中国石油大学（华东）：《近代物理实验》课程教学资源（讲义）黑体辐射实验（PPT）

大学物理实验 黑体辐射实验

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实验目的 1、了解和掌握黑体福射的光谱分布—普朗克福射 定律 2、了解和掌握黑体辐射的积分辐射—斯忒藩玻尔 兹曼定律 3、了解和掌握维恩位移定律 重点：WGH一10黑体实验仪的原理和使用方法 难点：通过实验掌握黑体辐射的光增分布规律 2

2 1、了解和掌握黑体辐射的光谱分布——普朗克辐射 定律 2、了解和掌握黑体辐射的积分辐射——斯忒藩玻尔 兹曼定律 3、了解和掌握维恩位移定律 难点：通过实验掌握黑体辐射的光谱分布规律 重点：WGH—10黑体实验仪的原理和使用方法

二、 实验原理 1.热福射现象 固体或液体，在任何温度下都在 的电磁波，这种由于物体中的分子、 而发射电磁波的现象称为热辐射。所 特征仅与温度有关。 固体在温度升高时颜色的变化 800K 1000K 1200K 1400K 物体辐射总能量及能量按波长分布都决定于温度。 3

3 固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长 的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发 而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的 特征仅与温度有关。 固体在温度升高时颜色的变化 1400K 物体辐射总能量及能量按波长分布都决定于温度。 800K 1000K 1200K 1. 热辐射现象

绝对黑体：若物体在任何温度下，对任何波长的福射能的吸 收比都等于1，则称该物体为绝对黑体，简称黑体。 2.黑体辐射实验规律 不透明的材料制成带小孔的的空腔，可近似看作黑体。 研究黑体辐射的规 律是了解一般物体热辐 射性质的基出

4 绝对黑体:若物体在任何温度下,对任何波长的辐射能的吸 收比都等于1,则称该物体为绝对黑体,简称黑体。 2. 黑体辐射实验规律 不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看作黑体。 研究黑体辐射的规 律是了解一般物体热辐 射性质的基础

A B2 A为黑体 BPB2为分光系统 C为热电偶 测定黑体辐出度的实验简图 5

5 测定黑体辐出度的实验简图 P L2 B2 A L1 B1 C A为黑体 B1PB2为分光系统 C为热电偶

实验曲线 Mo(T)/W·cm2·um) 1700K 1500K 1300K 100 2 aum 3 5 绝对黑体的辐出度按波长分布曲线 6

6 1700K 1500K 1300K 1100K ( )/( ) 2 1 0   M T W  cm m 0 1 2 3 4 5  / m 绝对黑体的辐出度按波长分布曲线 实验曲线

3.普朗克量子假设 问题：如何从理论上找到符合实验曲线的函数式 Mo(T)=f(九，T) 维恩经验公式 _C2 Mio(T)=C A-5e zi 这个公式与实验曲线波长短处符合得很好，但在波长 很长处与实验曲线相差较大。 7

7 问题：如何从理论上找到符合实验曲线的函数式 3. 普朗克量子假设 ( ) ( , ) M 0 T  f  T T C M T C e    2 5 0 1 ( )    这个公式与实验曲线波长短处符合得很好，但在波长 很长处与实验曲线相差较大

瑞利-金斯经验公式 M0(T)=C324T 这个公式在波长很长处与实验曲线比较相近， 但在短波区，按此公式，M,。将随波长趋向于零而 趋向无穷大的荒谬结果，即“紫外灾难”。 维恩公式和瑞利金斯公式都是用经典物理学的 方法来研究热辐射所得的结果，都与实验结果不符， 明显地暴露了经典物理学的缺陷。黑体辐射实验是 物理学晴朗天空中一朵令人不安的乌云

8 M T C T 4 0 3 ( )     这个公式在波长很长处与实验曲线比较相近， 但在短波区，按此公式， 将随波长趋向于零而 趋向无穷大的荒谬结果，即“紫外灾难” 。 M 0 维恩公式和瑞利-金斯公式都是用经典物理学的 方法来研究热辐射所得的结果，都与实验结果不符， 明显地暴露了经典物理学的缺陷。黑体辐射实验是 物理学晴朗天空中一朵令人不安的乌云

为了解决上述困难，普朗克利用内插法将适 用于短波的维恩公式和适用于长波的瑞利-金斯公 式衔接起来，提出了一个新的公式： M0=2πhc22 hc eikt -1 h=6.6260755×10-34J.s 普朗克常数 这一公式称为普朗克公式。它与实验结果符 合得很好

9 为了解决上述困难，普朗克利用内插法将适 用于短波的维恩公式和适用于长波的瑞利-金斯公 式衔接 起来，提出了一个新的公式： 1 1 2 2 5 0    kT hc e M hc     h   J s 34 6.6260755 10 普朗克常数 这一公式称为普朗克公式。它与实验结果符 合得很好

M2o(T) 实验值 配 游子举 瑞利-金斯线 维恩线 2345678 元/um 10

10 o 实验值 /μm ( ) M  0 T 维恩线 瑞利-金斯线 紫 外 灾 难 普朗克线  1 2 3 4 5 6 7 8