红外物理与技术参考答案-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN习题参考答案以下为各章习题解析要点：第1章1-2（1）太阳七色光的热效应；绝对零度。

（2）是很大的数值，不能直接测量；测得的频率数值精度通常比测得的波长数值精度低。

（3）0.75~1000μm；10。

（4）8~12μm或8~14μm；3~5μm。

（5）局部充血，皮温上升。

（6）电阻值；热点。

1-3 红外辐射的波长范围是0.75~1000μm，跨过大约10个倍频程，根据红外辐射在地球大气层中的传输特性，把整个红外辐射光谱区按波长分为四个波段：近红外波段（波长0.75~3μm）；中红外波段（波长3~6μm）；远红外波段（波长6~15μm）；极远红外波段（波长15~1000μm）。

1-4 红外辐射既具有与可见光相似的特性，如反射、折射、干涉、衍射和偏振，又具有粒子性，即它可以以光量子的形式被发射和吸收。

同可见光相比，同时具有独有特性：（1）必须用对红外辐射敏感的红外探测器才能探测到；（2）红外辐射的光量子能量比可见光的小；（3）红外辐射的热效应比可见光要强得多；（4）红外光谱区比可见光谱区含有更丰富的内容；（5）红外辐射更容易被物质所吸收。

1-5 红外物理与红外技术所研究的内容不同，它们是相互联系、相互依存、相互融合的，二者之间的关系既紧密联系又相互区别。

1-6 如：红外制导；红外夜视；红外通信；红外预警；隐身藏匿武器探测；红外对抗等。

1-7 如：红外测温；红外遥控；红外医疗；红外遥感；红外辐射加热；红外光谱技术；红外故障诊断；红外灾害观测；建筑物检测等。

第2章2-1 辐射能: 以电磁波的形式发射、传输或接收的能量，用Q 表示，单位是J ；辐射强度：描述点辐射源的辐射功率在空间不同方向上的分布特性； 辐射照度：指被照表面的单位面积上接收到的辐射功率，用E 表示； 光子辐射强度：光源在给定方向上的单位立体角内所发射的光子通量，用p I 表示；光子辐射照度：指被照表面上某一点附近，单位面积上接收到的光子通量，用p E 表示。

2-2（1）扩展源辐射特性；辐射功率；M 。

（2）扩展源；源表面；面密度。

（3）扩展源辐射特；单位投影面积；单位立体角；L 。

2-3 解： ()sr 01.05.00025.022==∆≈∆l S Ω (W)025.001.05.2=⨯=∆=∆ΩI P2-4 解：辐射功率P 与辐射通量Φ混用。

辐射强度对整个发射立体角Ω的积分，即P d I ΩΩ=⎰对于各向同性的辐射源，I 等于常数，则得2P I π=，得W/sr 102==πPI 。

2-5 解：（1）灯正下方照度：2210016.8cd/m 2.44I E d === （2）房屋一角照度：AB 2.931m == 2222m 5466.14AC AB BC =+=6401.0BCACcos ==θ 则： 22100cos 0.64018 4.4cd/m 14.5466I E d θ==⨯= 2-6 解： 位置（1）：21l A Ωd =∆，1cos cos()12πθ==，2111cos lA LA A ΩL P s d s =∆=∆θ 位置（2）：22l A Ωd =∆，21cos cos cos l l θθθ==，θθcos 1cos 2222l A LA A ΩL P s d s =∆=∆ 位置（3）：23cos l A Ωd θ=∆，31cos cos cos l l θθθ==，2333cos l A LA A ΩL P s d s =∆=∆θ 位置（4）：224)(cos l A Ωd θ=∆，41cos cos cos l l θθθ==，θθcos cos 2444l A LA A ΩL P s d s =∆=∆ 位置（5）：225)(cos l A Ωd θ=∆，51cos cos cos l l θθθ==，22555)(cos cos θθlA LA A ΩL P s d s =∆=∆ 2-7 解： 2,4vv R RE A R A Φπ==太阳向全空间发出的光通量:24v v R E Φπ=太阳的光亮度:2cos r L A ννΦΩθ∂=∂∂由于各向同性，且cos 1θ=，2224()4444v v v v r R E E R L A r rΦπππππ===⋅，则： )(cd/m 1065.3107.0105.1410428291122⨯≈⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛=ππr R E L vv如果只考虑太阳的可见光部分，可以估算其辐射亮度。

太阳辐射的峰值在可见光区，可见光区的中心大约在波长0.58微米处，87.0μm)58.0(=V 。

假设在可见光区,光谱光视效率的平均值 87.0=V ，VL K L m v =，lm/W 683=m K ，则有：8523.6510 6.110(W/sr m )6850.87V m L L K V ⨯==≈⨯⋅⨯ 2-8 解：（1）光源置于桌子上方2.00m 时。

辐射照度:290(lx)IE d == 发光强度：2360(cd)I Ed ==（2）当把光源置于桌子上方3.00m 时。

桌子中心的照度：236040(lx)9I E d === 桌子边缘距光源的距离229110(m )d =+=，则cos 0.948θ=≈，可得：2cos 34.153(lx)IE d θ== 2-9 解：根据题意，辐射源被认为是扩展源。

光学系统接收的辐射功率为:222(/2)(/2)s s D P AM d D =+2222(/2)4(/2)s s D D M d D π=⨯⨯+ 224220.30.311040.31800π⨯=⨯⨯⨯+ 51.96310W -=⨯2-10 解：设在B 点处的接收面积为B ，通过的辐射通量为：θθθθcos )cos /(cos cos 2A dB LΩA L p =∆= 在B 点的辐照度为:42(cos )P L AE B d θ==把B 点所在平面按逆时针方向旋转，辐照度先增大后减小。

