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《热辐射》教学设计【教学目标】科学概念目标：来。
2.知道热辐射是一种热传递的方式。
3.认识不同颜色的物体吸收太阳光的能力不同。
科学探究目标：能基于所学知识，制定较完整的探究计划，初步具备控制变量的意识，并能设计单一变量的实验方案。
科学态度目标：1.能从不同视角提出研究思路，采用新的方法完成探究.2在进行多人合作时，愿意沟通交流，综合考虑小组各成员的意见，形成集体的观点。
科学、技术、社会与环境目标：了解人类的好奇和社会的需求是科学技术发展的动力，科学技术的发展和应用影响着社会发展。
【教学重点】认识不同颜色的物体吸收太阳光的能力不同。
【教学难点】根据假设做简单的验证性实验。
【器材准备】教师准备：教学课件、真空罩、真空泵、抽气管、温度传感器、“小太阳”、黑白颜色手套、铁架台、热辐射吸收实验器支架、带探针的温度传感器、黑白金属套筒、数字实验软件、白炽灯、深浅色灯罩、计时器等。
学生准备：中性笔。
【教学过程】一、谈话导入新课谈话：师：夏天到了，站在烈日下，你有什么感觉?预设生：很热。
师：那太阳的热是如何传递到地球上的?前面我们已经学习了热的两种传递方式，热传导和热对流。
那太阳的热向地球传递时，是通过什么方式呢?是通过热传导吗?太阳和地球有没有接触?预设生：没有师：太阳和地球并没有接触，不可能是热传导。
是通过热对流吗?太空中有没有空气和水?预设生：没有。
师：太空中没有空气和水，肯定不能是热对流。
是否存在另一种传递热的方式呢?今天就让我们一起来探究第三种热的传递方式：热辐射。
板书：热辐射师：热辐射的传递有什么特点呢?师：我们在地球的各个地方都能感受到太阳的热。
请同学们大胆的推测一下，热辐射的传递方向是怎样的?预设生：向四面八方传递。
(真是一个敢想敢说的孩子，请坐)师：太阳的热可以向周围发射。
板书：向周围发射师：太阳与地球之间有很大一段距离是没有任何物质的，是真空的状态。
热可以在真空中传递仅是我们的猜测，如何通过实验来证明呢?今天老师要创设一个真空的环境，来模拟热是否可以在真空中传递。
第一章I-DEAS Master Series（主模块系列）介绍1-1 概述在这一章中，你将进入I-DEAS Master Series实体建模世界。
在这里你将学习：（1）I-DEAS TMG热分析模块及其功能；（2）联接主机、进入I-DEAS TM和创建“Project”（项目）及“Model file”（模型文件）；（3）使用鼠标和键盘与软件交流；（4）创建和处理几何图形，在不同的视角和方向上显示你的零件；（5）保存模型文件，退出I-DEAS。
1-2 I-DEAS Master Series能干什么？I-DEAS是Integrated Design, Engineering and Analysis Software的缩写，即集成的设计、工3程及分析软件。
I-DEAS是共享同一主模型（Master Model）的一组应用模块的集合。
主模型是与各应用模块密切相关的三维实体模型。
主模型（Master Model）：❑在“Design”（设计）模块中被创建。
❑在“Drafting”（绘图）模块中被标注。
❑在“Simulation”（仿真）模块中被分析。
❑在“Manufacturing”（制造）模块中被加工。
每一个“application”（应用）都与主模型（Master Model）有一致的接口。
1-3 I-DEAS TMG模块简介I-DEAS TMG是一个全面的传热仿真程序，它能提供快速精确的方法求解复杂的传热问题。
❑ TMG与I-DEAS Master Series融为一体。
❑模型建立在设计的几何图形上，因而处于底层的零件的变化将在热模型中得到反映。
❑有大量的工具用于创建、检查和求解热模型。
1-4 什么是I-DEAS TMG？I-DEAS TMG使用先进的有限差分技术对热模型进行高效的数值求解。
TMG可以模拟：❑非线性和瞬态问题。
❑辐射和传导。
