ht黑体辐射出射度曲线绘制实验报告

黑体辐射出射度曲线绘制

实验报告

姓 名：

学 号：

班 级：

黑体辐射出射度曲线绘制

一、 实验目的：

学习和巩固黑体辐射定律，验证普朗克辐射定律、斯蒂芬—玻尔兹曼定律、维恩位移定律；了解单色仪的工作原理及基本结构。

二、 实验内容：

按照实验指导书的要求和步骤操作仿真黑体实验的装置，验证黑体相关定律。

三、 实验设备：

WHS-型黑体实验装置，计算机，打印机等。

四、 实验原理：

黑体是一个能完全吸收并向外完全辐射入射在它上面的辐射能的理想物体。黑体的光谱辐射量和温度之间存在精确的定量关系，确定了黑体的温度，就可以确定其他的辐射量，因此黑体辐射定律在辐射度学中起了基准作用，占据十分重要的地位。

自然界中不存在绝对黑体，用人工的的方法可以制成尽可能接近绝对黑体的辐射源。钨的熔点约为3695K，充气钨灯丝的光谱辐射分布和黑体十分相近，因此可以用来仿真黑体。CIE规定分布温度2856K的充气钨丝灯作为标准A光源，以此实现绝对温度为2856K的完全辐射题的辐射，即标准照明体A。本次试验所用的WHS-1黑体实验装置就是以溴钨灯模拟黑体的辐射源，通过改变灯丝的电流来模拟改变黑体的色温。

描述黑体辐射定律的普朗克公式以波长表示的形式为：

c11M0(,T)5 (1) exp(c2)1T

其中第一辐射常数c12hc23.74181016Wm2；第二辐射常数c21.4388102mK，k为玻尔兹曼常数，c为光速。 由于黑体是朗伯辐射体，因此可以得到黑体的光谱辐亮度表示式如下：

L0(,T)c11

25exp)1T (2)

斯蒂芬—玻尔兹曼定律描述的是黑体的辐射出射度与温度之间的关系：

M0(T)T4(4c1式（3）中，m2) （3） c245.6696108(Wm-2K-4)称为斯蒂芬—玻尔兹曼常

数。

黑体光谱辐射是单峰函数，其峰值波长满足维恩位移定律：

式（4）中，常数bc2mTb(mK) （4） 2898mK。 .9651

实验就是要验证黑体辐射的上述定律。

WHS-1型黑体实验装置的工作过程为：调整灯丝电流为某一数值，如1.6A，停留几分钟待光源稳定：单色仪光栅机构复位，从800nm至2500nm以一定的间隔（如1nm）进行扫描，将数据存进内存（即软件中所指的“寄存器_1”等），显示的辐射出射度数值为：2889K。为保证显示值不偏离理论值太多，除了要保证光栅扫描机构的精度外，溴钨灯的稳定性也十分重要。因此溴钨灯的预热，以及调整电流后，应有充足的稳定时间。

五、 实验步骤

1、正确连接计算机、单色仪、接收单元、电控箱、溴钨灯电源、溴钨灯；

2、打开计算机、电控箱及溴钨灯电源，使机器预热20分钟；

3、按照软件提示，确认反射镜拨杆的位置置于位置“1”，即把拨杆拨向出射狭缝方向（拨向相反方向用于“观察窗查看二级谱线”实验）；

4、将溴钨灯电源的电流调节为1.6A（即对应黑体色温2889K），扫描一条从800~2500nm的曲线，得到在色温2898K时的黑体辐射曲线；

图1 1.6A（色温2889K）扫描结果

注意：测试完一条曲线后，点击菜单“验证热辐射定律”下的“普朗克辐射定律（W）”进行验证。输入800~2500nm之间不同的波长值，注意不要输入800，验证测量值和理论值的符合程度。如果相差太大，此时应点击“工作”下的“修正黑体辐射系数参数（Y）”的“选择计算（Z）”进行标定。

