近代物理实验报告（熊辉老师） - 图文

近代物理实验报告 专业 2011级 应用物理学 班级 2 指导教师 姓名 实验时间 2013 年 12月 29日 实验地点 K7-402 实验名称 HRH-1热辐射与红外扫描成像 实验预习报告 【实验目的】 1、研究物体的辐射面、辐射体温度对物体辐射能力大小的影响，并分析原因。 2、测量改变测试点与辐射体距离时，物体辐射强度P和距离S以及距离的平方S2的关系，并描绘P-S2曲线。 3、依据维恩位移定律，测绘物体辐射能量与波长的关系图。 4、测量不同物体的防辐射能力，你能够从中得到哪些启发？（选做） 5、了解红外成像原理，根据热辐射原理测量发热物体的形貌（红外成像）。 【实验器材】 DHRH-1测试仪、黑体辐射测试架、红外成像测试架、红外热辐射传感器、半自动扫描平台、光学导轨（60cm）、计算机软件以及专用连接线等。 【实验内容】 一、物体温度以及物体表面对物体辐射能力的影响。 1、将黑体热辐射测试架，红外传感器安装在光学导轨上，调整红外热辐射传感器的高度，使其正对模拟黑体（辐射体）中心，然后再调整黑体辐射测试架和红外热辐射传感器的距离为一较合适的距离并通过光具座上的紧固螺丝锁紧。 2、将黑体热辐射测试架上的加热电流输入端口和控温传感器端口分别通过专用连接线和DHRH-1测试仪面板上的相应端口相连；用专用连接线将红外传感器和DHRH-I面板上的专用接口相连；检查连线是否无误，确认无误后，开通电源，对辐射体进行加热，见图2所示。 3、记录不同温度时的辐射强度，填入表1中，并绘制温度-辐射强度曲线图。 注：本实验可以动态测量，也可以静态测量。静态测量时要设定不同的控制温度，具体如何设置温度见控温表说明书。静态测量时，由于控温需要时间，用时较长，故做此实验时建1

议采用动态测量。 表1：黑体温度与辐射强度记录表 温度t（℃） 辐射强度P（V） 20 25 30 ....... 80 4、将红外辐射传感器移开，控温表设置在60℃，待温度控制好后，将红外辐射传感器移至靠近辐射体处，转动辐射体（辐射体较热，请带上手套进行旋转，以免烫伤）测量不同辐射表面上的辐射强度（实验时，保证热辐射传感器与待测辐射面距离相同，便于分析和比较），记录表2中。 表2：黑体表面与辐射强度记录表 黑体面 辐射强度（V） 黑面 粗糙面 光面1 光面2（带孔） 注：光面2上有通光孔，实验时可以分析光照对实验的影响。 图2 5、黑体温度与辐射强度微机测量： 用计算机动态采集黑体温度与辐射强度之间的关系时，先按照步骤2连好线，然后把黑体热辐射测试架上的测温传感器PT100II连至测试仪面板上的“PT100传感器II”，用USB电缆连接电脑与测试仪面板上的USB接口，见图2所示。 具体实验界面的操作以及实验案例详见安装软件上的帮助文档。 二、探究黑体辐射和距离的关系 1、按照实验一的步骤2把线连接好，连线图同图2。 2

2、将黑体热辐射测试架紧固在光学导轨左端某处，红外传感器探头紧贴对准辐射体中心，稍微调整辐射体和红外传感器的位置，直至红外辐射传感器底座上的刻线对准光学导轨标尺上的一整刻度，并以此刻度为两者之间距离零点。 3、将红外传感器移至导轨另一端，并将辐射体的黑面转动到正对红外传感器。 4、将控温表头设置在80℃，待温度控制稳定后，移动红外传感器的位置，每移动一定的距离后，记录测得的辐射强度，并记录在表3中，绘制辐射强度-距离图以及辐射强度-距离的平方图,即P-S和P-S2图。 5、分析绘制的图形，你能从中得出什么结论，黑体辐射是否具有类似光强和距离的平方成反比的规律？ 表3：黑体辐射与距离关系记录表 距离S（mm） 辐射强度P(mV) 300 280 ........ 0 注：实验过程中，辐射体温度较高，禁止触摸，以免烫伤。 三、依据维恩位移定律，测绘物体辐射强度P与波长的关系图 1、按实验一，测量不同温度时，辐射体辐射强度和辐射体温度的关系并记录。 2、根据公式3，求出不同温度时的?max。 3、根据不同温度下的辐射强度和对应的?max，描绘P-?max曲线图。 4、分析所描绘图形，并说明原因。 *四、测量不同物体的防辐射能力（选做） 1、分别测量在辐射体和红外辐射传感器之间放入物体板之前和之后，辐射强度的变化。 2、放入不同的物体板时，辐射体的辐射强度有何变化，分析原因，你能得出哪重物质的防辐射能力较好，从中你可以得到什么启发。 五、红外成像实验（使用计算机） 1、将红外成像测试架放置在导轨左边，半自动扫描平台放置在导轨右边，将红外成像测试架上的加热输入端口和传感器端口分别通过专用连线同测试仪面板上的相应端口相连；将红外传感器安装在半自动扫描平台上，并用专用连接线将红外辐射传感器和面板上的输入接口相连，用USB连接线将测试仪与电脑连接起来，如图3所示。 2、将一红外成像体放置在红外成像测试架上，设定温度控制器控温温度为60或70度等，检查连线是否无误；确认无误后，开通电源，对红外成像体进行加热。 3、温度控制稳定后，将红外成像测试架向半自动扫描平台移近，使成像物体尽可能接近热辐射3

传感器（不能紧贴，防止高温烫坏传感器测试面板）。 4、启动扫描电机，开启采集器，采集成像物体横向辐射强度数据；手动调节红外成像测试架的纵向位置（每次向上移动相同坐标距离，调节杆上有刻度），再次开启电机，采集成像物体横向辐射强度数据；电脑上将会显示全部的采集数据点以及成像图，软件具体操作详见软件界面上的帮助文档。 图3 【数据记录与数据处理】 4

【实验注意事项】 1.实验过程中，当辐射体温度很高时，禁止触摸辐射体，以免烫伤。 2.测量不同辐射表面对辐射强度影响时，辐射温度不要设置太高，转动辐射体时，应带手套。 3.实验过程中，计算机在采集数据时不要触摸测试架，以免造成对传感器的干扰。 4.辐射体的光面1光洁度较高，应避免受损。 教师评语： 1. 实验预习：（ 认真、 较认真、 一般、 较差、 很差 ）；占30% 2. 原始数据及实验结果：（ 准确合理、 较准确、 不合理 ）；占30% 3. 误差分析或作图：（ 规范、 中等、 不规范 ）；占20% 4. 卷面整洁度：（ 很好、 较好、 中等、 较差、 很差 ）；占20% 评定等级：（ ） 教师签名： 日期： 5

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