黑体辐射实验

1. 黑体辐射实验 一、实验目的 1.验证普朗克辐射定律。 2.验证斯忒藩一波耳兹曼定律。 3.验证维恩位移定律。 4. 学会测量一般发光光源辐射能量曲线的方法。 二、实验仪器 WGH-10型黑体实验装置

2. 黑体辐射实验 二、实验仪器

3. 黑体辐射实验 三、实验内容 本实验采用WGH-10型黑体实验装置进行黑体（用溴钨灯可调光源）辐射能量的测量，这种装置也可以对任意发射光源的辐射能量进行测量，只须将溴钨灯取下换入被测光源即可。实验装置可以记录出发光源的辐射能量曲线。在做本实验时，通过改变溴钨灯光源的温度，分别进行扫描，就可以从记录的光谱辐射曲线直接看到维恩位移定律的现象，并能够对普朗克定律、斯忒藩-波尔兹曼定律进行较精确的验证，这是本实验的主要内容。 下面介绍一下实验仪器。 1. WGH-10型黑体实验装置的基本组成 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，A/D采集单元，电压可调的稳压溴钨灯光源，计算机及打印机组成。它集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。仪器的狭缝为直狭缝，宽度范围0－2.5mm连续可调，顺时针旋转为缝宽度加大，反之减小，每旋转一周狭缝宽度变化0.5mm。为延长使用寿命，调节时注意最大不超过2.5mm，平日不使用时，狭缝最好开到0.1－0.5mm左右。为去除光栅光谱仪中的高级次光谱，在使用过程中，可根据需要把备用的滤光片插入狭缝插板上。

4. 黑体辐射实验 三、实验内容（续） 2. 仪器的光学系统 光学系统采用C－T型，光学原理图如下所示： M1反射镜、M2准光镜、M3物镜，M4反射镜、M5 深椭球镜 G平面衍射光栅、S1入射狭缝、S2，S3出射狭缝、T调制器

5. 黑体辐射实验 三、实验内容（续） 光学系统的入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度连续可调，光源发出的光束从入射狭缝S1处进入系统，S1位于反射式准光镜M2的焦面上，通过S1射入的光束经M2反射成平行光束投向平面光栅G上，衍射后的平行光束经物镜M3成象在S2上。经M4、M5会聚在光电接受器D上。 各部件的规格如下： M2、M3 焦距302.5mm 光栅G 每毫米刻线300条 闪耀波长1400nm滤光片 工作区间： 第一片 800－1000nm 第二片 1000－1600nm 第三片 1600－2500nm 3. 仪器的机械传动系统 仪器采用如图12-4（a）所示“正弦机构”进行波长扫描，丝杠由步进电机通过同步带驱动，螺母沿丝杠轴线方向移动，正弦杆由弹簧拉靠在滑块上，正弦杆与光栅台连接，并绕光栅台中心回转，如图12-4（b），从而带动光栅转动，使不同波长的单色光依次通过出射狭缝而完成“扫描”。

6. 黑体辐射实验 三、实验内容（续） 4. 溴钨灯光源 标准黑体应是黑体实验的主要设置，但标准黑体其价格很高，所以本实验装置采用稳压溴钨灯作光源，溴钨灯的灯丝是用钨丝制成，钨是难熔金属，它的熔点为3665°K。钨丝灯是一种选择性的辐射体，它产生的光谱是连续的，它的总辐射本领RT可由下式求出。 式中为温度T时的总辐射系数，它是给定温度钨丝的辐射强度与绝对黑体的辐射强度之比，因此 或 式中B为常数，B=1.47×10-4钨丝 灯的辐射光谱分布RλT为 黑体和钨丝灯辐射强度的关系，在钨丝灯出厂时给由厂方给出标准的工作电流与色温度对应关系的资料。本实验光源系统采用电压可调的稳压溴钨灯光源，额定电压值为12V，电压变化范围2-12v。

7. 黑体辐射实验 三、实验内容（续） 5.光电接收器 WGH-10型黑体实验装置的工作区间在800-2500nm，仪器选用了在此区间有良好响应特性的硫化铅（PbS）作为光信号接收器。从单色仪出缝射出的单色光信号经调制器，调制成50HZ的频率信号被PbS接收，以利于进一步对信号进行放大。选用的PbS探测器是晶体管外壳结构、这种探测器是将硫化铅元件封装在晶体管壳内，内部充以干燥的氮气或其它惰性气体，并采用熔融或焊接工艺，以保证全密封。这种工艺措施使器件可以在高温和潮湿的条件下稳定可靠地工作。 6.电控箱与计算机 WGH-10型黑体实验装置是智能化的光谱仪器，仪器的工作完全在计算机的控制下进行。光谱仪通过一个电控箱与主计算机连接（USB接口），电控箱内部也有微处理器，它根据主计算机的命令控制光谱仪做相应的工作，并把采集到的数据及反馈信号送入主计算机。