黑体辐射实验
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思考题1.普朗克辐射定律、斯忒藩-波尔兹曼定律和维恩位移定律的物理意义。
2.本实验中用来替代一个标准黑体的是什么部件?其可以替代的原因是什么?3.在实验中如何来验证1中的三个定律?4.为了提高实验的精度,实施了哪些措施?5.该实验装置还可以测量其他物理量吗?实验步骤(一)开机1.接通电源前,认真检查接线是否正确。
2.狭缝的调整。
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。
3.确认各条信号线及电源线连接好后,按下电控箱上的电源按钮,仪器正式启动。
4.打开溴钨灯电源按钮。
(二)启动软件1.打开计算机。
2.启动软件点击“开始-程序-光谱仪-WGH-10型黑体实验装置”项,即可启动WGH-10型黑体实验装置软件。
进入系统后,首先弹出如图1的友好界面,等待用户单击鼠标或键盘上的任意键;图1当接收到鼠标、键盘信息或等待五秒钟后,马上显示工作界面,同时弹出一个对话框(如图2),让用户确认当前的波长位置是否有效、是否重新初始化。
如果选择“确定”,则确认当前的波长位置,不再进行初始化;如果选择“取消”,则进行初始化,波长位置回到800nm处。
图2完成上面几步,就可以在WGH-10软件平台上工作了 (工作界面如图3) 。
工作界面主要由菜单栏、主工具栏、辅工具栏、工作区、状态栏、参数设置区以及寄存器信息提示区等组成。
图3(三)测量1.去掉“传递函数”,“修正为黑体”前的两个复选框,调整电流到指定色温2940K所对应的电流,选择“单程”,开始扫描,得到一条曲线,选择“验证黑体辐射定律”/“计算传递函数”可以得到传递函数,以后扫描得到的有关能量曲线都应该用传递函数进行修正。
2.选择“传递函数”,“修正为黑体”前的两个复选框,然后调整电流到指定色温所对应的电流,选择“黑体”开始扫描,会要求输入色温,得到曲线后选择“验证黑体辐射定律”/“归一化”,然后选择“验证黑体辐射定律”/三个定律。
黑体辐射实验规律解释嘿,朋友们!今天咱来聊聊黑体辐射实验规律呀!这可不是什么高深莫测、遥不可及的东西哦。
你看啊,黑体就像是一个特别能吃的“大胃王”,啥光都能吞进去,而且还不挑食呢!然后呢,它再把这些光以特定的方式吐出来。
这就好比我们人吃饭,吃进去的是各种食物,经过身体的消化吸收,再以不同的形式表现出来,比如力气、精神啥的。
黑体辐射实验规律就像是这个“大胃王”吃东西和吐东西的规则。
我们通过研究它,就能知道它啥时候会吐出什么样的光来。
这多有意思呀!就好像我们知道了一个人的喜好和习惯,就能猜到他下一步会干啥一样。
想想看,如果我们不了解这些规律,那岂不是像在黑暗中摸索一样,啥都搞不清楚呀!那可不行,我们得把这神秘的面纱给揭开。
比如说,黑体辐射的能量不是均匀分布的哦,它有高峰有低谷,就像爬山一样,有陡峭的地方,也有平缓的地方。
这就好像我们的生活,有时候会遇到困难的高峰,有时候又会处于轻松的平缓阶段。
而且啊,不同温度下的黑体辐射也是不一样的呢!温度高的时候,它就像个热情似火的小伙子,释放出的光特别强烈;温度低的时候,它又像个安静的小姑娘,发出的光就比较柔和。
这多像我们人的情绪呀,高兴的时候活力满满,低落的时候就比较安静。
研究黑体辐射实验规律,就像是在探索一个未知的宝藏。
我们一点点地挖掘,一点点地发现其中的奥秘。
这可不是一件容易的事儿,但却是非常有意义的呀!它能让我们对光、对能量有更深刻的理解。
我们可以把这些规律运用到生活中的方方面面呢。
比如在设计照明灯具的时候,我们就可以根据黑体辐射规律来选择合适的灯泡,让光线更加舒适、自然。
在研究天文学的时候,也能通过天体的黑体辐射来了解它们的性质和状态。
总之,黑体辐射实验规律可不是什么高高在上、遥不可及的东西。
它就在我们身边,影响着我们的生活呢!我们要好好去探索它、理解它,让它为我们的生活带来更多的便利和惊喜呀!所以呀,大家可别小瞧了这黑体辐射实验规律哦,它真的很重要呢!。
五、数据记录与数据处理
测得不同光源色温下的三条黑体辐射曲线:
1.验证普朗克辐射定律。
(1)在光源色温为2860K的曲线上取波长为1264nm的一点,测得辐射度为2108.4W/mm2,理论值为2212.1 W/mm2。
相对误差为Δ相对=4.69%。
(2)在光源色温为2670K的曲线上取波长为1146nm的一点,测得辐射度为1733.1W/mm2,理论值为1737.4W/mm2。
相对误差为Δ相对=0.25%。
(3)在光源色温为2450K的曲线上取波长为1238nm的一点,测得辐射度为1131.3W/mm2,理论值为1132.6W/mm2。
相对误差为Δ相对=0.11%。
2.验证斯忒藩-波耳兹曼定律。
测量结果如图:
根据斯忒藩-波耳兹曼定律,一个黑体表面单位面积在单位时间内辐射出的总能量与黑体本身的热力学温度T的四次方成正比,其比例系数称为斯忒藩-波耳兹曼常数。
因此要验证斯忒藩-波耳兹曼定律,只需把测得的斯忒藩-波耳兹曼常数与公认值相比较。
由测量结果可以看出,光源色温为2450K的那组数据算得的结果很明显有问题。
舍去这组数据,重新计算测得的斯忒藩-波耳兹曼常数平均值为δ平均=5.5497×10-14W/(mm2K4),与公认值相比,相对误差为Δ相对=2.12%。
3.验证维恩位移定律。
测量结果如图:
根据维恩位移定律,黑体的温度与辐射本领最大值相对应的波长的乘积为一常数A。
为了验证维恩位移定律,只需把测得的常数A与公认值相比较。
从3组实验数据,计算得到A平均=2.836mm·K,与公认值的相对误差为Δ相对=2.07%。