黑體實驗裝置wgh10

Ⅰ 黑體輻射實驗為什麼用溴鎢燈

所謂黑體是指入射的電磁波全部被吸收，既沒有反射，也沒有透射( 當然黑體仍然要向外輻射).
除了熱輻射外，物體表面還會反射外界射來得電磁波。有的物體的反射能力比較小，在光線照射下看起來比別的東西看起來黑一些，假設有一類這樣的物體，完全不能反射電磁波，我們就稱做為絕對黑體，簡稱黑體輻射。

Ⅱ 黑體輻射實驗是怎麼做的

對，鐵盒子當然會放出輻射的，只要高於絕對零度的物體都會產生輻射的。

Ⅲ 為什麼當年雙縫干涉延遲實驗讓科學家感到恐怖

如果要結論，那就是：現在的選擇可以改變過去、當下的選擇能夠決定 歷史 。

這個推理過程，有些燒腦。但這畢竟是幾十年前或上百年前的理論。所以，現代人理解起來應該沒啥問題。如果還是理解不了，那隻能說我講得不夠清晰。

必須要理解的一個問題是：光是一種波，還是一種粒子？

楊氏雙縫實驗，證明光就是一種波

先是，麥克斯韋用方程解出了電磁波；再是，大家發現電磁波的速度與光的速度一樣；於是，合理推測：光就是一種電磁波。所以，光是一種波。

理論上沒問題。但理論需要試驗來驗證。物理不是數學，總有不講理的地方。一個牛人跑得跟兔子一樣快，那你能說他就是一種兔子嗎？所以，證明牛人是不是兔子，還需要試驗，起碼你得證明他有四條腿、還有短尾巴。

1803年的時候，英國人托馬斯•楊做了著名的雙縫實驗。當時的實驗工具非常粗糙。光源是一個點燃的蠟燭，蠟燭後面是一塊遮擋板，遮擋板後面是一個屏幕。在遮擋板上開了兩個縫隙，蠟燭的光只能透過這兩個縫隙，才能打到後面的屏幕上。

於是，神奇的一幕發生了。屏幕上形成了明暗相間、循環有序的條紋。這說明什麼？這說明光是以波的形式通過兩條縫隙的，然後兩組光波在屏幕上形成干涉。波峰與波峰相遇則正好疊加、波峰與波谷相遇則正好抵消。

所以，光是一種波，像水波一樣。

普朗克到愛因斯坦，證明光是一種粒子

黑體輻射中的黑體，就是它不反射光，只發出自己的光。像太陽、燒紅的老鐵、黑暗中的人體，都可以 近似 為黑體。黑體發出的光，全是因為它的熱量，也就是一種熱輻射。

但是，問題出現了。在給定溫度下，黑體發出去的光，它的頻率形成了一條誰也無法解釋的曲線。

你把光當成一種電磁波，然後用統計力學進行計算，卻死活解不出黑體發光的方程來。

於是，普朗克出手，他只看曲線、只用數學，硬是湊出了一個方程。但是，要滿足這個方程，需要一個前提條件，那就是：黑體發出去的光，必須是一份一份的。簡單說，就是黑體輻射出來的光，不是像波一樣，是連續的，而是像子彈一樣，射出來的。

所以，黑體輻射的解釋就是：黑體輻射出來的光，是一份一份的。

同時，物理學家又發現了一個奇怪的現象：一束光打在金屬板上的時候，金屬板就會向外發射出電子。解釋起來很簡單，光是一種電磁波，電磁波是有能量的，電磁波的能量推動電子，電子就被打了出去。但問題是電子怎麼跑，與光的強度沒關系，只跟光的顏色有關系。用物理量來說，就是跟光的頻率有關系。高頻率的綠光和藍光，無論強度多弱，電子都會被打出去；低頻率的紅光，無論強度多強，電子都不會被打出去。

光是一種電磁波，電磁波的能量只跟光的強度有關系，跟頻率沒啥關系。所以，應該是強度越高、能量越高，然後電子就被打出去越多。但是，電子能不能被打出去，跟光波的強度卻沒啥關系，只跟光的頻率有關系。所以，電磁波解釋不了這個問題。

而接下來，就是愛因斯坦出手了。

愛因斯坦認為非但黑體輻射發出來的光是一份一份的，只要是光，它就是一份一份的。光不是連續的一片波，而是由一個一個的光子組成的。每個光子的能量，是它的頻率乘以普朗克常數。所以，頻率越高，能量就越高。至於光波的強度，不重要的。重要的是光的頻率，頻率足夠、光子的能量才夠，自然可以把電子打出去。從中可以推理出來：光是粒子的，像子彈一樣。

