摘 要 本文設(shè)計(jì)了一個(gè)用于熱輻射相關(guān)研究的綜合性教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以研究常見(jiàn)材料的熱輻射特性，驗(yàn)證斯蒂芬玻爾茲曼定律、輻射反平方定律、蘭貝特余弦定律和基爾霍夫定律等熱輻射基本定律。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具有功能多、精度高、成本低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)過(guò)程的自動(dòng)控制和對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，并借助計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加直觀。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以用于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

關(guān)鍵詞 熱輻射;輻射熱流傳感器;輻射率;熱輻射定律;綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

一切自身溫度大于絕對(duì)零度的物體都會(huì)向外發(fā)出熱輻射，熱輻射是唯一不需要介質(zhì)的傳熱方式[1，2]。熱輻射與熱力學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)關(guān)系緊密，也奠定了量子理論的基礎(chǔ)?；跓彷椛涞幕径桑藗儼l(fā)明的紅外測(cè)溫、紅外成像等熱輻射探測(cè)儀器在紅外隱身、導(dǎo)彈攔截、航空航天、搶險(xiǎn)救災(zāi)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[3]。

將熱輻射的基本定律納入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，但目前在國(guó)內(nèi)各高校開(kāi)設(shè)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，熱輻射相關(guān)實(shí)驗(yàn)較少，也鮮有物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器公司制作熱輻射相關(guān)教學(xué)儀器[4]。文獻(xiàn)[5]利用國(guó)外廠家的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)計(jì)了一套熱輻射基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)儀器價(jià)格昂貴、操作復(fù)雜、所涉及的熱學(xué)定律少，不利于在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中大規(guī)模使用。

針對(duì)以上問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一套低成本的研究熱輻射基本定律的多功能綜合性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)不僅可以很好地驗(yàn)證斯蒂芬玻爾茲曼定律、輻射反平方定律、蘭貝特余弦定律、基爾霍夫定律等熱輻射基本定律，還可以研究常見(jiàn)材料的熱輻射特性。通過(guò)采用 PID 控溫儀和數(shù)據(jù)采集器，該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了儀器的自動(dòng)控溫、計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加直觀，操作更加便捷。