❑流体流动、相变和自由、受迫对流。
❑卫星轨道和太阳加热。
研究热辐射的热辐射系数测量实验引言：热辐射是一种重要的能量传递形式，它是物体由于温度差异而发出的电磁辐射。
了解热辐射的性质和行为对于各个领域的应用具有重要意义，如工业生产中的热能利用，能源的开发利用以及环境保护等。
本文将详细介绍研究热辐射的热辐射系数测量实验的定律、实验准备和过程，以及该实验的应用和其他专业性角度的讨论。
一、定律：在进行热辐射系数测量实验之前，我们首先需要了解一些相关的物理定律。
其中主要包括斯特藩-玻尔兹曼定律、普朗克定律和维恩位移定律。
1. 斯特藩-玻尔兹曼定律：斯特藩-玻尔兹曼定律描述了黑体辐射功率密度与其绝对温度之间的关系。
它可以用公式P = εσAT^4来表示，其中P是黑体的辐射功率密度，ε是黑体的发射率，σ是斯特藩-玻尔兹曼常数，A是黑体的表面积，T是黑体的绝对温度。
2. 普朗克定律：普朗克定律描述了黑体辐射的光谱能量密度分布与其频率之间的关系。
它可以用公式B(v,T) = (12πhv^3)/(c^2 (exp(hv/kT) - 1))来表示，其中B(v,T)是黑体的辐射能量密度，h是普朗克常数，v是辐射的频率，c是光速，k是玻尔兹曼常数，T是黑体的绝对温度。
3. 维恩位移定律：维恩位移定律描述了黑体辐射峰值波长与其绝对温度之间的关系。
它可以用公式λ_max = b/T来表示，其中λ_max是黑体辐射的峰值波长，b是维恩位移常数，T是黑体的绝对温度。
二、实验准备：在进行热辐射系数测量实验之前，我们需要准备一些实验设备和材料，如黑体辐射源、辐射计、温度计、光谱仪等。
具体的实验步骤如下：1. 准备黑体辐射源：选择一个具有较高辐射能力和辐射稳定性的黑体辐射源，如石英灯丝或红外辐射灯。
2. 准备辐射计：选择一个高灵敏度的辐射计，如热电堆或辐射导率计，以测量黑体辐射的功率密度。
3. 准备温度计：选择一个精确测量温度的温度计，如热电阻或热电偶，在实验过程中用于测量黑体的温度。
4. 准备光谱仪：选择一个高分辨率的光谱仪，如分光光度计或光电倍增管，用于测量黑体辐射的光谱能量密度分布。
热辐射分析6.1热辐射的定义热辐射是一种通过电磁波传递热能的方式。
电磁波以光的速度进行传递，而能量传递与辐射物体之间的介质无关。
热辐射只在电磁波的频谱中占小部分的带宽。
由于辐射产生的热流与物体表面的绝对温度的四次方成正比，因此热辐射有限元分析是高度非线性的。
物体表面的辐射遵循Stefan-Boltzmann定律：式中：—物体表面的绝对温度；—Stefan-Boltzmann常数，英制为0.119×10-10 BTU/hr-in-R，公制为5.67×10-86.2基本概念下面是对辐射分析中用到的一些术语的定义：黑体黑体被定义为在任意温度下，吸收并发射最大的辐射能的物体；通常的物体为―灰体‖，即ε< 1；在某些情况下，辐射率（黑度）随温度变化；辐射率（黑度）物体表面的辐射率（黑度）定义为物体表面辐射的热量与黑体在同一表面辐射热量之比。
式中：－辐射率（黑度）－物体表面辐射热量－黑体在同一表面辐射热量形状系数形状系数用于计算两个面之间的辐射热交换，在ANSYS中，可以用隐藏/非隐藏的方法计算2维和三维问题，或者用半立方的方法来计算3维问题。
表面I与表面J之间的形状系数为：形状系数是关于表面面积、面的取向及面间距离的函数；由于能量守恒，所以：根据相互原理：由辐射矩阵计算的形状系数为：式中：－单元法向与单元I,J连线的角度－单元I,J重心的距离有限单元模型的表面被处理为单元面积dA I及dA J，然后进行数字积分。
辐射对在辐射问题中，辐射对由一些相互之间存在辐射的面组成，可以是开放的或是闭合的。
在ANSYS中，可以定义多个辐射对，它们相互之间也可以存在辐射ANSYS使用辐射对来计算一个辐射对中各面间的形状系数；每一个开放的辐射对都可以定义自己的环境温度，或是向周围环境辐射的空间节点。
Radiosity求解器当所有面上的温度已知时，Radiosity求解器方法通过计算每一个面上的辐射热流来得到辐射体之间的热交换。