光到底是什麼：波粒二象性

接下里肯定要問：光到底是波動的還是粒子的。你可以認為：光子形成的光，是波動的，就像水分子聚合成的水一樣：而單個光子，是粒子的，就像射出去的子彈一樣。

但是，後來把楊氏雙縫實驗精確到單個電子的程度，它卻仍舊表現出波的屬性。

中間還有各種實驗，也有各種理論推理，一筆帶過。一個叫德布羅意的物理學家提出了一個洞見，那就是：電子和光子一樣，都具有波動性，而且一切物質都有波動性。你之所以看不到物質的波動，是因為波動太小，觀察不到。比如一個質量為3千克的球，以每秒10米的速度運動，根據計算，它的波長是10的負35次方米。

所以，光具有波粒二象性。

1961年，物理學家用單個電子做成了楊氏雙縫實驗。實驗結果：你就是每次只發射一個電子，積累的電子多了，屏幕上還是會出現干涉條紋。

如果電子是粒子的，那麼屏幕後面就應該像打靶的靶紙一樣，怎麼也不可能出現干涉條紋。所以，唯一的解釋就是單個電子同時通過了兩個縫隙：它既在這里也在那裡。

燒腦了吧。但，以上只需要記住一個結論，就是：世界是由原子組成的，原子就有波粒二象性。

接著，更燒腦的問題和實驗有出現了。

到底什麼時候是波、到底什麼時候是粒子

你在楊氏雙縫實驗的屏幕後面，各放一台探測儀，盯著單個縫隙，看光子到底怎麼運動。這時候，會出現什麼情況？光子就像子彈一樣從一個縫隙中射了出來，屏幕上也沒出現干涉條紋，它表現為粒子性，而不是波動性。

如果在實驗中沒有屏幕，就用兩個探測器分別盯著兩個縫隙，那光子就或者從這個縫隙中通過、或者從那個縫隙中通過，光子表現為粒子性。

如果在實驗中放上屏幕，屏幕擋住了兩個探測器的觀察視角，那光子就會同時從兩個縫隙中通過，然後在屏幕上形成干涉條紋。

你這是怎麼回事？

我這么觀察的時候，你光子就是波動的，在屏幕上形成了干涉條紋；我那麼觀察的時候，你光子就是粒子性的，像子彈一樣飛了過來。

也就是說，光子到底表現為波動性，還是粒子性，完全取決於我的觀察。是波動、還是粒子，光子說：我都可以，看你喜歡。你放塊屏幕在後面，那我就給你波動出干涉條紋來；你放個探測器盯著我看，那我就給你做出粒子運動來。

延遲選擇的猜想和試驗

於是，在上世紀70年代末，物理學家惠勒提出了一個延遲實驗。簡單說：開始不放屏幕，就是盯著縫隙，相當於盯著光子怎麼運動；等你光子完全通過雙縫之後，再突然放上屏幕，看你還能不能波動出干涉條紋來。

