射定律，驗(yàn)證普朗克輻射定律、斯蒂芬一玻爾茲曼定律、 維恩位移定律；了解單色儀的工作原理及基本結(jié)構(gòu)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的要求和步驟操作仿真黑體實(shí)驗(yàn)的裝置，驗(yàn)證黑體相關(guān)定律。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：WHS-型黑體實(shí)驗(yàn)裝置，計(jì)算機(jī)，打印機(jī)等。四、實(shí)驗(yàn)原理：黑體是一個(gè)能完全吸收并向外完全輻射入射在它上面的輻射能的理想物 體。黑體的光譜輻射量和溫度之間存在精確的定量關(guān)系，確定了黑體的溫度，就可以確定其他的輻射量，因此黑體輻射定律在輻射度學(xué)中起了基準(zhǔn)作用，占據(jù)十 分重要的地位。自然界中不存在絕對(duì)黑體

2、，用人工的的方法可以制成盡可能接近絕對(duì)黑體的 輻射源。鎢的熔點(diǎn)約為3695K,充氣鎢燈絲的光譜輻射分布和黑體十分相近，因 此可以用來(lái)仿真黑體。CIE規(guī)定分布溫度2856K的充氣鎢絲燈作為標(biāo)準(zhǔn) A光源， 以此實(shí)現(xiàn)絕對(duì)溫度為2856K的完全輻射題的輻射，即標(biāo)準(zhǔn)照明體 A。本次試驗(yàn) 所用的WHS-1黑體實(shí)驗(yàn)裝置就是以溴鎢燈模擬黑體的輻射源，通過(guò)改變燈絲的 電流來(lái)模擬改變黑體的色溫。描述黑體輻射定律的普朗克公式以波長(zhǎng)表示的形式為：M ，T)二 5exp(其中第一輻射常數(shù)G = 2二he2 = 37418 10"w m2 ;第二輻射常數(shù)c2二h°k =4388 10m K， k為玻爾

3、茲曼常數(shù)，e為光速。由于黑體是朗伯輻射體，因此可以得到黑體的光譜輻亮度表示式如下：Lo,T)=5c ex氏匕刊一1斯蒂芬一玻爾茲曼定律描述的是黑體的輻射出射度與溫度之間的關(guān)系:M0（T）*（Wm 2）（ 3）式（ 3）中，：；4 =5.6696 10$（W m-2 K-4）稱為斯蒂芬一玻爾茲曼常/I5q數(shù)。黑體光譜輻射是單峰函數(shù)，其峰值波長(zhǎng)滿足維恩位移定律：'mT = bm K）（4）式（ 4）中，常數(shù) b=c%965廣 28984m K。實(shí)驗(yàn)就是要驗(yàn)證黑體輻射的上述定律。WHS-1型黑體實(shí)驗(yàn)裝置的工作過(guò)程為：調(diào)整燈絲電流為某一數(shù)值，如1.6A， 停留幾分鐘待光源穩(wěn)定：?jiǎn)紊珒x光柵機(jī)構(gòu)復(fù)

4、位，從800nm至2500nm以一定的間 隔（如1nm）進(jìn)行掃描，將數(shù)據(jù)存進(jìn)內(nèi)存（即軟件中所指的“寄存器_T等），顯示的輻射出射度數(shù)值為：2889K。為保證顯示值不偏離理論值太多，除了要保 證光柵掃描機(jī)構(gòu)的精度外，溴鎢燈的穩(wěn)定性也十分重要。因此溴鎢燈的預(yù)熱，以 及調(diào)整電流后，應(yīng)有充足的穩(wěn)定時(shí)間。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、正確連接計(jì)算機(jī)、單色儀、接收單元、電控箱、溴鎢燈電源、溴鎢燈；2、 打開(kāi)計(jì)算機(jī)、電控箱及溴鎢燈電源，使機(jī)器預(yù)熱20分鐘；3、按照軟件提示，確認(rèn)反射鏡撥桿的位置置于位置“ 1”，即把撥桿撥向出射 狹縫方向（撥向相反方向用于“觀察窗查看二級(jí)譜線”實(shí)驗(yàn)）；4、 將溴鎢燈電源的電流調(diào)節(jié)為1.6A

