学科发展与专业建设的内涵与未来五年规划.pptx

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1、基本物理量测量之基本物理量测量之发光强度的测量发光强度的测量 物理实验教学中心 一、实验目的一、实验目的n了解坎德拉的历史演变过程了解坎德拉的历史演变过程n加深对光强度加深对光强度坎德拉的定义坎德拉的定义的理解的理解n熟悉常用测量光强度的几种方法熟悉常用测量光强度的几种方法n掌握利用掌握利用法测量光强度的方法法测量光强度的方法物理实验教学中心二、坎德拉的历史第一阶段 烛光的诞生与演变 用特制的蜡烛作为光度基准复现发光强度单位烛光1881年国际电工技术委员会批准烛光为国际标准，将烛光定义为1磅鲸脑油制成6支蜡烛，蜡烛以每小时120格令（1格令约等于0.0648克）的速度燃烧时，在火焰水平方向的发

2、光强度为1烛光。n19世纪初，出现用菜子油作为燃料的卡索尔灯，用来代替烛光复现光强单位，其发光强度约为10烛光。1884年亥夫纳设计了用醋酸戊脂做燃料的亥夫纳灯作为德国和一些欧洲国家的官方标准。1898年英国用戊烷灯作为国家标准。卡索尔灯第二阶段 铂凝固点黑体基准的建立n1879年维奥列建议用处于凝固过程的1cm2纯铂表面的发光强度作为标准。这是白炽光度标准的先声，较之火焰标准有了科学依据。n1889年国际电工委员会采样维奥列标准，用它的发光强度的1/20作为发光强度的单位，叫做“小数烛光”。n1900年普朗克定律的发现，为新的光度标准提供了理论依据。1948年国际照明委员会用坎德拉代替小数烛

3、光。n1948年国际计量大会对坎德拉的定义做出决议，坎德拉坎德拉为发光强度的单位，为发光强度的单位，它的大小是这样确它的大小是这样确定的，处在铂凝固定的，处在铂凝固温度的全辐射体的温度的全辐射体的亮度是亮度是60坎德拉每坎德拉每平方厘米。平方厘米。铂凝固点黑体光度基准原理图1967年第13届国际计量大会决定将坎德拉定义改述为：坎德拉是在坎德拉是在101325帕的压力下，处于铂凝帕的压力下，处于铂凝固温度黑体固温度黑体1/600000平方米表面在垂直方向上的平方米表面在垂直方向上的发光强度。发光强度。第三阶段 依据Km值重新定义坎德拉n1962年国际光度和辐射度委员会采用固定单色辐射光视效能的办

4、法来确定光度量的单位。为此，根据明视觉最大光谱光视效能值，即Km值重新定义坎德拉。n1979年，国际计量大会对坎德拉的定义为：坎德拉是发出频率为5401012Hz的光源在给定方向的发光强度，该光源在此方向上的辐射强度为1/683W/sr。二、光辐射度量基准的实现方法光辐射度量基准基准的实现方法 标准辐射源法 标准探测器法 黑体辐射源法电替代绝对辐射法硅光电二极管自校准法量子效率绝对测量法三、光强测量方法n微弱光强的测量方法 锁相放大法选频放大器相敏检波器PSD移相器低通滤波器输出待测信号参考信号微弱光强光电转换中等光强的测量方法基准器n作为光强单位的基准器应满足的条件作为光强单位的基准器应满足

5、的条件:.具有一定的强度和光谱功率分布具有一定的强度和光谱功率分布.具有很好的重复性，长时间点燃其光强数值具有很好的重复性，长时间点燃其光强数值保持不变保持不变.制备及使用方便制备及使用方便光度学测光强方法：光度学测光强方法：n目视法（主观测量法）目视法（主观测量法）n光电法（客观测量法）光电法（客观测量法）目视光度计的制作原理：目视光度计的制作原理：n目视法主要利用人的眼睛对光敏感强，它目视法主要利用人的眼睛对光敏感强，它能精确判断相邻二个表面的亮度是否相同。能精确判断相邻二个表面的亮度是否相同。目视光度计就是基于之一特点而制成的目视光度计就是基于之一特点而制成的目视法测量的要求：目视法测量