實驗很多，各種復雜的設計和先進的儀器都用上了，因為物理學家一定要往死折騰光子。

太復雜的操作設計不解釋了，大體步驟可以做如下概括：

雙縫後面不放置屏幕，分別用探測儀盯著兩個縫隙：這時候光子肯定會像子彈一樣，或從這個縫隙射出、或從那個縫隙射出；

在這個過程中，光子表現為粒子性；

等光子像子彈一樣通過雙縫之後，這時候它肯定不能調頭、也不能重來了，然後再突然把屏幕放上，觀察光子到底會在屏幕上留下什麼。

這么折騰光子，你讓光子情何以堪？我到底該表現為波動性、還是該表現為粒子性？

光子不能調頭、不能重來、更不能耍無賴，所以它只能像子彈一樣射過來，屏幕上就會呈現子彈掃射的樣貌。然而，並沒有，干涉條紋在屏幕上出現了。

也就是說，光子是同時通過雙縫的、是波動過來的。我們的觀測改變了光子的 歷史 軌跡。

用一個通俗點兒的例子，來解釋這個問題：

老師點名的時候，我肯定要到課堂聽課；老師不點名的時候，我肯定要到球場打球；到底是上課還是打球，取決於老師點名或不點名的信息。

開始，老師說不點名，所以我換上了運動服、去了球場打球。突然，老師又說點名了，而我卻已經穿著正裝、坐在課堂聽課了。

之前的換上正裝、到課堂聽課，之前的換上運動服、去球場打球，這段「 歷史 」到底會是哪一個，完全取決於現在的老師現在是不是要點名。

現在的選擇可以改變過去。

如果這個例子的時間尺度還不夠大，那就用惠勒提出的設想：

一個距離地球十億光年的星系，它的星光被愛因斯坦的引力透鏡分成了兩束，在十億年後各自到達了地球。引力透鏡就相當於楊氏雙縫實驗中的雙縫。只不過這個縫隙有點兒大。

如果我們單獨觀察一束光，那麼它就是單獨過來的，它是以粒子的形式走過來的。

如果在地球支上一個屏幕，那麼兩束光就合在一起，它是以波動的形式走過來的。

這是不是說：我們的行動，能夠決定光子十億年前出發時候的狀態，是波動的還是粒子的？

當下的選擇能夠決定 歷史 。

但是，還不需要過分擔憂。

首先，這只停留在微觀粒子層面；其次，選擇只能決定光子當初是波動還是粒子；第三，選擇並沒有改變光的運動方向。可以得到的洞見是：我們可能需要對過去和未來做出新的思考，懷疑其是不是一種錯覺。

如果說宇宙不是完美的，它有BUG（漏洞），你信么？雙縫干涉實驗似乎一步步地發現了這個宇宙「漏洞"

雙縫干涉實驗是什麼？

當我們在水中丟下一塊石頭，那麼水面就會產生波紋，如果同時丟下兩塊石頭，兩個水波之間就能夠出現交叉的干涉條紋。這就是波能夠互相干涉的特徵。

雙縫干涉實驗既在一個光源前放置一個開了兩條縫隙的不透明擋板，擋板後面再放置一個能夠觀測到的背景。當我們打開光源，會看到背景上出現明暗相間的條紋，這就是簡單的雙縫干涉實驗。 這個實驗證明了光是一種波！ 因為光在穿過兩條縫隙後產生只有波特有的干涉，相反的波被抵消，相向的波被增強，導致背景上明暗相間的條紋。（日常生活中主動降噪耳機就是利用了這個原理，用相反的聲波抵消了噪音）

下面我們把實驗升級一下，光源變得非常小，背景換成高靈敏高分辨的底片。打開光源後，一開始我們看到了無數隨機分布的小點，隨後這些小點越來越多最終形成明暗相間的條紋！實驗升級後證明光是一種粒子並且還具備波的特徵 ， 也就是光的 波粒二象性 ！

雙縫干涉延遲實驗

雖然雙縫干涉實驗已經讓人贊不絕口，不過科學家們還是在這個實驗上再次升級。將光源變成一次發射一粒的電子！電子要通過這塊擋板只能隨機通過兩條縫隙。

我們知道，要干涉就必須有對象，沒有對象怎麼被干涉？然而這一次實驗結果出事了，即便單個電子在隨機穿過兩條縫隙後依然在最後形成了干涉條紋。

這個結果震驚了科學界！為什麼單個電子能夠自我干涉？難道他還有一個分身？更詭異的是當我們觀察電子是通過哪一條縫隙時，干涉條紋消失了。當取消觀察時，干涉條紋又神奇的出現了！冥冥中彷彿有一雙眼睛窺視著我們，只能讓我們看到電子穿越縫隙的路徑（粒子特徵）或者電子的干涉條紋（波特徵）其中之一！

雙縫干涉之延遲選擇量子擦除

看到這里，你也許認為上面的實驗會有很多未知的漏洞，我們觀察電子時已經打擾了電子的正常運動導致電子屬性改變，只是我們沒有辦法找出這個因素。接下來科學家用更加復雜精密的方法來做雙縫實驗。將一個光子分離成一對糾纏的光子A和B（糾纏的量子能夠無視距離影響對方）

AB分別做雙縫干涉實驗（互不影響的環境），而B距離感應屏比A遠，這樣 A會比B要先到達感應屏 。當我們在B實驗中放置相機觀測到B通過雙縫的路徑時，A實驗的干涉圖像消失，顯然，糾纏的兩個光子是互相影響了，B得不到的波屬性A也得不到。接下來，我們通過技術手段把B獲得的路徑信息擦除,然後A和B都出現了干涉條紋。這里就出現了兩個個非常詭異的現象。 測量到光子的路徑信息只是"泄露」，沒有主管觀意識去查看，干涉條紋會消失！把這個路徑信息擦除掉，干涉條紋又會出現！