5、 （即對(duì)應(yīng)黑體色溫2889K），掃描一條從 8002500nm的曲線，得到在色溫2898K時(shí)的黑體輻射曲線；京徐懐：寄存器仝:尊存器:尋存去_4j壽冠垂_5：雪存孟事存丑_T 菇存謹(jǐn)上痹梓去_9痹存認(rèn)0800 9QD 1000110012«0i1309140015(H)160017001&0>Q 1W 20002100220423002400250-QiB * '" Li _ BMM：圖11.6A （色溫2889K）掃描結(jié)果注意：測(cè)試完一條曲線后，點(diǎn)擊菜單“驗(yàn)證熱輻射定律”下的“普朗克輻射定律（W）”進(jìn)行驗(yàn)證。輸入800250Onm之間不同的波長(zhǎng)值，注

6、意不要輸入800，驗(yàn) 證測(cè)量值和理論值的符合程度。如果相差太大，此時(shí)應(yīng)點(diǎn)擊“工作”下的“修正 黑體輻射系數(shù)參數(shù)（丫）”的“選擇計(jì)算（Z）”進(jìn)行標(biāo)定。5、依次改變溴鎢燈的電源為 1.7A （對(duì)應(yīng)2999K），可得到相應(yīng)色溫的黑體 輻射曲線，存入各寄存器。昔朗亞輻射定律公式乘樣臣采樣點(diǎn)2逋長(zhǎng)人麗扁但10«1 買測(cè)E |18£4 T52I鹿垃圭CU2%2989mn 迎它e螢中茨方疲長(zhǎng)九冇叩I暉唸E阮孑刼呃 |1336芾呈 0.65%葉樣礙波杯 IhiftK I1卿=I半一殺幗Jr-令叵M溫29992Sfi§5400- 驗(yàn)DD 3QQQ- 2SDD 26002400220

7、020001B0016Q0-140012Q0-1DDD-B0Q6004002000 &D0 900 1000 11M 1200 1M0 1400 154M） 1600 1700 1B00 1MA 2000 210C 2200 2300 2400 2SOT逋長(zhǎng)（細(xì)）圖2普朗克輻射定律驗(yàn)證界面進(jìn)行完步驟5,且每次驗(yàn)證普朗克定律誤差較小，則可以驗(yàn)證斯蒂芬一玻爾 茲曼定律和維恩位移定律。斯，或希破乍玆曼定律X起始波長(zhǎng)!njn絡(luò)止液長(zhǎng)|2500rw寄存器1寄存器2寄存器3寄存器4寄存器樂(lè)咼4.5350E+0063, 9764E+00Sf8.0892E-K>136.0661E+O13o5.6

8、063E-0035. 70S2H-008寄存器百寄存器7寄存器S寄存器9寄存器WO-5.S372E-OOS斯忒藩-液爾茲曼常數(shù)，cr = 5.6697x10（瓦/米開(kāi)爾文。圖3斯蒂芬一玻爾茲曼定律驗(yàn)證界面X玻恩位移定律寄存器1寄存器2寄存器3寄存器4寄存器59. 5800E-0071.0130E-006T23392889A2.3730E-0032.9266E-003寄存器日寄存器Y寄存器B寄存器9寄存器10TA匹 2,8998E-003好9常數(shù)：k=2r B96 X 10-3 （tK；X開(kāi)爾文）圖4維恩位移定律驗(yàn)證界面六、注意事項(xiàng):1、日常使用時(shí)黑體輻射系數(shù)參數(shù)已標(biāo)定好，因此一般情況下不要調(diào)整

9、入射狹縫 和出射狹縫的大?。?、如果因測(cè)試環(huán)境發(fā)生變化（狹縫大小變化）或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)誤差過(guò)大，則需要參 照軟件說(shuō)明對(duì)黑體輻射系數(shù)參數(shù)進(jìn)行修正。七、參考文獻(xiàn)1 .金偉其，胡威捷輻射度、光度與色度及其測(cè)量M.北京理工大學(xué)出版社2006照度的測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓 名:學(xué) 號(hào): 班 級(jí):照度的測(cè)量學(xué)習(xí)照度計(jì)的使用方法；通過(guò)照度、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解和掌握照度測(cè)量的一般方法和事項(xiàng); 的測(cè)量驗(yàn)證距離平方反比定律。、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:建立照度測(cè)量的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；正確使用照度計(jì)完成照度測(cè)量。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備:光學(xué)平臺(tái)，滑軌，光闌，位置高度調(diào)整器，照度計(jì)，鹵素?zé)舻取Ｋ模簩?shí)驗(yàn)原理:照度測(cè)量的應(yīng)用十分廣泛，日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和國(guó)防建設(shè)

