中国石油大学（华东）：《近代物理实验》课程教学资源（讲义）实验5-1 黑体辐射实验（PPT）

近代物理实验 黑体辐射实验

1 黑体辐射实验 近代物理实验

实验目的 1.了解黑体辐射实验现象和规律，掌握热辐射研究 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,通过验证黑体辐射定律，充实物理假说与思想实 验能力。 重点：WGH一10黑体实验仪的原理和使用方法 难点：通过实验尊握黑体福射的光谱分布规律 2

2 一、实验目的 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 1．了解黑体辐射实验现象和规律，掌握热辐射研究 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．通过验证黑体辐射定律，充实物理假说与思想实 验能力

二、 实验原理 1.热辐射现象 固体或液体，在任何温度下都在发 电磁波，这种由于物体中的分子、原 发射电磁波的现象称为热辐射。所辐 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 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 二、实验原理

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。 研究黑体福射的规律 是了解一般物体热福射 性质的基础

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 BPB,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 NMo(T)/W·cm2·4m) 1700K 1500K 1300K 1100 2/m 0 2 3 绝对黑体的辐出度按波长分布曲线 6

6 ( )/( ) 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 Mio(T)=f(A,T) 维甩经验公式 Mo(T=C元e号 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 维恩经验公式 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 Mo(T)=C3入4T 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

8 瑞利-金斯经验公式 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=2πhc225 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

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 h c e M hc     h =  J s −3 4 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 谷摸 瑞利金斯线 维恩线 12345678 A /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