文档介绍：1 中国石油大学近代物理实验实验报告成绩: 班级: 姓名: 同组者: 教师: 黑体辐射实验【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。【实验原理】黑体是指能够完全吸收所有外来辐射的物体, 处于热平衡时, 黑体吸收的能量等于辐射的能量, 由于黑体具有最大的吸收本领,因而黑体也就具有最大的辐射本领。这种辐射是一种温度辐射,辐射的光谱分布只与辐射体的温度有关, 而与辐射方向及周围环境无关。事实上当然不存在绝对黑体, 但有些物体可以近似地作为黑体来处理, 比如, 一束光一旦从狭缝射入空腔体内, 就很难再通过该狭缝反射回来,那么,这个开着的狭缝空腔体就可以看作是黑体。 1、黑体辐射的光谱分析实验测出黑体的辐射强度在不同温度下与辐射波长的关系曲线。维恩假定辐射能量按频率的分布类似于麦克斯韦的分子速率分布,导出如下公式 E(λ,T)= bλ?5e ?a/ λT (1) 式中 E(λ,T) 称为单色辐出度,它表示单位时间内,在黑体的单位面积上单位波长间隔内所辐射出的的能量,单位是瓦特/米 2,T表示绝对温度,a,b 是与波长和温度无关的常数。这个分布在短波部分与实验结果符合较好,而长波部分偏离较大。瑞利和金斯利用经典电动力学和统计物理学推导得到单色辐出度 E(λ,T)= 2πCλ 4 kT (2) 式中, C为真空中的光速, k为玻尔兹曼常量。它在波长很长,温度较高时与实验结果相符合,但在短波段偏离非常大,当频率趋于无穷大时引起发散,这就是当时有名的“紫外灾难”。普朗克提出:电磁辐射的能量只能是量子化的。他认为黑体是由多个带点谐振子组成,这些谐振子处于热平衡状态,每个振子具有一个固有的谐振频率ν,可以发出与吸收相同频率的电磁波,每个谐振子只能吸收或发射不连续的一份一份的能量,这个能量是一个最小能量ε 0 =hν的整数倍,即谐振子能量为 E=nh ν,n 为正整数, h 为普朗克常量。在此能量量子化的假定下,他推导出了如下黑体辐射公式: E(λ,T)= 2πhc 2λ 51e hc/λ kT?1 (3)2 可化简为: E(λ,T)= C1λ 5(e C2/λT?1) (4) 式中: 第一辐射常数 C1= ? 10 ? 16 ( 瓦特*米 2), 第二幅射常数 C2= ? 10 ?2 (米* 开尔文)。它与实验符合的极好。普朗克黑体辐射公式( 2 )微分和积分后可以得到维恩位移定律和斯特潘- 玻尔兹曼定律,它们的表达式分别为: λ max=A/T (5) 式中维恩常量 A= ? 10 ?3 (米* 开尔文)。这表明黑体的单色辐出度的极大值对应的波长λ max 与绝对温度成反比。【实验装置】 WCH-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、转换采集、电流可调的溴钨灯光源及计算机组成。本实验采用溴钨灯光源作标准黑体。溴钨灯光源的谱线近似黑体辐射曲线,但是钨丝的发射系数不是 1 ,所以需要进行修正。利用软件,可以对不同温度下的溴钨灯的曲线进行反射系数 E 的修正。【实验内容】 1、绘制不同温度下的黑体辐射能量曲线。 2、验证普朗克辐射定律。 3、验证维恩位移定律。 4、验证斯特潘- 玻尔兹曼定律。【注意