更詭異的是，實驗中我們設定從B獲得路徑信息時，A早就已經到達了感應屏形成了圖像！這時候擦除B的路徑信息，A感應屏已經"拍好照"的圖像會鬼魅般地變成干涉條紋！

讓人難以理解的「宇宙程序」

很多人一開始認為，觀察光子路徑就是人類意識干預了實驗。不過我們從最後一個實驗得知，在延遲選擇實驗中，測量到的路徑信息，你看與不看，宇宙程序它已經認定了你泄露了天機！光子波動屬性就被隱藏了！我們得不到干涉圖像。如果我們把這個泄露的天機抹除掉，宇宙程序馬上修復了光子的波動性，讓我們得到了干涉圖像。沒想到的是，我們人類在實驗室上利用量子糾纏鑽了個空子，讓圖像形成之後再得到路徑信息。接著我們再去選擇是泄露還是擦除，宇宙程序任然按照原來的指令執行了。讓已經形成的圖像變了回去（曾經不幹涉的光子，在曾經又干涉了。這話很繞）？這是不是意味著我們找到了一個宇宙程序的BUG，用現在的決定，改變了過去！還是另有其他原因？我們生存的宇宙，這個看不到邊無比真實的世界，難道是一個設定好的「程序」？或者說宇宙這個看似無比完美運行的世界其實還有一些漏洞。如果人類將來利用這些漏洞未來的世界會發展成什麼樣子？

很多人聽過雙縫干涉實驗後會認為「玄之又玄」，於是有了「遇事不決量子力學」。實際上，量子力學是人類了解宇宙底層邏輯的敲門磚，而雙縫干涉實驗則是量子力學核心的顯現，下面我聊聊雙縫干涉實驗到底多「詭異」，它揭示了宇宙哪些核心？

薛定諤的貓、上帝擲骰子、平行宇宙哪來的？

由於量子太過抽象，因此我們把量子現象過渡薛定諤的貓，再回到雙縫干涉實驗就容易理解了。這是薛定諤給我們理解量子力學的好例子。

話說啊，有個封閉的盒子裡面裝一隻貓，然後一個量子裝置連著毒葯瓶，貓的生死取決於量子性質，如果量子發生衰變貓死，反之則沒事。換句話說，貓的生死間接表現了量子的性質。實驗的問題是貓最後是死的，還是活的？

各路大佬都說出了自己的看法，主流看法有三個：

哥本哈根學派，波爾：這是只 量子貓，它在盒子里的概率是100%的可能性是活的，同時100%可能性是死的，兩種狀態同時存在，疊加在一起，當你打開盒子一瞬間，貓的生死才會表現出來，生死的結果是隨機的。

愛因斯坦、薛定諤：貓50%是死的，50%是活的，我們打開盒子之前它就已經死了，或者還活著，我們打開盒子看到的是結果，而不是誘發結果。

愛因斯坦：波爾，按你的意思是打開盒子時，上帝發現有人要來看結果了，趕緊搖號決定了貓的生死？

波爾：你別管上帝能幹什麼！

休·埃弗雷特：安靜安靜，我還沒說呢！首先波爾的疊加態我是認同的，但是100%+100%=200%，打開盒子前與打開盒子後應該守恆才對，因此我認為如果打開盒子時貓死了，那麼活著的貓應該存在於另外一個世界中——平行宇宙。

愛因斯坦、薛定諤、波爾：你厲害， 我們竟然不知道如何證明你說的是錯的！

故事先到這里，看得懂看不懂沒關系，先說結果：波爾是對的！而平行宇宙證明不了，最多算假說。在這個故事中有幾點很重要：

1. 貓即死又活的狀態——疊加態

2.打開盒子意味著觀測， 觀測會讓疊加態隨機坍縮為單一狀態 。（上帝搖號！）

3.前兩點， 打開前與打開後，還隱含了波粒二象性。 （下面再說）

光到底是什麼？——雙縫干涉的「詭異」

接下來我們看雙縫干涉，這事要先從牛頓說起，源於一個看似簡單，然而誰都答不上來的問題——光是什麼東西？

圖：牛頓三棱鏡實驗

牛頓作為當代學霸，為光學做出了不少貢獻，比如陽光是由多種光混合而成的三棱鏡實驗就是他搞出來的。他認為光又能反射，還折射，運動軌跡會改變，就像乒乓球扔牆上會反彈回來，因此它最小的單位應該是粒子。

十九世紀，托馬斯·楊反擊牛頓，他只幹了一件事，讓一束光通過了兩條小縫，後面有塊感應屏。「按照牛頓的說法」這個實驗的結果應該是兩條條紋，如下面：

實際上卻出現了下面的結果：

於是老楊說光就像下面的水波一樣，其實波：

通過縫隙的光波變成了兩個波，兩個波接觸干涉，出現和水一樣的現象，於是在屏幕上顯示出干涉條紋。

這就是雙縫干涉實驗，但是詭異的事情是量子力學的雙縫干涉實驗。

好景不長，隨著黑體輻射實驗，普朗克發現光能量是一份一份不連續的，愛因斯坦發現光電效應，即光與原子作用時是以粒子的形式交換能量的。於是大家重新審視雙縫實驗，對它進行升級。

