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4.1普朗克黑体辐射理论基础导学要点一、黑体与黑体辐射（一）黑体与黑体辐射1．黑体：某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体．2．黑体辐射(1)定义：黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射．(2)黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．（二）黑体辐射的实验规律1．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加．2．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．要点二、能量子1．定义：组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子．2．表达式：ε＝hν.其中ν是带电微粒的振动频率，即带电微粒吸收或辐射电磁波的频率．h 称为普朗克常量．h＝6.626 070 15×10－34 J·s.3．能量的量子化：微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的．要点突破突破一：对黑体的理解1．对黑体的理解（1）黑体是一个理想化的物理模型，绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。
如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。
(2)黑体看上去不一定是黑的，有些可看成黑体的物体由于自身有较强的辐射，看起来还会很明亮．2．一般物体与黑体的比较(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值．(2)随着温度的升高①各种波长的辐射强度都有增加；②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，如图所示。
突破二：普朗克的量子化假设1．普朗克的量子化假设(1)能量子：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，例如可能是ε或2ε、3ε……当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的．这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
1-2 黑体辐射何谓黑体？一般的物体对外来的辐射，都有反射和吸收作用（假定透明度为零）. 若一个物体对外来的一切波长的辐射，在一切温度下都能够全部吸收而不发生反射，该物体称为绝对黑体，简称黑体. 事实上当然不存在绝对黑体，但有些物体可以近似地作为黑体来处理，比如，一束光一旦从狭缝射入空腔体内，就很难再通过该狭缝反射回来，那么，这个开着狭缝的空腔体就可以看作是黑体.所有的物体都能发射热辐射，而热辐射和光辐射一样，都是一定频率范围内的电磁波，在常温和低温下，物体一般辐射出不可见的红外线；而在高温下，会辐射可见光、紫外线. 黑体是一种物体，自然也应该辐射电磁波.【实验原理】历史上，很多物理学家都企图用经典理论解释黑体辐射规律.1859年基尔霍夫以实验证明了黑体与热辐射达到平衡时，单色辐射能量密度E(ν,T )随频率ν变化曲线的形状与位置只与黑体的绝对温度有关，而与腔体的形状及组成的材料物质无关.1877年玻尔兹曼由分子运动论认识到熵S 与几率的对数成正比. 他的方法是将能量E 划分为P 个相等的小份（叫能量元ε）, 这些能量元ε在N 个谐振子中可以按不同的比例分给单个谐振子. 