10、常 常需要測(cè)量某一表面的照度，要求測(cè)量的照度量程也很寬。實(shí)際使用中用一半照度計(jì)完成照度測(cè)量。目前常用的照度計(jì)由接受光能的測(cè) 量頭(又稱光度頭)和信號(hào)顯示處理兩部分組成。光度頭包括光電探測(cè)器、濾光器、余弦修正器組成。目前光電探測(cè)器多采用 硅光電池。由于光電器件的光譜響應(yīng)與人眼的視見(jiàn)函數(shù)不同， 因此必須對(duì)光電器 件的靈敏度進(jìn)行校正，使之符合光譜光視效率函數(shù)曲線才能進(jìn)行光度測(cè)量。V( ) 一般采用加濾光片的方法進(jìn)行修正。 此外，為消除光電探測(cè)器表面的 菲涅耳反射對(duì)余弦特性的影響，光電探測(cè)器前需要加余弦修正器。照型討探頭可樓動(dòng)光闌圖】.照度測(cè)蚩示意圖圖1為實(shí)驗(yàn)光路示意圖。將光度頭裝在專用夾具上，該夾具

11、可以固定在可沿 滑軌移動(dòng)的滑車上，滑軌的平直性良好。鹵素?zé)舭惭b在滑軌的燈座上，燈座固定' 在光電頭前適宜位置布置兩只光闌， 第三只光闌可裝在移動(dòng)的滑車上，這些光闌 能夠很好的消除由滑軌周圍的遮光簾和滑軌上的部件反射帶來(lái)的雜散光， 雜散光 的評(píng)比在光度測(cè)量中非常重要。調(diào)整光度頭和鹵素?zé)舻奈恢?，使光度頭測(cè)量面和燈絲平面均垂直于滑軌測(cè)量 軸線，其中心點(diǎn)位于此軸線上。用直流穩(wěn)壓電源給鹵素?zé)艄╇姡_控制燈的電流。改變燈到光度頭接收面 的距離，根據(jù)距離平方反比定律，光度頭接受面處的照度應(yīng)為：E冷（儀）式中：I為鹵素?zé)舻陌l(fā)光強(qiáng)度；I為燈絲平面到光度頭的距離。五、實(shí)驗(yàn)步驟：（1）打開(kāi)鹵素?zé)綦娫矗瑹襞?/p>

12、預(yù)熱10分鐘以上；（2）將照度計(jì)的光度頭安裝固定在專用夾具上；（3）調(diào)整燈座、光度頭夾具、固定光闌和可移動(dòng)光闌的位置和高度，確保燈絲、 光闌孔、光度頭接收面在同一光軸上；（4）調(diào)整光闌的孔徑，要求做到從光度頭接收面往鹵素?zé)舴较蚩矗荒芸匆?jiàn)一 個(gè)接一個(gè)的光闌和鹵素?zé)?，其余什么也看不?jiàn)；反之，從鹵素?zé)敉舛阮^方向看 可看到光度頭，在其他任何方向都看不到光度頭，并且光路中不得有擋光的物體；（5）移動(dòng)光度頭，在不同的位置記錄照度計(jì)的照度值；（6）數(shù)據(jù)處理l=416.6cd距離（m）實(shí)測(cè)值（lx）理論值（lx）差值百分比（%）1.00418416.60.341.053753780.791.103383441.741.202782893.81誤差分析：可能的原因如下：（1）鹵素?zé)羰褂脮r(shí)間較長(zhǎng)，光強(qiáng)已經(jīng)不夠準(zhǔn)確：（2）光度頭與燈絲并不在一條水平線上，而是有一定的角度，導(dǎo)致距離越大, 誤差越大；（3）紅布遮光效果并不好，外部燈光有干擾。