中国石油大学近代物理实验实验报告成绩：
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黑体辐射实验
【实验目的】
1、了解黑体辐射实验现象，掌握辐射研究方法。
2、学会仪器调整与参数选择，提高物理数量关系与建模能力。
3、通过验证定律，充实物理假说与思想实验能力。
【实验原理】
黑体是指能够完全吸收所有外来辐射的物体，处于热平衡时，黑体吸收的能量等于辐射的能量，由于黑体具有最大的吸收本领，因而黑体也就具有最大的辐射本领。
这种辐射是一种温度辐射，辐射的光谱分布只与辐射体的温度有关，而与辐射方向及周围环境无关。
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，这个开着的狭缝空腔体就可以看作是黑体。
1、黑体辐射的光谱分析
实验测出黑体的辐射强度在不同温度下与辐射波长的关系曲线。
维恩假定辐射能量按频率的分布类似于麦克斯韦的分子速率分布，导出如下公式
E(λ,T)=bλ−5e−a/λT(1)
式中E(λ,T)称为单色辐出度，它表示单位时间内，在黑体的单位面积上单位波长间隔内所辐射出的的能量，单位是瓦特/米2 ，T表示绝对温度，a,b是与波长和温度无关的常数。
这个分布在短波部分与实验结果符合较好，而长波部分偏离较大。
瑞利和金斯利用经典电动力学和统计物理学推导得到单色辐出度
E(λ,T)=2πC
λ4
kT
（2）
式中，C为真空中的光速，k为玻尔兹曼常量。
它在波长很长，温度较高时与实验结果相符合，但在短波段偏离非常大，当频率趋于无穷大时引起发散，这就是当时有名的“紫外灾难”。
普朗克提出：电磁辐射的能量只能是量子化的。
他认为黑体是由多个带点谐振子组成，这些谐振子处于热平衡状态，每个振子具有一个固有的谐振频率ν，可以发出与吸收相同频率的电磁波，每个谐振子只能吸收或发射不连续的一份一份的能量，这个能量是一个最小能量ε0 =hν的整数倍，即谐振子能量为E=nhν,n为正整数，h为普朗克常量。
在此能量量子化的假定下，他推导出了如下黑体辐射公式：
E(λ,T)=2πhc2
λ5
1
e hc/λkT−1（3）
可化简为：
E(λ,T)=C1
λ5(e C2/λT−1) (4)
式中：第一辐射常数C1=3.73∗10−16(瓦特*米2)，第二幅射常数C2=1.4398∗10−2（米*开尔文）。
它与实验符合的极好。
普朗克黑体辐射公式（2）微分和积分后可以得到维恩位移定律和斯特潘-玻尔兹曼定律，它们的表达式分别为：
λmax=A/T （5）
式中维恩常量A=2.896∗10−3（米*开尔文）。
这表明黑体的单色辐出度的极大值对应的波长λmax 与绝对温度成反比。
【实验装置】
WCH-10型黑体实验装置由光栅单色仪、接收单元、扫描系统、电子放大器、转换采集、电流可调的溴钨灯光源及计算机组成。
本实验采用溴钨灯光源作标准黑体。
溴钨灯光源的谱线近似黑体辐射曲线，但是钨丝的发射系数不是1，所以需要进行修正。
利用软件，可以对不同温度下的溴钨灯的曲线进行反射系数E 的修正。
【实验内容】
1、绘制不同温度下的黑体辐射能量曲线。
2、验证普朗克辐射定律。
3、验证维恩位移定律。
4、验证斯特潘-玻尔兹曼定律。
【注意事项】
1、软件运行时因误操作，会有“死机”现象，一旦发生误操作，需首先断掉电控箱电源-
重新启动计算机系统-关闭计算机，稍后进行实验操作。
2、实验操作过程，请将手机关闭，以避免因收、发信号时干扰软件运行而发生软件失效导
致重新安装软件的麻烦。
【数据记录及处理】
1、三条不同温度下的黑体辐射能量曲线图
图表1三条不同温度的黑体辐射能量曲线
2、验证普朗克辐射定律
图表2普朗克辐射定律验证表格
数据分析：三种温度下，能量值E实测和绝对黑体理论值E理论在峰值与中腰处的误差较小，在曲线端部和尾部处的误差很大，即在波长为1200nm至1654nm之间，实测值和理论值符合的很好，在波长较小，温度很低和波长较大，温度较高时，误差很大。
3、维恩位移定律数据分析
误差：△=（1710-1202）/1202=42.3%
误差：△=（1712-1122）/1122=52.6%
图表52670K下的维恩位移定律数据误差：△=（1712-1084）/1084=57.9%
4、斯特潘-玻尔兹曼定律数据分析
误差：△=（1.9159-1.8214）/1.9159=4.9%
误差：△=（2.5702-2.5164）/2.5164=2.1%
图表82670K下的斯特潘-玻尔兹曼定律数据
误差：△=（3.0364-2.8863）/2.8863=5.2%
【实验总结】
实验中选用溴钨灯光源作为标准黑体，通过改变溴钨灯丝的电流达到改变温度的作用，其中
灯丝电流为1.47A时，色温为2410K，灯丝电流为1.76A时，色温为2580K，灯丝电流为1.90A时，色温为2670K，通过测量三种不同温度下的辐射能量曲线进行对比来验证普朗克辐射定律、维恩位移定律、斯特潘-玻尔兹曼定律。
实验在验证这些定律的过程中，需要测量连续的不同波长的光的能量，因此就需要把不同波长的光分离开测量，实验仪器光学系统中的能够旋转的平面衍射光栅可以把不同波长的光分离开，达到了实验的目的。