2热辐射(修改xin).doc

设计性实验-传 感 器 部 分传感器二、热辐射铝立方腔体有四个测面分别为黑面，白面，抛光铝面以及有洞磨砂铝面。该立方体被加热到大约90摄氏度时，比较有洞磨砂铝表面的腔体热辐射情况与可见光在表面反射情况的不同。另外，也可以比较不同颜色的表面腔体热辐射情况的不同。本实验利用红外光和可见光传感器对加热的铝立方腔体四个不同测面的腔体热辐射情况与可见光在表面反射情况进行电脑监控和数据采集。通过“Datastudio”软件进行分析和处理，来研究腔体的热辐射特性。1、实验目的本实验目的通过测量加热的铝立方腔体四个不同测面的腔体热辐射情况与可见光在表面反射情况，来研究腔体的热辐射特性。2、实验仪器ScienceWorkshop接口，腔体热辐射实验仪，60 厘米光学导轨，红外光传感器，光传感器，热敏电阻温度传感器，功率放大器，光阑底架，线性运动附件，转动传感器3、实验原理热辐射是物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。热量传递的3种方式之一。一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射，温度愈高，辐射出的总能量就愈大，短波成分也愈多。热辐射的光谱是连续谱，波长覆盖范围理论上可从0直至，一般的热辐射主要靠波长较长的可见光和红外线传播。一物体的热幅度量I满足以下公式：(1)其中s是斯蒂芬一玻尔兹曼常数(5.6703x10-8), T是物体的绝对温度, e是表面辐射系数. 一般来说, e 1. 对于一个完美的辐射体, e = 1.最强辐射所对应的波长由下式给出(2)其中T是物体的绝对温度。4、实验内容1）仔细阅读PASCO综合光学实验中相关仪器的说明书，了解DataStudio 软件的使用方法。2）正确连接计算机、ScienceWorkshop接口及传感器；打开ScienceWorkshop接口，然后打开计算机。3）双击电脑上DataStudio 图标，打开软件，创建新的实验项目，进行ScienceWorkshop接口和传感器的参数设置(必要时可进行传感器初始化校正)。4）将装有旋转运动传感器的线性运动附件安置在光轨的一端，将安装了光阑底架的红外光传感器插于旋转运动传感器上的夹槽中。把腔体热辐射实验仪安装在光轨上。调整红外光传感器的高度，使之与腔体热辐射实验仪上腔体中心高度相匹配。把旋转运动传感器插入ScienceWorkshop 750接口的通道1和2，另外将红外光感应器插入通道A（红外光传感器增益开关设置为x10倍，如果超出测量范围，则把增益开关降低到x1倍）。5）把热敏电阻温度传感器的DIN连接器插入ScienceWorkshop 750接口的通道B上。并将连接热敏电阻温度传感器的红色和黑色电缆插入上的腔体热辐射实验仪侧面的位置较高的白色插孔中。6）将电源关闭之后，功率放大器上的DIN连接器插入到ScienceWorkshop接口的通道C上。用导线将功率放大器的输出通道与腔体热辐射实验仪侧面的位置较低的红色插孔相连。7） 打开功率放大器（开/关开关位于背后）。然后利用软件双击进入功率放大器的设置窗口，将电源电压设置为10V，点击软件上的“ON”按键，让立方体加热约15分钟，然后降低电压至8V，监测温度（用软件打来温度数字表），不要让其超过100 oC。8） 当腔体已经达到热平衡时，旋转立方体，使其有洞磨砂铝表面正对着红外光传感器。调节立方体侧面与传感器距离约2cm厘米。（这一部分实验可以在有光的房间进行，但是，不能有窗口或另外的光源进入光传感器。）9） 红外光或光传感器用于测量由热辐射产生或反射的光强变化。带有线性运动附件的旋转运动传感器用于测量光强变化时所对应相对位置。利用软件测量和绘制光强随位置变化的数据表格和图线。10）红外传感器从立方腔体左边或右边2cm处开始扫描。设置好线性运动附件上旋转运动传感器的起始位置，按下红外光传感器上的“清零”按键进行清零。推动旋转运动传感器带动红外光感应器扫描过立方体的一个侧面。旋转速度不要太慢，因为红外光感应器也会热起来。记录该立方腔体的温度。利用公式（2）计算辐射最强所对应的波长。11） 分别旋转到立方体黑色，白色，抛光铝三个侧面重复步骤9）,10）的操作，每次应从同一位置开始按扫描并进行红外光传感器的清零。12） 用光传感器代替红外光传感器时，拿掉光阑支架，防止立方体被其阴影遮住。在光传感器后面放一个光源，使其光照在立方体表面反射回光传感器（设置x10倍的光传感器增益）。调整光传感器的高度，使之与腔体热辐射实验仪上腔体中心高度相匹配。并调整每次从同一位置开始按扫描。（这一部分实验可以在有光的房间进行）重复对四个不同表面的扫描。13） 对上述几种情况得到的数据和图形进行比较，自行设计数据表格及数据处理过程。要求：充分利用计算机软件处理优势，有图形有数据有表格，设计合理，数据处理正确。NOTE注意事项1）根据说明书正确使用仪器，严禁鲁莽操作，以免损坏仪器。2）实验中立方体是在实验过程中非常热。从来没有接触它。当旋转的立方体，请使用下面的立方体塑料旋钮。3）请勿使功率放大器的电源电压设置超出规定范围，以免造成仪器损坏。5、本实验可入手的创新点1） 思考热辐射公式中几个物理量对辐射量有什么影响？实验中那些参数能证明你所总结的规律？2） 相同表面时红外辐射强度与可见光反射强度存在什么样的相互联系？实验中不同表面时的红外辐射情况有什么不同？而不同表面时的可见光反射情况呢？是否有规律可寻？（例如：磨砂铝，黑，抛光铝，白四个不同表面。其中哪个发出的辐射量最多的？其中哪个发出的辐射量最少？）3） 生活中或生产中那些测量应用到热辐射现象？尝试找出这些现象？利用本套热辐射实验系统是否能完