ht黑體輻射出射度曲線繪制實(shí)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1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?學(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)。2、 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。3、 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。4、 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

2、存在絕對(duì)黑體，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，通過改變燈絲的電流來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表示的形式為： (1) 其中第一輻射常數(shù)；第二輻射常數(shù)，k為玻爾茲曼常數(shù)，c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： (2)斯蒂芬玻爾茲曼定律描述的是黑體的輻射

3、出射度與溫度之間的關(guān)系： （3）式（3）中，稱為斯蒂芬玻爾茲曼常數(shù)。 黑體光譜輻射是單峰函數(shù)，其峰值波長滿足維恩位移定律： （4）式（4）中，常數(shù)。 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)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_1”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。5、 實(shí)驗(yàn)

4、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（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；圖1 1.6A（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8002500nm之間不同的波長值，注意不要輸入800，驗(yàn)證測(cè)量值和

5、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)（Y）”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。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)證斯蒂芬玻爾茲曼定律和維恩位移定律。圖3 斯蒂芬玻爾茲曼定律驗(yàn)證界面圖4 維恩位移定律驗(yàn)證界面6、 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)整入射狹縫和出射狹縫的大??；2、 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)誤差過大，則需要參照軟件說明對(duì)黑體輻射系數(shù)參數(shù)進(jìn)行修正

6、。7、 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1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?了解和掌握照度測(cè)量的一般方法和事項(xiàng)；學(xué)習(xí)照度計(jì)的使用方法；通過照度的測(cè)量驗(yàn)證距離平方反比定律。2、 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。3、 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?。四：?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)研究和國防建設(shè)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

7、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。 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。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

8、軌周圍的遮光簾和滑軌上的部件反射帶來的雜散光，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╇?，精確控制燈的電流。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：式中：I為鹵素?zé)舻陌l(fā)光強(qiáng)度；l為燈絲平面到光度頭的距離。5、 實(shí)驗(yàn)步驟：（1） 打開鹵素?zé)綦娫?，燈泡預(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

9、從光度頭接收面往鹵素?zé)舴较蚩?，只能看見一個(gè)接一個(gè)的光闌和鹵素?zé)簦溆嗍裁匆部床灰?；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I=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，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