若单个谐振子的平均能量：NP N E U ε==(1-2-1) 假设有W 种分配方案（也叫配容数），则：k S N =W l N (1-2-2) 配容数W 就是几率，k 为玻尔兹曼常量，2310346.1-⨯=k （J/K ），N 个谐振子系统的熵N S 是单个谐振子的熵的N 倍.1893年维恩从实验中发现了黑体辐射的位定律. 他假定辐射能量按频率的分布类似于麦克斯韦速度分布律，得到了现在称之为维恩公式的辐射公式()Taeb T λλλ--=5,R (1-2-3)式中R(λ,T )称为单色辐射度（旧称为单色发射本领），它表示在单位时间内，在黑体的单位面积上从λ到λ+d λ内，单位波长间隔内所辐射出的能量；T 表示绝对温度，a ，b 是两个任意常数，分别称为第一和第二辐射常数. 维恩公式只在短波段与实验结果相符合，在长波段则出现明显偏差.1895年普朗克正在德国柏林大学任理论物理教授，经常参加德国帝国技术物理研究所有关热辐射的讨论. 他认为维恩的推导不大令人信服. 于是从1897年起，投身于这个问题的研究. 普朗克把电磁理论用于热辐射和谐振子的相互作用，通过熵的计算，得到了维恩分布定律，从而使这个定律获得了普遍意义. 但他发现温度增高时，在长波方向，与实验结果仍有偏差，看来需作某些修正. 这时英国物理学家瑞利从另一途径也提出了能量分布定律.1900年6月，瑞利（后经金斯修改）发表了一篇论文，他根据经典电动力学和统计物理学推导而得单色辐射能量密度E(ν,T )由下式决定：ννπννd 8d ),E(23kT cT =(1-2-4) 即瑞利——金斯公式. 式中c 为光速，k 为玻尔兹曼常量，T 为热力学温度，ν为辐射频率. 此公式在低频部分与实验还算相符，但随频率增大与实验值的差距越来越大，当∞→ν时引起发散，这是当时有名的“紫外灾难”, 见图1-2-1.1900年12月14日普朗克在德国物理学会提出：电磁辐射的能量只能是量子化的. 他认为以频率ν作谐振动的振子其能量只能取某些分立值，在这些分立值决定的状态中，其对应的能量应该是某一最小能量的h ν整数倍, 即E=n h ν n=1,2,3,… 这最小的能量称为能量子，h 称为普朗克常量，341065.6⨯=h J ⋅s ，在此能量量子化的假定下，他推导出著名的普朗克公式：()1d 8d ,23-=kT he c h T E νννπνν (1-2-5) 因为 νλc= (1-2-6)λλνd d 2c=(1-2-7)将(1-2-6)和(1-2-7)代入(1-2-5)得1d 8d ),E(5-=kT hc e hc T λλλπλλ (1-2-8)即黑体辐射波长在(λλλd ,+)范围中单色辐射能量密度的分布公式，它与实验结果符合的很好. 普朗克提出的能量子假说具有划时代的意义，标志了量子物理学的诞生，因此获得了1918年诺贝尔物理学奖.考虑到单色辐射能密度E(λ,T )与单色辐射度R(λ,T )之间的关系：),R(4),E(T cT λλ=，(1-2-8)式还可写成如下形式： 1d 2d ),R(52-=kThcehc T λλλπλλ (1-2-9)图1-2-1 黑体辐射能量图 图1-2-2二维恩位移图普朗克公式经微分后可得维恩位移定律：Tk hcm λ=4.965 (1-2-10) 式中m λ为黑体辐射曲线的峰值对应的波长，T 为绝对黑体温度，其他各意义同上. 见图1-2-2，光谱亮度的最大值的波长与它的绝对温度成反比：T A m /=λ (1-2-11)A 为常数，A =2.8978310-⨯m ⋅k ，随温度的升高，绝对黑体光谱亮度的最大值的波长位置会向短波方向移动. 只要测出λ，就可求得黑体的温度，这为光测高温得供了另一种手段。
黑体辐射实验19世纪末，物理学晴朗的天空中飘着两朵乌云，其中之一被称为“紫外灾难”，即瑞利和金斯用经典的能量均分定理并不能完全解释热辐射现象。
1900年，普朗克提出金属空腔壁以与振子频率成正比的能量子为基本单元来吸收或发射能量，得到著名的普朗克公式，从理论上解释了黑体辐射频谱分布。
这一贡献引起物理学的一场革命，对量子理论的建立起到了重要作用。
本实验利用WGH ——10型黑体实验装置测量黑体的辐射能量曲线，从而验证普朗克公式，唯恩位移定律以及斯特藩——玻耳兹曼定律，并进一步研究黑体与一般发光体辐射强度的关系，学会测量一般发光光源的辐射能量曲线。