2-11 证明：圆盘目标的辐射照度为2sI P l ρ=，等效辐射出射度为s M I ρ=,进而将圆盘目标视为扩展源，则系统接收目标反射的辐射功率为:22220012244s D R D I R P M l l R lππρ=≈+ 2-12 解：朗伯辐射面在距中心l 处的辐通量：2ΔΩΔS=L 44R P L ππ=⨯⨯辐照度为:222221644()()P L R LR E A R l R l πππ===++2-13 证明：因为ΔP I Ω=，且⎰--=-==∆=∆R Rl l d d r S Ω0222)1(2)cos 1(2sin πθπϕθθ，所以：ΔΩ=2π(1P I I =-2-14 解：设在距A 为x 的点处两点辐射源产生辐射照度相等，由电辐射源辐射强度与辐射照度之间关系式211cos xI E θ=和222)(cos x l I E -=θ可知，当21E E =时，有：x =第3章3-1（1）热辐射：物体由于具有温度而辐射电磁波的现象，是自然界中普遍存在的现象，它不依赖任何外界条件而进行。

（2）辐射效率：辐射源发射的辐射通量（功率）与消耗功率之比。

（3）辐射对比度：指目标和背景辐射出射度之差与背景辐射出射度之比。

（4）灰体：物体在任何温度下所有各波长的辐射强度与绝对黑体相应波长的辐射强度比值不变。

3-2（1）化学发光；光致发光；电致发光；热辐射。

（2）紫外光；可见光；红外光；毫米波。

（3）其温度的4次方；其绝对温度的3次方。

（4）黑体；灰体；朗伯体。

3-3黑体（或绝对黑体）是指在任何温度下都能够全部吸收任何波长入射辐射的物体。

黑体辐射的规律包括：（1）黑体的光谱辐射出射度随波长连续变化，且每条曲线只有一个极大值，极大值的连线近似一条直线；（2）光谱辐射出射度曲线随黑体温度的升髙而整体提髙；（3）每条光谱辐射出射度曲线彼此不相交，故温度越高，在所有波长上的光谱辐射出射度也越大；（4）随着温度的升高，黑体的辐射中包含的短波成分所占比例在增大；（5）黑体的辐射只与黑体的绝对温度有关。

3-4物体的发射率（也称为比辐射率）是指该物体在指定温度T时的辐射量与同温度黑体相应辐射量的比值。

该值越大，表明该物体的辐射与黑体辐射越接近。

其规律包括：（1）不同类物体的发射率不同；（2）金属的发射率较低，但它随温度的升高而增高，且当表面形成氧化层时，可以成10倍或更大倍数地增高；（3）非金属的发射率较高，一般大于0.8，且随温度的增加而降低；（4）金属及其它非透明材料的辐射，一般发生在表面几微米内，因此发射率是表面状态的函数，而与尺寸无关；（5）介质的光谱发射率随波长的变化而变化。

在红外区域，大多数介质的光谱发射率随波长的增加而降低。

3-5黑体辐射包括：（1）基尔霍夫定律：在热平衡条件下，物体的辐射出射度与其吸收率的比值等于空腔中的辐射照度，这与物体的性质无关。

物体的吸收率越大，则它的辐射出射度也越大，即好的吸收体必然是好的发射体；（2）普朗克辐射定律：该定律揭示了黑体辐射光谱的分布，波长范围包括紫外光、可见光、红外光和毫米波；（3）维恩位移定律：黑体光谱辐射出射度峰值对应的峰值波长m λ与黑体的绝对温度T 成反比。

3-6 解：由斯蒂芬-波尔兹曼公式有（辐射出射度）4T R T σ=和维恩公式b T m =λ得：44mT σb R λ=已知=T R 25cm W 1045.3⨯，k m 1090.23⋅⨯=-b ，）（428k m /w 1067.5⋅⨯=-σ得：nm 1085.14m ⨯=λ3-7 解： ）（428k m /w 1067.5⋅⨯=-σ由斯蒂芬-波尔兹曼公式4T σT R =得辐射出射度增加了：==T2T T -R R )Δ(R 1)T σ(T 4241-=24m /W 10598.1⨯则功率增加了：W 2385=⨯=S )Δ(R ΔP T3-8 解：C 25︒=25+273=298K ，则全辐射出射度为：)m W (104742981067522484⨯=⨯⨯==-..σT M由吸收率为0.4可得发射率为0.6则:)m /W (1068.2106.0224-⨯=÷⨯=M M t3-9 解：（1） ）（428k m /w 1067.5⋅⨯=-σ由斯蒂芬-波尔兹曼公式4T σT R =得辐射出射度：220W/m 1067.5⨯=T R()312820mJ 1056.71067.5444⨯=⨯⨯===R L w T π（2）（3）由维恩公式b T m =λ，k m 1090.23⋅⨯=-b ，得：m 109.210-⨯==Tbm λ 3-10 解：已知）（428k m /w 1067.5⋅⨯=-σ，由斯蒂芬-波尔兹曼公式4T σT R =得辐射出射度为：22m /W 1059.4⨯=T R则0.0459W =⋅=S R P T ，一分钟消耗的能量为：J 754.2==Pt W每分钟消耗的液氮g 1097.0=M 。