波長大於4000nm的黑體實驗裝置

Ⅰ 圖4-3-5是雙縫干涉的實驗裝置,使用波長為600nm的橙色光照射,在光屏中心P點呈現亮

答案：B，因為雙縫干涉時，屏上點到兩縫光程差為半波長的奇數倍時為亮條紋，為半波長的偶數背時為暗條紋。開始用600nm的光照射時路程差為λ，當換為400nm光時，則為3/2λ，為半波長的奇數倍。

Ⅱ 黑體輻射實驗裝置名稱叫什麼詳細點！

黑體輻射實驗
大學物理實驗
一,實驗目的
1,了解和掌握黑體輻射的光譜分布——普朗克輻射
定律
2,了解和掌握黑體輻射的積分輻射——斯忒藩玻爾
茲曼定律
3,了解和掌握維恩位移定律
難點:通過實驗掌握黑體輻射的光譜分布規律
重點:WGH—10黑體實驗儀的原理和使用方法

固體或液體,在任何溫度下都在發射各種波長的電磁波,這種由於物體中的分子,原子受到激發而發射電磁波的現象稱為熱輻射.所輻射電磁波的特徵僅與溫度有關.
固體在溫度升高時顏色的變化
1400
K
物體輻射總能量及能量按波長分布都決定於溫度.
800
K
1000
K
1200
K
1. 熱輻射現象
二,實驗原理
絕對黑體:若物體在任何溫度下,對任何波長的輻射能的吸收比都等於1,則稱該物體為絕對黑體,簡稱黑體.
2. 黑體輻射實驗規律
不透明的材料製成帶小孔的的空腔,可近似看作黑體.
研究黑體輻射的規律是了解一般物體熱輻射性質的基礎.
測定黑體輻出度的實驗簡圖
P
L2
B2
A
L1
B1
C
A為黑體
B1PB2為分光系統
C為熱電偶
1700K
1500K
1300K
1100K
0 1 2 3 4 5
絕對黑體的輻出度按波長分布曲線
實驗曲線
維恩經驗公式
問題:如何從理論上找到符合實驗曲線的函數式
3. 普朗克量子假設
這個公式與實驗曲線波長短處符合得很好,但在波長很長處與實驗曲線相差較大.
瑞利--金斯經驗公式
這個公式在波長很長處與實驗曲線比較相近,但在短波區,按此公式, 將隨波長趨向於零而趨向無窮大的荒謬結果,即"紫外災難".
維恩公式和瑞利-金斯公式都是用經典物理學的方法來研究熱輻射所得的結果,都與實驗結果不符,明顯地暴露了經典物理學的缺陷.黑體輻射實驗是物理學晴朗天空中一朵令人不安的烏雲.
為了解決上述困難,普朗克利用內插法將適用於短波的維恩公式和適用於長波的瑞利-金斯公式銜接 起來,提出了一個新的公式:
普朗克常數
這一公式稱為普朗克公式.它與實驗結果符合得很好.
o
實驗值
/μm
維恩線
瑞利--金斯線
紫
外
災
難
普
朗
克
線
1
2
3
4
5
6
7
8
普朗克公式還可以用頻率表示為:
普朗克得到上述公式後意識到,如果僅僅是一個僥幸揣測出來的內插公式,其價值只能是有限的.必須尋找這個公式的理論根據.他經過深入研究後發現:必須使諧振子的能量取分立值,才能得到上述普朗克公式.
能量子假說:輻射黑體分子,原子的振動可看作
諧振子,這些諧振子可以發射和吸收輻射能.但是這些諧振子只能處於某些分立的狀態,在這些狀態中,諧振子的能量並不象經典物理學所允許的可具有任意值.相應的能量是某一最小能量ε(稱為能量子)的整數倍,即:ε, 1ε, 2ε, 3ε, ... nε. n為正整數,稱為量子數.
對於頻率為ν的諧振子最小能量為
能量
量子
經典
振子在輻射或吸收能量時,從一個狀態躍遷到另一個狀態.在能量子假說基礎上,普朗克由玻爾茲曼分布律和經典電動力學理論,得到黑體的單色輻出度,即普朗克公式.
能量子的概念是非常新奇的,它沖破了傳統的概念,揭示了微觀世界中一個重要規律,開創了物理學的一個全新領域.由於普朗克發現了能量子,對建立量子理論作出了卓越貢獻,獲1918年諾貝爾物理學獎.
黑體的輻出度與黑體的絕對溫度四次方成正比:
(1) 斯特藩-玻耳茲曼定律
根據實驗得出黑體輻射的兩條定律:
熱輻射的功率隨著溫度的升高而迅速增加.
斯特藩常數
對於給定溫度T ,黑體的單色輻出度 有一
最大值,其對應波長為 .
熱輻射的峰值波長隨著溫度的增加而向著短波方向移動.
(2) 維恩位移定律
例 試從普朗克公式推導斯特藩-玻爾茲曼定律
及維恩位移定律.
解:在普朗克公式中,為簡便起見,引入
則
黑體的總輻出度:
其中:
普朗克公式可改寫為:
由分部積分法可計算:
所以
可見由普朗克公式可以推導出斯特藩-玻爾茲曼定律.
為了求出最大輻射值對應的波長 ,可以由普朗克公式得到 滿足:
經整理得到
令
有