既然光是一粒一粒的，那麼我們把光子一粒粒通過雙縫會發生什麼？（實際實驗用的是電子，道理是一樣的）

大佬們很快地照著兩條縫像機關槍一樣發射一梭子電子，顯示屏上隨機出現大量的粒子，但站遠點看這些粒子同樣組成了干涉條紋。既然是粒子，為何會發生干涉？

於是有人認為一大堆電子在一起擠來擠去的所以發生了干涉，有點像兒童樂園里的海洋球，當你跳進去，海洋球雖然是一粒一粒的，但是會像波一樣往向外擴散，於是就有了雖然是粒子但同樣會發生干涉。但真的只是這樣嗎？

圖：實驗結果

科學家再次做了實驗，改成了「手槍式」發射，「啪」打一發電子，電子到達了感應屏，再打下一發，杜絕了兩個電子在運動時發生干涉。然而科學家懵了，快點打和慢點打，結果是一樣的，屏幕還是出現了波動性，才會出現的干涉條紋，而不是兩條條紋！也就是說單個電子發生了干涉，那麼它和誰干涉呢？就兩個縫，它只能選一個穿過，另一個縫沒有電子出來，上哪干涉去？

為了解決了問題，大佬們就在實驗中安上了光電探測器「去看它」，看看電子是如何完成干涉的！結果發現電子老老實實的在感應屏上形成了兩條條紋。大家：上帝，告訴我發生了什麼！

上面的故事已經給了答案：波粒二象性

先按不靠譜的平行宇宙理論來解釋：你不看時，電子即從A縫過去，又從B縫過去，然後發生了干涉，你可以理解為量子出現了一個分身。如果你去看它，宇宙就分裂了，如果電子從A縫進入，那麼平行宇宙中的電子就從B進入，是我們去探測引起了宇宙的分裂，導致處於兩個宇宙中的電子（分身）無法形成干涉。

波爾的解釋：前半段和平行宇宙一樣，電子處於疊加態，這是一個波的狀態，但當你去看它，就隨機坍縮成了粒子態。

愛因斯坦：無法解釋！肯定有什麼我們還沒弄清楚的，反正上帝是不會搖號的。

圖：我們印象中電子在原子中是這樣的

圖：實際上它是這樣的，因此也叫電子雲，具有概率性、波動性。

到目前的科學研究成果來看，波爾是對的。量子具有波粒二象性，這是量子力學的核心。一個電子同時具有波與粒子的性質。

當它沒有坍縮成粒子時，雖然也是以單個粒子發射，但波的性質也在發揮著作用，當你發單個電子就類似於發射出水波，你發射了一堆電子，其實就是在發射一堆波，這些波都會按著干涉後的結果顯示在感應屏上。當你探測電子，它坍縮成單獨的粒子性質，所以一堆電子打出去，沒有發生干涉，只出現兩條條紋。

如果不理解量子的性質就會覺得，我不看出現干涉條紋，我看了卻不幹涉了，似乎有點「恐怖」，理解了就理所當然了，量子力學是目前人類發現的宇宙最底層的邏輯，它可以解釋宇宙起源，大到宇宙的構成，小到組成宇宙最小結構的粒子的形成。