5、依次改变溴钨灯的电源为1.7A（对应2999K），可得到相应色温的黑体辐射曲线，存入各寄存器。

图2 普朗克辐射定律验证界面

进行完步骤5，且每次验证普朗克定律误差较小，则可以验证斯蒂芬—玻尔兹曼定律和维恩位移定律。

图4 维恩位移定律验证界面

六、 注意事项：

1、日常使用时黑体辐射系数参数已标定好，因此一般情况下不要调整入射狭缝和出射狭缝的大小；

2、如果因测试环境发生变化（狭缝大小变化）或实验数据误差过大，则需要参照软件说明对黑体辐射系数参数进行修正。

七、 参考文献

[1]. 金伟其，胡威捷. 辐射度、光度与色度及其测量[M]. 北京理工大学出版社. 2006

照度的测量实验报告

照度的测量

一、实验目的：

了解和掌握照度测量的一般方法和事项；学习照度计的使用方法；通过照度的测量验证距离平方反比定律。

二、实验内容：

建立照度测量的实验系统；正确使用照度计完成照度测量。

三、实验设备：

光学平台，滑轨，光阑，位置高度调整器，照度计，卤素灯等。

四：实验原理：

照度测量的应用十分广泛，日常生活、工农业生产、科学研究和国防建设常常需要测量某一表面的照度，要求测量的照度量程也很宽。

实际使用中用一半照度计完成照度测量。目前常用的照度计由接受光能的测量头（又称光度头）和信号显示处理两部分组成。

光度头包括光电探测器、滤光器、余弦修正器组成。目前光电探测器多采用硅光电池。由于光电器件的光谱响应与人眼的视见函数不同，因此必须对光电器件的灵敏度进行校正，使之符合光谱光视效率函数曲线才能进行光度测量。 V(

)一般采用加滤光片的方法进行修正。此外，为消除光电探测器表面的菲涅耳反射对余弦特性的影响，光电探测器前需要加余弦修正器。

图1为实验光路示意图。将光度头装在专用夹具上，该夹具可以固定在可沿滑轨移动的滑车上，滑轨的平直性良好。卤素灯安装在滑轨的灯座上，灯座固定。

在光电头前适宜位置布置两只光阑，第三只光阑可装在移动的滑车上，这些光阑能够很好的消除由滑轨周围的遮光帘和滑轨上的部件反射带来的杂散光，杂散光的评比在光度测量中非常重要。

调整光度头和卤素灯的位置，使光度头测量面和灯丝平面均垂直于滑轨测量轴线，其中心点位于此轴线上。

用直流稳压电源给卤素灯供电，精确控制灯的电流。改变灯到光度头接收面的距离，根据距离平方反比定律，光度头接受面处的照度应为：

IE(lx) 2l

式中：I为卤素灯的发光强度；l为灯丝平面到光度头的距离。

五、实验步骤：

（1）打开卤素灯电源，灯泡预热10分钟以上；

（2）将照度计的光度头安装固定在专用夹具上；

（3）调整灯座、光度头夹具、固定光阑和可移动光阑的位置和高度，确保灯丝、光阑孔、光度头接收面在同一光轴上；

（4）调整光阑的孔径，要求做到从光度头接收面往卤素灯方向看，只能看见一个接一个的光阑和卤素灯，其余什么也看不见；反之，从卤素灯往光度头方向看可看到光度头，在其他任何方向都看不到光度头，并且光路中不得有挡光的物体；