一、实验原理1、热辐射，黑体任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领。
辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布。
这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射。
为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体——黑体(black body)，以此作为热辐射研究的标准物体。
黑体的特点：1、热辐射与辐射体材料的具体性质无关。
2、黑体辐射仅与温度有关。
3、黑体是为理论研究方便假想出来的，世界上不存在真正的黑体。
2、描述热体辐射的几个物理量单色辐出度()T M λ：在单位时间内物体从表面单位面积上发射的波长界于λ和λd 之间的辐射电磁波能量λE d 则λE d 与λd 之比称为单色辐出度()T M λ 即()T M λ=λE d /λd （与辐射体的温度和辐射波长有关）。
（1）辐出度()T M ：在单位时间内物体从单位表面积上发射的所有各种波长的电磁波能量总和为辐出度()T M 即()()λλd M T M =T ⎰∞（1）2）单色吸收率()T λa ：当辐射从外界入射到物体表面时，被物体吸收的能量与入射总能量之比称为吸收率A ，其中波长在λ到λ+λd 之间的吸收率A d 与λd 之比为单色吸收率()T λa 即()λλd d a A=T （2）3、黑体辐射定律（1）斯特藩——玻耳兹曼定律此定律首先由斯特藩于1879年从实践数据的分析中发现。
黑体辐射特性测量一、实验目的1、通过实验验证维恩位移定律与斯特藩—玻尔兹曼定律2、学会使用黑体辐射实验的操作软件3、了解黑体辐射的发展二、实验仪器及用具WGH—10型红外光谱仪、稳压溴钨灯三、实验原理1、维恩位移定律由普朗克公式的极值定出黑体辐射能量的谱密度的峰位λM就得到维恩位移定律：λMT=b（b=2.898*10^(-3)mK）2、斯特藩—玻尔兹曼定律1879年，奥地利物理学家斯特藩根据实验结果总结出一条关于黑体辐射本领与温度之间关系的规律：黑体的总辐射能量与绝对温度的四次方成正比。
1884年玻尔兹曼根据电磁学和热力学的理论，导出这个关系，这就是斯特藩定律，可表述为：黑体辐射的总辐射本领R0与绝对温度T的四次方成正比，即：R0(T)=σT⁴四、实验方案及注意事项1、实验方案用WGH-10型外光谱仪记录福射体在80Onm——2500nm波段的相对辐射谱密度曲线，研究其辐射特性。
采用溴钨灯经过修正来代替黑体，结合实验软件提供的各遍度下绝对黑体的理论辐射谱密度曲线，验证普朗克辐射定律、斯特藩玻耳兹曼定律和维恩位移定律。
进行此验证时可使用实验软件提供的黑体理论辐射曲线作为验证对象，但要注意测得数据只具有相对意义。
软件中提供了归一化功能，该项功能的作用是将测得的数据曲线来以一一个系数，使谈曲线的峰值高度与理论曲线的峰值高度相同。
若实验数据符合理论值的话，归一化之后二者在定的波长范围内重合得较好。
在己知色温的电流下对溴钨灯的辐射谱进行扫描，扫描前选中“传递函数””修正为黑体”两项，对扫描所得的的数据进行归一化处理，使用软件中内置的功能取得该温皮下的理论黑体辐射请线，在若干个波长处(位置大致平均分布在曲线上:)算出实测值与理论值的相对误差δ=ΔE/E。
,然后计算平均相对误差。
根据平均相对误差的大小来确定实验结果是否支持普朗克辐射定律，由于实验仪器的精度限制，一般来来说平均相对误差在5%以内，即可认为实验结果支持普朗克辐射定律。
基尔霍夫热辐射定律基尔霍夫热辐射定律（Kirchhoff热辐射定律），德国物理学家古斯塔夫·基尔霍夫于1859年提出的传热学定律，它用于描述物体的发射率与吸收比之间的关系。
简介一般研究辐射时采用的黑体模型由于其吸收比等于1（α=1），而实际物体的吸收比则小于1（1>α>0）。