Ⅳ 普朗克黑體輻射實驗中，是如何靠改變電流來改變色溫的具體的關系是什麼

通過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來改變色溫

Ⅳ 做黑體輻射實驗時怎麼控制波長大小

由圖可知，隨溫度的降低，相同波長的光輻射強度都會減小；同時最大輻射強度向右側移動，即向波長較長的方向移動；
故答案為：減少、較長．

Ⅵ 黑體輻射實驗的實驗原理

早在1859年，德國物理學家基爾霍夫在總結當時實驗發現的基礎上，用理論方法得出一切物體熱輻射所遵從的普遍規律：在相同的溫度下，各輻射源的單色輻出度Mi（λ，T）與單色吸收率αi（λ，T）成正比，其比值對所有輻射源（i=1，2，┄）都一樣，是一個只取決於波長λ和溫度T的普適函數。而黑色物體對可見光能強烈吸收，則當獲取能量時也應有在可見光區的強烈輻射，因而從黑體輻射的角度研究確定普適函數的具體形式就具有極大的吸引力。顯然，如果單色吸收率αi（λ，T）=1，則該輻射源的單色輻出度Mi（λ，T）就是要研究的普適函數。而αi（λ，T）=1的輻射體就是絕對黑體，簡稱黑體。黑體的輻射亮度在各個方向都相同，即黑體是一個完全的餘弦輻射體，輻射能力小於黑體，但輻射的光譜分布與黑體相同的溫度輻射體稱為灰體。任何物體，只要其溫度在絕對零度以上，就向周圍發射輻射，這稱為溫度輻射; 只要其溫度在絕對零度以上，也要從外界吸收輻射的能量。處在不同溫度和環境下的物體，都以電磁輻射形式發出能量，而黑體是一種完全的溫度輻射體，即任何非黑體所發射的輻射通量都小於同溫度下的黑體發射的輻射通量；並且，非黑體的輻射能力不僅與溫度有關，而且與表面的材料的性質有關，而黑體的輻射能力則僅與溫度有關。在黑體輻射中，存在各種波長的電磁波，其能量按波長的分布與黑體的溫度有關。

Ⅶ 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).

Ⅷ 固體表面黑度的測定用到了哪些黑體基本定律

用到了紅外輻射分布規律。

黑體是一種理想化的輻射體，它吸收所有波長的輻射能量，沒有能量的反射和透過，其表面的發射率為1。自然界中並不存在真正的黑體，但是為了弄清和獲得紅外輻射分布規律。

在理論研究中必須選擇合適的模型，這就是普朗克提出的體腔輻射的量子化振子模型，導出了普朗克黑體輻射的定律，即以波長表示的黑體光譜輻射度，這是一切紅外輻射理論的出發點，故稱黑體輻射定律。

在室溫下

黑體輻射的能量集中在長波電磁輻射和遠紅外波段；當黑體溫度到幾百攝氏度之後，黑體開始發出可見光。以鋼材為例根據溫度的升高過程，分別變為紅色，橙色，黃色，當溫度超過1300攝氏度時開始發白色和藍色。當黑體變為白色的時候，它同時會放出大量的紫外線。