（5）移动光度头，在不同的位置记录照度计的照度值；

（6）数据处理

误差分析：

可能的原因如下：

（1）卤素灯使用时间较长，光强已经不够准确：

（2）光度头与灯丝并不在一条水平线上，而是有一定的角度，导致距离越大，误差越大；

（3）红布遮光效果并不好，外部灯光有干扰。

验证距离平方反比定律：

根据所得数据，画出下图

可看出此曲线近似是一条直线，照度与距离平方的倒数成正比。

六、参考文献

[1]. 金伟其，胡威捷. 辐射度、光度与色度及其测量[M]. 北京理工大学出版社. 2006

[2]. 吴继宗,叶关荣. 光辐射测量[M]. 机械工业出版社. 1992

黑体辐射出射度曲线绘制

实验报告

姓 名：

学 号：

班 级：

黑体辐射出射度曲线绘制

一、 实验目的：

学习和巩固黑体辐射定律，验证普朗克辐射定律、斯蒂芬—玻尔兹曼定律、维恩位移定律；了解单色仪的工作原理及基本结构。

二、 实验内容：

按照实验指导书的要求和步骤操作仿真黑体实验的装置，验证黑体相关定律。

三、 实验设备：

WHS-型黑体实验装置，计算机，打印机等。

四、 实验原理：

黑体是一个能完全吸收并向外完全辐射入射在它上面的辐射能的理想物体。黑体的光谱辐射量和温度之间存在精确的定量关系，确定了黑体的温度，就可以确定其他的辐射量，因此黑体辐射定律在辐射度学中起了基准作用，占据十分重要的地位。

自然界中不存在绝对黑体，用人工的的方法可以制成尽可能接近绝对黑体的辐射源。钨的熔点约为3695K，充气钨灯丝的光谱辐射分布和黑体十分相近，因此可以用来仿真黑体。CIE规定分布温度2856K的充气钨丝灯作为标准A光源，以此实现绝对温度为2856K的完全辐射题的辐射，即标准照明体A。本次试验所用的WHS-1黑体实验装置就是以溴钨灯模拟黑体的辐射源，通过改变灯丝的电流来模拟改变黑体的色温。

描述黑体辐射定律的普朗克公式以波长表示的形式为：

c11M0(,T)5 (1) exp(c2)1T

其中第一辐射常数c12hc23.74181016Wm2；第二辐射常数c21.4388102mK，k为玻尔兹曼常数，c为光速。 由于黑体是朗伯辐射体，因此可以得到黑体的光谱辐亮度表示式如下：

L0(,T)c11

25exp)1T (2)

斯蒂芬—玻尔兹曼定律描述的是黑体的辐射出射度与温度之间的关系：

M0(T)T4(4c1式（3）中，m2) （3） c245.6696108(Wm-2K-4)称为斯蒂芬—玻尔兹曼常

数。

黑体光谱辐射是单峰函数，其峰值波长满足维恩位移定律：

式（4）中，常数bc2mTb(mK) （4） 2898mK。 .9651

实验就是要验证黑体辐射的上述定律。

WHS-1型黑体实验装置的工作过程为：调整灯丝电流为某一数值，如1.6A，停留几分钟待光源稳定：单色仪光栅机构复位，从800nm至2500nm以一定的间隔（如1nm）进行扫描，将数据存进内存（即软件中所指的“寄存器_1”等），显示的辐射出射度数值为：2889K。为保证显示值不偏离理论值太多，除了要保证光栅扫描机构的精度外，溴钨灯的稳定性也十分重要。因此溴钨灯的预热，以及调整电流后，应有充足的稳定时间。

五、 实验步骤

1、正确连接计算机、单色仪、接收单元、电控箱、溴钨灯电源、溴钨灯；

2、打开计算机、电控箱及溴钨灯电源，使机器预热20分钟；

3、按照软件提示，确认反射镜拨杆的位置置于位置“1”，即把拨杆拨向出射狭缝方向（拨向相反方向用于“观察窗查看二级谱线”实验）；

4、将溴钨灯电源的电流调节为1.6A（即对应黑体色温2889K），扫描一条从800~2500nm的曲线，得到在色温2898K时的黑体辐射曲线；

图1 1.6A（色温2889K）扫描结果

注意：测试完一条曲线后，点击菜单“验证热辐射定律”下的“普朗克辐射定律（W）”进行验证。输入800~2500nm之间不同的波长值，注意不要输入800，验证测量值和理论值的符合程度。如果相差太大，此时应点击“工作”下的“修正黑体辐射系数参数（Y）”的“选择计算（Z）”进行标定。