基尔霍夫热辐射定律则给出了实际物体的辐射出射度与吸收比之间的关系。
•M为实际物体的辐射出射度，M b为相同温度下黑体的辐射出射度。
而发射率ε的定义即为所以有ε=α。
所以，在热平衡条件下，物体对热辐射的吸收比恒等于同温度下的发射率。
而对于漫灰体，无论是否处在热平衡下，物体对热辐射的吸收比都恒等于同温度下的发射率。
不同层次的表达式对于定向的光谱，其基尔霍夫热辐射定律表达式为对于半球空间的光谱，其基尔霍夫热辐射定律表达式为对于全波段的半球空间，其基尔霍夫热辐射定律表达式为•θ为纬度角，φ为经度角，λ为光谱的波长，T为温度。
参考文献•杨世铭，陶文铨。
《传热学》。
北京：高等教育出版社，2006年：356-379。
•王以铭。
《量和单位规范用法辞典》。
上海：上海辞书出版社普朗克黑体辐射定律普朗克定律描述的黑体辐射在不同温度下的频谱物理学中，普朗克黑体辐射定律（也简称作普朗克定律或黑体辐射定律）（英文：Planck's law, Blackbody radiation law）是用于描述在任意温度T下，从一个黑体中发射的电磁辐射的辐射率与电磁辐射的频率的关系公式。
这里辐射率是频率的函数[1]：这个函数在hv=2.82kT时达到峰值[2]。
如果写成波长的函数，在单位立体角内的辐射率为[3]注意这两个函数具有不同的单位：第一个函数是描述单位频率间隔内的辐射率，而第二个则是单位波长间隔内的辐射率。
因而和并不等价。
它们之间存在有如下关系：通过单位频率间隔和单位波长间隔之间的关系，这两个函数可以相互转换：电磁波波长和频率的关系为[4]普朗克定律有时写做能量密度频谱的形式[5]：这是指单位频率在单位体积内的能量，单位是焦耳／（立方米·赫兹）。
式中：W0 为黑体总辐射通量密度，单位（W²cm-2）；σ为斯忒藩-玻耳兹曼常量，（σ=（5.6697±0.0029）³10-2W²cm-2²k-4）式（2-7）为斯忒藩-玻耳兹曼定律，即黑体总辐射通量密度随温度的增加而迅速增大，它与温度的四次方成正比。
因此，温度只要有微小变化，就会引起辐射通量密度很大的变化，在用红外装置测定温度时，就是根据此定律作为理论依据的。
从图 2-10 中可以看到黑体辐射均有个极大值，它所对应的波长λmax，若对（2-6）式的 Wλ（λ，T）求波长的偏微分，并求极值，即可得到λmax。
?W? (?，T) ? 0??经整理可得：λmax²T=b（2 - 8）式中：λmax 为辐射通量密度的峰值波长；b 为常数，b=2897.8±0.4（μm²k）。
（2-9）式称为维恩位移定律，它说明随着温度的升高，辐射最大值对应的峰值波长向短波方向移动，表 2-4 给出不同温度时λmax 的数值。
表 2-4 不同温度时黑体辐射的峰值波长T(K) 273 300 310 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000λ maxμm 10.61 9.66 9.34 2.90 1.45 0.97 0.72 0.58 0.48 0.41上述讨论的是黑体辐射，自然界一般物体不是黑体，但在某一确定温度T 时，物体最强辐射所对应的波长λmax，也可以用维恩位移公式计算出近似值。
如：人体表面平均温度为37°（即 310K），其发射到空间的电磁辐射的峰值波长为外波段。
9.34即人体辐射的峰值波长位于热红二、地物的发射光谱特性任何地物当温度高于绝对温度OK 时，组成物质的原子、分子等微粒，在不停地做热运动，都有向周围空间辐射红外线和微波的能力。
通常地物发射电磁辐射的能力是以发射率作为衡量标准。
地物的发射率是以黑体辐射作为基准。
⿊体辐射式中：W0 为⿊体总辐射通量密度，单位（W2cm-2）；σ为斯忒藩-玻⽿兹曼常量，（σ=（5.6697±0.0029）310-2W2cm-22k-4）式（2-7）为斯忒藩-玻⽿兹曼定律，即⿊体总辐射通量密度随温度的增加⽽迅速增⼤，它与温度的四次⽅成正⽐。
因此，温度只要有微⼩变化，就会引起辐射通量密度很⼤的变化，在⽤红外装置测定温度时，就是根据此定律作为理论依据的。
