黑体测量实验
【实验目的】1、理解和掌握黑体辐射的基本规律，加深对能量量子性的理解；
2、验证斯忒藩—波尔兹曼定律；
3、验证维恩—位移定律。

【实验仪器】
WGH-10型黑体实验装置
【实验原理】
1、黑体辐射
任何物体，只要其温度在绝对零度以上，就向周围发射辐射，这称为温度辐射。

黑体是一种完全的温度辐射体，即任何非黑体所发射的辐射通量都小于同温度下的黑体发射的辐射通量；并且非黑体的辐射能力不仅与温度有关，而且与表面的材料性质有关。

而黑体的辐射能力则仅与温度有关。

黑体的辐射亮度在各个方向都相同，即黑体是一个完全的余弦辐射体。

辐射能力小于黑体，但辐射的光谱分布与黑体相同的温度辐射体称为灰体。

2、黑体辐射定律
（1）黑体辐射的光谱分布—普朗克辐射定律 黑体的光谱辐射出射度为：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=1251
T C T e
C M λλλ
式中：第一辐射常数：2161m w 1074.3⋅⨯=-C
第二辐射常数：K w 104396.122⋅⨯=-C
（2）黑体的全辐射出射度—忒藩—波尔兹曼定律
黑体的全辐射出射度为：
40
T d M M T b δλλ⎰∞
==
T 为黑体的绝对温度，δ为 忒藩—波尔兹曼常数，
()
428234
5K m w/10670.5152⋅⨯==-c h k πδ
k 为波尔兹曼常数，h 为普朗克常数，c 为光速。

（3）维恩—位移定律
光谱亮度的最大值的波长λmax 与它的绝对温度T 成反比，
T
b =max λ b 为常数，K m 10896.23⋅⨯=-b
【实验步骤】
1、将WGH-10型黑体实验装置电源的电压凋节旋钮凋节至最小值，然后打开电源和接收器的电源，过1~2分钟后，可以打开桌面上WGH-10型黑体实验系统的软件。

2、根据溴钨灯工作电流--色温对应表，凋节光源的驱动电流（不能超过
2.5A ！）。

3、实验中要测量两个温度下的黑体
辐射曲线。

学生可任意测两个温度（不
要高过2940K ，即不能使光源的驱动电
流超过2.5A ）下的黑体辐射曲线。

过高
的温度，对溴钨灯的工作寿命有很大的
影响，建议测量在2.5A 以下进行。

4、以驱动电流为2.5A ，对应溴钨灯（近
似为黑体）的色温为2940K 为例。

先测
量一组仪器的基线，参数设置如图所示
传递函数和修正为黑体均不要打勾，然后点击‘单程’按钮，开始测量基线；完毕后，在验证黑体辐射定律菜单里面选择计算传递函数，覆盖原来的传递函数，选择当前寄存器的值。

5、换为寄存器-2，将工作方式中的模式仍保持为基线（E ）, 传递函数和修正为黑体均要打勾（否则会加入仪器的测量误差和修正为黑体时的发射率ε），点击‘黑体’按钮，输入色温（应该和刚才基线的色温一致）进行测量。

6、在验证黑体辐射定律菜单里面选择归一化，得到一条近似的黑体辐射度出射度—波长曲线。

7、改变光源驱动电流，调节温度，重复步骤4~6测得另一温度下的一条近似的黑体辐射度出射度—波长曲线，每次改变温度以后，都要重新测量一组基线。

8、然后在验证黑体辐射定律菜单里面选择斯忒藩—波尔兹曼定律。

并选择两组不同温度下的黑体辐射曲线所存放的寄存器。

通过比较不同温度下测量的δ值与理论δ值的差别，验证斯忒藩—波尔兹曼定律：4T M b δ=
9、在验证黑体辐射定律菜单里面选择维恩—位移定律。

并选择两组不同温
度下的黑体辐射曲线所存放的寄存器。

通过比较测量的A(b)值与理论A(b)值的差别，验证维恩—位移定律：b T m =λ
如果结果不理想可以手动选择最大波长m λ，然后再验证维恩—位移定律。

【实验要求】
1、做出两组不同温度下的黑体辐射出射度—波长曲线。

2、验证斯忒藩—波尔兹曼定律：4T M b δ=，记录不同色温下的数据，算出相对误差%100⨯-=理论理论
δδδr E 。

3、维恩—位移定律：b T m =λ，记录不同色温下的数据，算出相对误差%100⨯-=理论理论
b b b E r 。

4、给出实验结论。

【注意事项】
1、仪器开机前，需要把光源的电流调节到最小，关机前也应该把电流调至最小再关机；由于溴钨灯比较娇贵，使用时，务必慢慢改变电流，且一定不能让最大电流超过2.5A 。

2、仪器开机稳定后，就可以使用软件。

3、狭缝位置（0.100mm 保证测量的峰值不超过量程）已经调好，不要动它。

USB 线也已经插好，不要动它。