6、的要求：要求两灯的色温相同或相近要求两灯的色温相同或相近(相差在相差在100K100K以下以下)n目视光度计的工作原理：目视光度计的工作原理：1.1.结构与原理结构与原理:如图如图L L1 1 L L2 2为二个光源为二个光源,L,L1 1光强已光强已 知知,L,L2 2待测光源待测光源,D,D为白色漫射屏为白色漫射屏 (涂涂MgOBaSOMgOBaSO4 4)M)M1 1M M2 2为反射镜或全为反射镜或全 反射棱镜，反射棱镜，P P为光度头为光度头,使使L L1 1L L2 2经经 D D反射来的光线在目镜反射来的光线在目镜E E的视场内的视场内 造成两个相邻的像造成两个相邻的像.n目视法

7、测光强：目视法测光强：按图将按图将L L1 1、L L2 2和均放在光具座上，在定色温和均放在光具座上，在定色温的同时，改变的同时，改变L L1 1和和 L L2 2与漫射屏与漫射屏D D的距离的距离,使漫射屏两使漫射屏两侧的照度一样侧的照度一样(此时图内二个视线的界线消失此时图内二个视线的界线消失),),若若L L1 1L L2 2近似为点光源近似为点光源,则由距离平方反比定律有则由距离平方反比定律有:注意注意:1.1.目视法作光度测量方便目视法作光度测量方便,但只能对同色温但只能对同色温灯比较时精度高灯比较时精度高,异色温误差较大异色温误差较大.2.2.测量时的照度为测量时的照度为20-3

8、0lx20-30lx，过高、过低均，过高、过低均影响测量精度。影响测量精度。3.3.可同时定色温和测光强。可同时定色温和测光强。光电法测光强（本实验采用的方法本实验采用的方法）n光电池的工作原理与特光电池的工作原理与特性：性：工作原理工作原理:光生伏特效应光生伏特效应（内光电效应（内光电效应:光电池受光电池受光照射就会产生电势差光照射就会产生电势差)最大特点是最大特点是:不需外加工不需外加工作电压作电压光电法测光强的方法与步骤：光电法测光强的方法与步骤：1.示意图如下：示意图如下：标准光源待测光源n2.测量原理：测量原理：Ls照射硒照射硒(Se)光电池时有光电池时有 电流电流表的读数为表的读数

9、为 ,Lx照射硒照射硒(Se)光电池时光电池时有有 电流表的读数为电流表的读数为 ,若若 则则有有 即即 3.测量步骤测量步骤:n按按1中的示意图装好器材中的示意图装好器材n让让Ls照射硒照射硒(Se)光电池光电池,记下光电流读数记下光电流读数A,此时的此时的照度为照度为:n将光电池旋转将光电池旋转 ,让让Lx照射硒照射硒(Se)光电池调节光电池调节 ,使光电流的大小值为使光电流的大小值为A,此时的照度为此时的照度为:n n利用公式利用公式 计算出待测灯光强计算出待测灯光强 4.注意事项注意事项:Ls、Lx、V()修正滤光片、修正滤光片、Se光电池的光心光电池的光心在同一直线上在同一直线上rs

10、10Ls rx 10Lx Ls、Lx灯在额定电压下工作灯在额定电压下工作测量时灯应先通电测量时灯应先通电5-15分钟，光电池半小时分钟，光电池半小时漂移至稳定后读数漂移至稳定后读数5.5.光电法测量的特点：光电法测量的特点：比目视法精度高，仪器适当精度可达比目视法精度高，仪器适当精度可达0.1%0.1%测量同色温光源也可测量异色温光源的光测量同色温光源也可测量异色温光源的光强强测量时间短，使用方便测量时间短，使用方便但不能确定色温但不能确定色温 数据处理n测量结果的修正：测量结果的修正：因加因加V V()修正滤光片后修正滤光片后SeSe光电池光电池S S()与与V V()接近接近但仍有偏离，对异色温光源测量时，要进行修正，但仍有偏离，对异色温光源测量时，要进行修正，经修正后有：经修正后有：修正系数修正系数 思考题n简述光强单位坎德拉的历史。n比较目视法与光电法测量光强的优缺点。n光电测量法中滤光片的作用是什么？