从图 2-10 中可以看到⿊体辐射均有个极⼤值，它所对应的波长λmax，若对（2-6）式的 Wλ（λ，T）求波长的偏微分，并求极值，即可得到λmax。
W (，T) ? 0经整理可得：λmax2T=b（2 - 8）式中：λmax 为辐射通量密度的峰值波长；b 为常数，b=2897.8±0.4（µm2k）。
（2-9）式称为维恩位移定律，它说明随着温度的升⾼，辐射最⼤值对应的峰值波长向短波⽅向移动，表 2-4 给出不同温度时λmax 的数值。
表 2-4 不同温度时⿊体辐射的峰值波长T(K) 273 300 310 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000λ maxµm 10.61 9.66 9.34 2.90 1.45 0.97 0.72 0.58 0.48 0.41上述讨论的是⿊体辐射，⾃然界⼀般物体不是⿊体，但在某⼀确定温度T 时，物体最强辐射所对应的波长λmax，也可以⽤维恩位移公式计算出近似值。
如：⼈体表⾯平均温度为37°（即 310K），其发射到空间的电磁辐射的峰值波长为外波段。
9.34即⼈体辐射的峰值波长位于热红⼆、地物的发射光谱特性任何地物当温度⾼于绝对温度OK 时，组成物质的原⼦、分⼦等微粒，在不停地做热运动，都有向周围空间辐射红外线和微波的能⼒。
通常地物发射电磁辐射的能⼒是以发射率作为衡量标准。
地物的发射率是以⿊体辐射作为基准。
因此，在介绍地物发射光谱特性之前，先介绍有关的⿊体辐射及电磁辐射的物理量。
黑体辐射实验19世纪末，物理学晴朗的天空中飘着两朵乌云，其中之一被称为“紫外灾难”，即瑞利和金斯用经典的能量均分定理并不能完全解释热辐射现象。
1900年，普朗克提出金属空腔壁以与振子频率成正比的能量子为基本单元来吸收或发射能量，得到著名的普朗克公式，从理论上解释了黑体辐射频谱分布。
这一贡献引起物理学的一场革命，对量子理论的建立起到了重要作用。
本实验利用WGH ——10型黑体实验装置测量黑体的辐射能量曲线，从而验证普朗克公式，唯恩位移定律以及斯特藩——玻耳兹曼定律，并进一步研究黑体与一般发光体辐射强度的关系，学会测量一般发光光源的辐射能量曲线。
一、实验原理1、热辐射，黑体任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领。
辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布。
这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射。
为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体——黑体(black body)，以此作为热辐射研究的标准物体。
黑体的特点：1、热辐射与辐射体材料的具体性质无关。
2、黑体辐射仅与温度有关。
3、黑体是为理论研究方便假想出来的，世界上不存在真正的黑体。
2、描述热体辐射的几个物理量单色辐出度()T M λ：在单位时间内物体从表面单位面积上发射的波长界于λ和λd 之间的辐射电磁波能量λE d 则λE d 与λd 之比称为单色辐出度()T M λ 即()T M λ=λE d /λd （与辐射体的温度和辐射波长有关）。
（1）辐出度()T M ：在单位时间内物体从单位表面积上发射的所有各种波长的电磁波能量总和为辐出度()T M 即()()λλd M T M =T ⎰∞（1）2）单色吸收率()T λa ：当辐射从外界入射到物体表面时，被物体吸收的能量与入射总能量之比称为吸收率A ，其中波长在λ到λ+λd 之间的吸收率A d 与λd 之比为单色吸收率()T λa 即()λλd d a A=T （2）3、黑体辐射定律（1）斯特藩——玻耳兹曼定律此定律首先由斯特藩于1879年从实践数据的分析中发现。
五年以后，1894年玻耳兹曼从热力学理论也得出同样的结果。