Ⅸ 曲阜師范大學物理工程學院的教學實驗室

基礎物理實驗中心
主要承擔理工科專業的大學物理實驗和物理學、光信息科學與技術專業的專業課程實驗。
力熱實驗室 主要儀器設備有測量顯微鏡、三線擺、開特擺、聲速測定儀、熱電偶實驗儀、粘滯系數測試儀、綜合量熱實驗儀、楊氏模量測試儀、金屬線脹系數測試儀、熱功當量實驗器等。可以進行液體粘滯系數的測定、轉動慣量的測定、楊氏模量的測定、空氣比熱比的測定等20多個實驗。
電磁學實驗室 主要儀器設備有熱電偶實驗儀、磁滯回線實驗儀、傅里葉合成分析儀、霍爾效應實驗儀、、電子束實驗儀以及各種儀表測量儀器。可以進行線性元件與非線性元件的伏安特性曲線的研究、電子束的聚焦與偏轉、半導體熱敏電阻特性的研究、萬用電表的設計與製作等20多個實驗。
光學實驗室 主要儀器設備有邁克爾遜干涉儀、分光計、旋光儀、阿貝折射儀、反射式單色儀、平行光管以及單縫衍射光強分析儀等。可以進行棱鏡折射率的測定、濾光片光譜透射率的測定、邁克爾遜干涉儀的調節和使用、薄透鏡焦距的測定、組裝望遠鏡以及全息照相等20個實驗。
近代物理實驗室 主要儀器設備有棱鏡攝譜儀、傅里葉變換光譜儀、組合式多功能光譜儀、激光拉曼光譜儀、光學多通道分析器、核磁共振儀、光磁共振儀、塞曼效應儀、密立根油滴儀、富蘭克-赫茲儀、測微光度計、黑體輻射實驗裝置、微波分光計。實驗內容涉及原子分子物理、激光技術、電子衍射、核磁共振、X光、微波、真空薄膜等領域20多個實驗項目,是物理學和光信息科學與技術專業的專業實驗課程。
物理教學法實驗室 配有微格教室、數字化信息系統實驗設備、電磁打點計時器、靜電演示實驗箱、韋氏感應起電機、光的干涉衍射偏振演示器、充磁機、陰極射線管、電諧振演示儀、洛倫茲力演示儀、光電效應演示器、光通信及互感現象演示儀等器材。主要用於師范專業進行教學技能訓練、教學論實驗，演示實驗訓練、培養實驗教學技能和能力。
物理演示實驗室 演示實驗通過多種儀器對豐富多彩的物理現象進行觀察和探究，以激發各專業學生的探索熱情、培養創新意識。可進行茹可夫斯基轉椅、轉動慣量、阻尼擺、傅科擺、飛機升力、高壓放電、避雷針、楞次定律、雙曲面等90多個實驗。
光信息與光電技術實驗中心
光纖通信實驗室 主要設備有光纖通信原理綜合實驗系統、光無源器件實驗箱、誤碼測試儀、波分復用器等。承擔光纖通信課程的實驗。可進行光信號發送和接收、PCM/ AMI/HDB3編解碼、CMI/5B6B碼型變換、光分路器和波分復用器性能測量等12個實驗項目。
電磁場與微波技術實驗室 主要設備有電磁波教學綜合實驗儀、數字存貯頻譜分析儀、射頻教學實訓系統等。承擔電磁場、微波技術與天線課程的實驗教學。可進行電磁波極化、電磁波感應器設計與製作、微波傳輸線、定向耦合器等實驗項目。
信息光學實驗室 主要設備有激光全息與光信息處理綜合測試儀、光學系統傳遞函數測量實驗儀等。承擔光信息科學與技術專業的專業實驗。可進行激光全息與光信息處理綜合實驗、解析度板直讀法測量光學系統解析度、利用變頻朗奇光柵測量光學系統MTF值等實驗項目。
激光技術實驗室 主要設備有脈沖調Q固體激光器、激光光束分析儀、激光功率能量計等。承擔光信息科學與技術專業的專業實驗。可進行氙燈泵浦固體激光器的裝調及靜態特性、脈沖Nd:YAG激光倍頻、激光模式測量與光束分析等實驗項目。
電子電工實驗中心
模擬電路實驗室 主要設備有雙蹤示波器、DDS信號發生器、台式數字萬用表、模擬電路實驗箱等。主要承擔電子信息工程、通信工程、物理學和光信息科學與技術專業的模擬電路實驗。可完成基本放大器、電源、運算放大器的應用電路的近20多個實驗項目。
數字電路實驗室 主要設備有雙蹤示波器、DDS信號發生器、台式數字萬用表、數字電路實驗箱等。承擔各專業的數字電路實驗。可完成基本門電路和觸發器的功能和特性測試實驗，組合電路和時序電路的設計、組成和性能測試實驗，數字電路應用小系統實驗等20多個實驗項目。
電工電路實驗室：主要設備多功能、網路型電工電路實驗台、通用示波器。承擔電路分析和電工實驗課程。可完成基爾霍夫定律、電壓源與電流源的等效變換，正弦穩態電路的相量研究，三相交流電路電壓、電流、功率的測量，變壓器特性的測試，三相鼠籠式非同步電動機的低壓控制等20多個實驗項目。
高頻電路實驗室 主要設備有BT-3GII頻率特性測試儀、GOS-6052雙蹤示波器、DDS信號發生器、高頻電子線路實驗箱等。承擔電子信息工程、通信工程專業的高頻電路實驗。可完成調制與解調、小信號調諧放大器、高頻功率放大器等近20多個實驗項目。
電子測量實驗室 主要設備有低頻頻率特性測試儀、失真度測試儀、晶體管特性測試儀、雙蹤示波器、台式數字萬用表、綜合電子實驗箱等。承擔電子信息工程和通信工程專業的電子測量實驗。可完成信號參數測試、元器件參數測試、電路參數測試等30多個實驗項目。
綜合電子設計實驗室 主要設備有計算機、直流穩壓電源、MF47萬用表和常用工具。承擔電子信息工程和通信工程專業的綜合電子設計實驗。為學生提供電子設計的開放式實驗平台，在這里完成各種應用電路的設計、組裝和調試工作，鍛煉同學們的電子技術應用設計能力。
