黑体热辐射实验.doc

黑体辐射实验（41070101）

实验背景：

早在1859年，德国物理学家基尔霍夫在总结当时实验发现的基础上，用理论方法得出一切物体热辐射所遵从的普遍规律：在相同的温度下，各辐射源的单色辐出度Mi（λ，T）与单色吸收率αi（λ，T）成正比，其比值对所有辐射源（i=1，2，┄）都一样，是一个只取决于波长λ和温度T的普适函数。而黑色物体对可见光能强烈吸收，则当获取能量时也应有在可见光区的强烈辐射，因而从黑体辐射的角度研究确定普适函数的具体形式就具有极大的吸引力。显然，如果单色吸收率αi（λ，T）=1，则该辐射源的单色辐出度Mi（λ，T）就是要研究的普适函数。而
αi（λ，T）=1的辐射体就是绝对黑体，简称黑体。黑体的辐射亮度在各个方向都相同，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。
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;只要其温度在绝对零度以上，也要从外界吸收辐射的能量。处在不同温度和环境下的物体，都以电磁辐射形式发出能量，而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，而且与表面的材料的性质有关，而黑体的辐射能力则仅与温度有关。在黑体辐射中，存在各种波长的电磁波，其能量按波长的分布与黑体的温度有关。

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。
实验仪器：

WGH-10型黑体实验装置专门用于进行黑体辐射能量的测量和任意发射光源的辐射能量的测量。可以记录出发光源的辐射能量曲线。在实验时，通过改变光源的温度，分别进行扫描，可以从记录的光谱辐射曲线直接看到维恩位移定律的现象，并能够对普朗克定律、斯忒藩-波尔兹曼定律进行较精确的验证。
WGH-10型黑体实验装置的控制系统采用WINDOWS界面，在WINDOWS95/98系统下均能适用，功能强大、操作简便。控制软件中，根据普朗克公式可以计算出任意温度下的绝对黑体的理论曲线，用户可以根据需要提取。WGH-10型黑体实验装置所配的光源是溴钨灯，溴钨灯的谱线大致类似于黑体，但是由于钨的发射系数不是1，所以需要进行修正。软件可以对不同温度下溴钨灯的曲线进行发射系数（仅限于溴钨灯）的修正。
此外WGH-10型黑体实验装置还可作为光谱区间在800-2500nm范围的光栅光谱仪使用，进行其它实验。

2.1.2规格、参数：
相对孔径D/F=1/7
焦距302.5mm
色散元件300L光栅
狭缝0-2mm连续可调，示值精度0.01mm/格，最大高度20mm
主机尺寸360×300×160mm

2.1.3主要技术指标：
波长范围800—2500nm
波长精度±6nm
波长重复性3nm
杂散光≤0.3%T

2.1.4仪器的基本组成与主机结构
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。
入缝
溴钨灯
出缝
接收器
观察窗
单色器
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。
WGH-10型黑体实验装置

2.1.5狭缝
狭缝为直狭缝，宽度范围0－2.5mm连续可调，顺时针旋转为狭缝宽度加大，反之减小，每旋转一周狭缝宽度变化0.5mm。为延长使用寿命，调节时注意最大不超过2.5mm，平日不使用时，狭缝最好开到0.1－0.5mm左右。
为去除光栅光谱仪中的高级次光谱，在使用过程中，操作者可根据需要把备用的滤光片插入入缝插板上。

2.1.6仪器的光学系统
光学系统采用C－T型，如下图。
光学原理图
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

2.1.7仪器的机械传动系统
仪器采用“正弦机构”进行波长扫描，丝杠由步进电机通过同步带驱动，螺母沿丝杠轴线方向移动，正弦杆由弹簧拉靠在滑块上，正弦杆与光栅台