定律的内容为：黑体的辐出度与黑体的热力学温度的四次方成正比，即()()4000T =T M =T M ⎰∞σλλd （3）这就是斯特藩——玻耳兹曼定律，式中σ叫做斯特藩——玻耳兹曼常量，其值为42810670.5---⋅⋅⨯km W 。
（2）维恩位移定律图-1 黑体单色辐出度)(0T M λ的实验曲线从图-1可以看到，随着黑体温度的升高，每一条曲线的峰值波长m λ随1-T 成正比例的减小。
维恩于1893年用热力学理论找到T 与m λ之间的关系为b m =T λ （4）式中b 为常量，其值为k m ⋅⨯-310898.2。
上式表明，当黑体的热力学温度升高时， 在()λλ-T M 0的曲线上，与单色辐出度()T M λ0的峰值相对应的波长m λ向短波方向移动，这称为维恩位移定律。
（3）黑体辐射公式1900年德国物理学家普朗克提出了量子假设，并用经典的玻耳兹曼统计替代能量均分定理，求出了一维谐振子的平均能量，从而得到在单位时间内，从温度为T 的黑体单位面积上，频率在ννd →范围内的辐射的能量为：()3221h k h d d c e ννπνννT M T =⋅- （5） 这就是著名的普朗克黑体辐射公式，其中s J h ⋅⨯=-341063.6普朗克黑体辐射公式还可以写成()12520-⋅=T M Tλλλλπλk hc ed hc d 即()112520-⋅=T M T λλλπk hce hc（6）令212hc c π=，为第一辐射常数；k hc c /2=，为第二辐射常数。
对-6式中λ求导且令为0，得011152522541222=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅T +⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅T T T λλλλλλλc c c ec e e c即2552c ec -T T =Tλλλ，由此式可解出k m ⋅⨯=T -3108976.2λ。
因此，()T M λ0有极值存在，容易推出该极值为最大值，记为m λ，即k m m ⋅⨯=T -3108976.2λ，此即为维恩位移定律。
若将普朗克公式带入辐出度的表达式中，即可得出斯特藩——玻耳兹曼公式： ()()4000T =T M =T M ⎰∞σλλd （7）三、实验装置WGH——10型黑体实验装置专门用于进行黑体辐射能量的测量和任意发射光源的辐射能量的测量。
可以记录出发光源的能量曲线。
在实验时，通过改变光源的温度，分别进行扫描，可以从记录的光谱辐射曲线直接看到维恩位移现象，并能够对普朗克定律，斯特藩——波耳兹曼定律进行精确的验证。
该实验装置所配的光源是溴钨灯，溴钨灯的谱线大致类似于黑体，但是由于溴钨灯的发射系数不是1，所以需要进行修正。
软件可以对不同温度下溴钨灯的曲线进行发射系数 (仅限与溴钨灯)的修正。
该实验装置还可以作为光谱区间在800——2500nm范围的光栅光谱仪使用，进行其他实验。
WGH——10型黑体实验装置，由光栅单色仪、接受单元、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、计算机组成。
该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术与一体。
图-2为装置各部分的连线图。
图-2 WGH—10型黑体实验装置主机（光谱仪）有以下几部分组成：单色器、狭缝、接收单元、光学系统以及光栅驱动系统等。
1、狭缝狭缝为直狭缝，宽度范围0—2.5mm连续可调，顺时针旋转为狭缝宽度加大，反之为减小。
每旋转一周狭缝宽度变化0.5mm。
为延长使用寿命，调节时应注意最大不超过2.5mm，平时不使用时，狭缝最好开到0.1-0.5mm左右。
在做本实验时，出缝和入缝要开到相同的宽度不要太大，以防止基线饱和。
为去除光栅光谱仪的高阶次光谱，在使用过程中，操作者可根据需要把备用的滤光片插入入缝插板上。