PCB板工藝實訓室 主要設備有AM-9050自動換刀鑽孔機、AM-GH1040激光光繪系統、AM-C4高速換向脈沖孔金屬化設備、AM-SG400全自動線路板拋光機、AM-C7 PCB沖片機、AM-DQX60電鍍鉛錫機等全套PCB製版設備。承擔電子信息工程、通信工程專業的PCB板工藝實驗。可完成PCB板工藝中的所有環節的相關實驗項目20多個，同時還可以對外承接小批量的PCB板加工。
SMT工藝實訓室 主要設備AM-SMD838表面貼裝迴流焊機、AM-AUTOTP2自動貼片機等大型自動化設備，有電子工藝生產流水線20個工位。承擔電子信息工程、通信工程專業的SMT工藝實訓。可完成各種SMT產品的生產工藝實訓，同時也可以對外承接小批量的SMT電路板加工焊接。
信息與通信實驗中心
微機原理實驗室 主要設備有DCVV-598JH微機原理與單片機實驗系統及配套微機。承擔本科生微機原理與介面技術、單片機原理與應用課程的軟體和硬體實驗課程，可進行相關原理、介面、控制、編程方面的實驗項目近30個。
軟體實驗室 主要設備為M4000型計算機。承擔電路分析、C語言程序設計、匯編語言、數據結構、現代軟體編程技術、電子測量、數字信號處理等相關課程的軟體模擬實驗。可完成電路設計、電路分析模擬、數據結構、信號處理類60多個實驗項目。
電子設計自動化（EDA）實驗室主要設備有CPLD-4型EDA可編程邏輯器件實驗箱、自動控制原理模擬實驗儀、信號發生器和配套微機。承擔電子信息工程和通信工程專業本科生EDA技術及應用、自動控制原理課程實驗，以及數字信號處理和信號與系統課程的基於MATLAB環境的軟體模擬實驗。可進行組合邏輯電路、可編程器件設計、系統的階躍響應分析、數字濾波器設計、信號與系統分析等實驗項目50個。
數字信號處理（DSP）實驗室 主要設備為數字信號處理實驗箱、ARM嵌入式系統實驗箱及開發板，配套微機。承擔電子信息工程、通信工程專業本科生DSP原理與應用、嵌入式系統開發與應用等課程的實驗。可進行基於DSP晶元、系統、外部控制、演算法、Linux內核基礎、Linux程序設計、Xscale 270介面等實驗項目20個。
信號與系統實驗室 配有RZ8662型信號與系統實驗箱，數字示波器等設備。承擔電子信息工程和通信工程專業本科生信號與系統課程的實驗。可進行階躍響應與沖激響應、抽樣定理與信號恢復、信號的卷積、信號的分解與合成、濾波器特性等實驗項目12個。
程式控制交換實驗室 配有先進的RZ8623型程式控制交換技術實驗平台，以及相應的測控設備。承擔程式控制交換、現代通信網等課程的實驗。可開設雙音多頻（DTMF）接收與檢測、話路PCM CODEC編解碼、二/四線變換與回波返損測試、數字時分復用與中繼傳輸實驗及程式控制交換原理等實驗。
通信原理實驗室 配有通信原理實驗箱及測試設備，承擔通信原理課程的實驗教學。可開設信號發生器系統實驗、脈沖幅度調制（PAM）及脈沖編碼調制（PCM）實驗、2FSK及2PSK調制解調實驗、眼圖實驗、增量調制編解碼等實驗。
移動通信實驗室 配有RZ6003移動交換機、RZ6002移動基站、RZ6001移動通信試驗箱、計算機等設備，承擔移動通信課程的實驗教學。可開設語音模數轉換和壓縮編碼實驗、數據和語音系統通信實驗、移動系統信令交互、無線信道及信道編碼等實驗。
現代通信實訓中心 配備有完整電信運營網路微型化的現代通信實驗平台，主要包含VOIP、IPTV、光傳輸、EPON光接入等四個實驗平台，可完成通信工程及相關專業的實習實訓任務；同時，它可以提供通信網路工程師、IPTV工程師等相關的職業培訓和技能培訓。可進行VOIP系統原理、VOIP電話互通配置、IPTV視頻業務、SDH點對點組網配置、SDH環形組網配置、SDH復用段保護環保護（MSP）倒換、Telnet方式調試EPON設備、EPON接入安全保障配置、點對點FE乙太網光接入組網等實驗實訓項目。

Ⅹ 黑體輻射實驗，都想說明什麼問題

黑體輻射實驗，都想說明什麼問題？

900年，開爾文勛爵在發表那個著名的《在熱和光動力理論上空的19世紀烏雲》演說時提到，物理學的大廈已經基本建成了，後輩物理學家只要做一些零碎的修補工作就行了，只不過在物理學陽光燦爛的天空下，漂浮著「兩朵小烏雲」。

兩朵小烏雲，其中一個是1881年美國物理學家邁克爾遜和莫雷合作製作了中學課本講到過的馬克爾遜干涉實驗，用來證明「以太」的存在，結果證明木有以太！

另一個就是利用當時的傳統物理學思維無法解釋的黑體輻射規律。

定義系統

黑體——完美的電磁波發射體：能夠完全吸收投射到其表面各種波長的電磁波而不發生反射的物體。

需要定義黑體的原因是我們要控制變數方便進行分析，因為熱輻射的強度與物體、溫度、表面、材料等各種性質相關。所以我們要把其他變數去除，構造「黑體」這個完美模型，使黑體輻射的強度只與溫度有關。