這個方程通過迭代法解得
即
可見由普朗克公式可推導得出維恩位移定律.
三,實驗儀器
WGH—10黑體實驗裝置(包括光源,電源)
電腦及配套數據處理軟體
WGH-10型黑體實驗裝置,由光柵單色儀,接收單元,掃描系統,電子放大器,A/D採集單元,電壓可調的穩壓溴鎢燈光源,計算機及輸出設備組成.該設備集光學,精密機械,電子學,計算機技術於一體.光路圖如圖 :
接收器
白板
黑體
光柵
黑體修正
本實驗用溴鎢燈的鎢絲作為輻射體,由於鎢絲燈是一種選擇性的輻射體,與標准黑體的輻射光譜有一定的偏差,因此必須進行一定修正.鎢絲燈輻射光譜是連續光譜,其總輻射本領 由下式給出:
式中 為鎢絲的溫度為T 時的總輻射系數,其值為該溫度下鎢絲的輻射強度與絕對黑體的輻射強度之比:
鎢絲燈的輻射光譜分布 為:
通過鎢絲燈的輻射系數及測得的鎢絲燈輻射光譜,用以上公式即可將鎢絲燈的輻射光譜修正為絕對黑體的輻射光譜,從而進行黑體輻射定律的驗證.
本實驗通過計算機自動掃描系統和黑體輻射自動處理軟體,可對系統掃描的譜線進行傳遞修正以及黑體修正,並給定同一色溫下的絕對黑體的輻射譜線,以便進行比較驗證.溴鎢燈的工作電流與色溫對應關系如下:
不同的儀器溴鎢燈的工作電流與色溫的對應關系不同,對應關系表格編號應與溴鎢燈的儀器編號相同.
2940
2.50
2860
2.30
2770
2.20
2680
2.10
2600
2.00
2550
1.90
2500
1.80
2450
1.70
2400
1.60
2330
1.50
2250
1.40
色溫(K)
電流(A)
溴鎢燈工作電流與色溫對應關系表(表1)
四,實驗內容
1,打開黑體輻射實驗系統電控箱電源及溴鎢燈電源開關.
溴鎢燈電源開關
電控箱電源開關
2,打開顯示器電源開關及計算機電源開關啟動計算機.
3,雙擊"黑體"圖標進入黑體輻射系統軟體主界面, 此時儀器進入自到檢零狀態.
雙擊
設置:
"工作方式"——"模式"為"能量","間隔"為"1nm"
"工作范圍"——"起始波長"為"800.0nm","終止波長"為"2499.9nm","最大值"為"4000.0","最小值"為"0.0" .("最大值"與狹縫寬度有關,寬度越大,能量越大,"最大值"最多能調節為"10000")
狹縫寬度調節旋鈕
"傳遞函數"為
"修正為黑體 "為
去掉這兩個選項
4,選擇溴鎢燈色溫為2940K對應的工作電流,點擊單程掃描記錄溴鎢燈光源全譜(不含傳遞函數和黑體修正).
得到如圖所示的掃描線,然後計算傳遞函數
選擇計算傳遞函數
軟體中存了一條色溫為2940K的溴鎢燈的標准能量線
5,點擊"傳遞函數","修正為黑體"為
√
6.在表1中任選一工作電流,點擊黑體掃描,輸入相對應的色溫,記錄溴鎢燈光源在傳遞函數修正和黑體修正後的全譜存於寄存器-內 ,然後歸一化,如圖所示.
選擇歸一化
7,改變溴鎢燈工作電流,在表1中任選4個電流值,分別進行黑體掃描,輸入相應的色溫,記錄全譜,並分別存於其餘4個寄存器內.
8,分別對各個寄存器內的數據進行歸一化.
寄存器選擇
五,實驗數據及數據處理
1,驗證普朗克輻射定律(取五個點,每條曲線上取一個).
打開五個寄存器中的數據,顯示五條能量曲線.
選擇驗證黑體輻射菜單中的普朗克輻射定律
選擇
在界面彈出的數據表格中點擊計算按鈕.
單擊
設計表格,記錄數據.注:為了減小誤差,選取曲線上能量最大的那一點.
1259.3
1382.2
1517.6
1775.7
2441.4
實( )
1256.3
1390.4
1520.9
1782.9
2448.8
理( )
2500
2550
2600
2680
2860
色溫T(K)
1196
1136
1178
1082
1072
波長 (nm)
5
4
3
2
1
表2:
的理論值與實測值相差不大
2,驗證斯忒藩-玻耳茲曼定律.
選擇黑體輻射定律菜單下斯忒藩-玻耳茲曼定律.
選擇
選擇5個寄存器中的數據,再單擊確定.
選擇
單擊
相對誤差=1.16%
3,驗證維恩位移定律 .
選擇驗證黑體輻射定律菜單下維恩位移定律.
選擇5個寄存器中的數據,再單擊確定.
選擇
選擇
單擊
相對誤差=1.97%
4,將以上所測輻射曲線與絕對黑體的理論曲線進行
比較並分析之 (在同一色溫下).

Ⅲ 如圖是觀察水面波衍射的實驗裝置,AB和CD是兩塊擋板,BC是一個孔,O是波源,圖中已畫出波源所在區域波的傳播