2、仪器的光学系统光学系统采用C—T型，如图-3：图-3 光学原理图M1反射镜、M2准光镜、M3物镜、M4反射镜、M5深椭球镜、G平行衍射光栅、S1入射狭缝、S2，S3出射狭缝、T调制器D接收器光源发出的光束进入入射狭缝S1，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成像在S2上。
经M4，M5会聚在光电接收器D上。
3、仪器的机械转动系统仪器采用丝杠由步进电机通过同步驱动，绕光栅台中心回转，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”，如图-4。
图5 光栅转台图-4光栅转动平台4、溴钨灯光源标准黑体应是黑体实验的主要设置，但购置一标准黑体价格太高，所以本实验装置采用稳压溴钨灯作光源。
溴钨灯的灯丝用钨丝制成。
钨是难熔金属，熔点较高。
而且，其光谱中可见光只占较少部分，大量的是看不见的红外光。
钨丝灯是一种选择性的辐射体，它产生的光谱是连续的总辐射本领T R 可由下式表示4T R T T σε=式中T ε为温度T 时的总辐射系数，在给定温度下，钨丝灯辐射强度与绝对黑体的辐射强度之比为：TT T =E R ε或()BT e -T -=1ε（B 为常数41047.1-⨯）出厂时将给配套用的钨灯光源一套标准的工作电流与色温度对应关系的资料。
溴钨灯工作电流——色温对应表-15、接收器用PbS 为光信号接收器。
PbS 在Hz 50范围内的相对输出大而在高频段很小。
从单色仪出缝射出的单色光信号频率过高，所以要调制成50HZ 的频率信号才被PbS 接收。
（PbS 的具体性质请看附录）该器件可在高温，潮湿条件下工作且性能稳定可靠。
对于PbS 光电导体，在弱光照下，光电流Ip 与照度E 具有良好的线性关系，在强光下则为非线性关系，在弱光照下有Ip=SgEU （Sg 为光点灵敏度，U 为光敏电阻两端所加的电压）。
因此，为保持光信号接收器PbS 在线性范围内工作，不要将狭缝开得太大。
四、实验内容及步骤本实验研究的内容为：①验证斯特藩玻尔兹曼定律；②普朗辐射定律；③维恩位移定律；④研究黑体和一般发光体辐射强度的关系。
1、打开系统（1）检查线路正确后，合上220V 的总电源，先后打开溴钨灯电源和电控箱电源。
（2）打开计算机，点击黑体图标，打开黑体界面。
（3）预热20分钟后，即可开始实验。
2、基线和传递函数的建立任何型号的光谱仪在记录辐射光源的能量时都受光谱仪的各种光学元件，接收器件在不同波长处的响应系数影响，习惯称之为传递函数。
在做实验之前，必须扣除其影响。
在软件内存储了一条该标准光源在2940K时的能量线。
（1）选择工作模式为“基线”，调节狭缝宽度和增益大小使最大值不超过饱和值4096，否则谱线将失真。
（2）将溴钨灯电源电流调至2.5A，对应温度为2940K。
（3）进行单程扫描。
在此之前，右上角“修正为黑体”和“传递函数”均不选。
（4）待扫描完毕，计算传递函数，系统将自动保存。
3、验证斯特藩玻尔兹曼定律，普朗克公式及维恩位移定律（1）选择工作模式为“能量”，右上角“修正为黑体”和“传递函数”均选中。
（2）调好你要的温度所对应的电流，输入温度。
（3）进行扫描，系统将扫出此温度对应的黑体能量谱线（4）待扫描完毕，通过归一化使谱线与理论谱线起点一致。
（5）然后陆续研究三个定律。
（6）之后可调节电流测不同温度下的谱线并观察其随温度的变化情况。
4、关闭系统先检索波长到800nm之处，使机械系统受力最小，然后关闭应用软件，最后按下电控箱电源关闭仪器电源。
五、思考题1、本实验的波长范围是800——2500nm，为什么选择在这个范围，它与哪些因素有关？２、为什么在验证斯特番波尔兹曼定律与普朗克公式之前要归一化？３、当传递函数建立之后，开始扫出的谱线比较光滑，过一段时间，谱线会变得很不光滑，与理论谱线相差较远，但若重新建立传递函数，效果就会好很多，为什么？参考文献1. 王少杰，顾牡，毛俊健.大学物理学（第二版）.同济大学出版社出版，20022. 章志鸣 ,沈元华, 陈惠芬.光学（第二版）.高等教育出版社，20003. 陆果.基础物理学教程（下卷）.高等教育出版社，1998。