5、依次改变溴钨灯的电源为1.7A（对应2999K），可得到相应色温的黑体辐射曲线，存入各寄存器。

图2 普朗克辐射定律验证界面

进行完步骤5，且每次验证普朗克定律误差较小，则可以验证斯蒂芬—玻尔兹曼定律和维恩位移定律。

图4 维恩位移定律验证界面

六、 注意事项：

1、日常使用时黑体辐射系数参数已标定好，因此一般情况下不要调整入射狭缝和出射狭缝的大小；

2、如果因测试环境发生变化（狭缝大小变化）或实验数据误差过大，则需要参照软件说明对黑体辐射系数参数进行修正。

七、 参考文献

[1]. 金伟其，胡威捷. 辐射度、光度与色度及其测量[M]. 北京理工大学出版社. 2006

照度的测量实验报告

照度的测量

一、实验目的：

了解和掌握照度测量的一般方法和事项；学习照度计的使用方法；通过照度的测量验证距离平方反比定律。

二、实验内容：

建立照度测量的实验系统；正确使用照度计完成照度测量。

三、实验设备：

光学平台，滑轨，光阑，位置高度调整器，照度计，卤素灯等。

四：实验原理：

照度测量的应用十分广泛，日常生活、工农业生产、科学研究和国防建设常常需要测量某一表面的照度，要求测量的照度量程也很宽。

实际使用中用一半照度计完成照度测量。目前常用的照度计由接受光能的测量头（又称光度头）和信号显示处理两部分组成。

光度头包括光电探测器、滤光器、余弦修正器组成。目前光电探测器多采用硅光电池。由于光电器件的光谱响应与人眼的视见函数不同，因此必须对光电器件的灵敏度进行校正，使之符合光谱光视效率函数曲线才能进行光度测量。 V(

)一般采用加滤光片的方法进行修正。此外，为消除光电探测器表面的菲涅耳反射对余弦特性的影响，光电探测器前需要加余弦修正器。

图1为实验光路示意图。将光度头装在专用夹具上，该夹具可以固定在可沿滑轨移动的滑车上，滑轨的平直性良好。卤素灯安装在滑轨的灯座上，灯座固定。

在光电头前适宜位置布置两只光阑，第三只光阑可装在移动的滑车上，这些光阑能够很好的消除由滑轨周围的遮光帘和滑轨上的部件反射带来的杂散光，杂散光的评比在光度测量中非常重要。

调整光度头和卤素灯的位置，使光度头测量面和灯丝平面均垂直于滑轨测量轴线，其中心点位于此轴线上。

用直流稳压电源给卤素灯供电，精确控制灯的电流。改变灯到光度头接收面的距离，根据距离平方反比定律，光度头接受面处的照度应为：

IE(lx) 2l

式中：I为卤素灯的发光强度；l为灯丝平面到光度头的距离。

五、实验步骤：

（1）打开卤素灯电源，灯泡预热10分钟以上；

（2）将照度计的光度头安装固定在专用夹具上；

（3）调整灯座、光度头夹具、固定光阑和可移动光阑的位置和高度，确保灯丝、光阑孔、光度头接收面在同一光轴上；

（4）调整光阑的孔径，要求做到从光度头接收面往卤素灯方向看，只能看见一个接一个的光阑和卤素灯，其余什么也看不见；反之，从卤素灯往光度头方向看可看到光度头，在其他任何方向都看不到光度头，并且光路中不得有挡光的物体；

（5）移动光度头，在不同的位置记录照度计的照度值；

（6）数据处理

误差分析：

可能的原因如下：

（1）卤素灯使用时间较长，光强已经不够准确：

（2）光度头与灯丝并不在一条水平线上，而是有一定的角度，导致距离越大，误差越大；

（3）红布遮光效果并不好，外部灯光有干扰。

验证距离平方反比定律：

根据所得数据，画出下图

可看出此曲线近似是一条直线，照度与距离平方的倒数成正比。

六、参考文献

[1]. 金伟其，胡威捷. 辐射度、光度与色度及其测量[M]. 北京理工大学出版社. 2006

[2]. 吴继宗,叶关荣. 光辐射测量[M]. 机械工业出版社. 1992