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1、. . . . .习 题 参 考 答 案以下为各章习题解析要点：第1章 1-2 （1）太阳七色光的热效应；绝对零度。 （2）是很大的数值，不能直接测量；测得的频率数值精度通常比测得的波长数值精度低。 （3）0.751000m；10。 （4）812m或814m；35m。 （5）局部充血，皮温上升。 （6）电阻值；热点。 1-3 红外辐射的波长范围是0.751000m，跨过大约10个倍频程，根据红外辐射在地球大气层中的传输特性，把整个红外辐射光谱区按波长分为四个波段：近红外波段（波长0.753m）；中红外波段（波长36m）；远红外波段（波长615m）；极远红外波段（波长151000m）。1-4 红
2、外辐射既具有与可见光相似的特性，如反射、折射、干涉、衍射和偏振，又具有粒子性，即它可以以光量子的形式被发射和吸收。同可见光相比，同时具有独有特性：（1） 必须用对红外辐射敏感的红外探测器才能探测到；（2）红外辐射的光量子能量比可见光的小；（3）红外辐射的热效应比可见光要强得多；（4）红外光谱区比可见光谱区含有更丰富的内容；（5）红外辐射更容易被物质所吸收。 1-5 红外物理与红外技术所研究的内容不同，它们是相互联系、相互依存、相互融合的，二者之间的关系既紧密联系又相互区别。 1-6 如：红外制导；红外夜视；红外通信；红外预警；隐身藏匿武器探测；红外对抗等。 1-7 如：红外测温；红外遥控；红外
3、医疗；红外遥感；红外辐射加热；红外光谱技术；红外故障诊断；红外灾害观测；建筑物检测等。第2章 2-1 辐射能: 以电磁波的形式发射、传输或接收的能量，用表示，单位是；辐射强度：描述点辐射源的辐射功率在空间不同方向上的分布特性；辐射照度：指被照表面的单位面积上接收到的辐射功率，用表示；光子辐射强度：光源在给定方向上的单位立体角内所发射的光子通量，用表示；光子辐射照度：指被照表面上某一点附近，单位面积上接收到的光子通量，用表示。 2-2 （1）扩展源辐射特性；辐射功率；。 （2）扩展源；源表面；面密度。 （3）扩展源辐射特；单位投影面积；单位立体角；。 2-3 解： 2-4 解：辐射功率与辐射通量
4、混用。辐射强度对整个发射立体角的积分，即 对于各向同性的辐射源，等于常数，则得，得。2-5 解：（1） 灯正下方照度： （2）房屋一角照度： 则： 2-6 解： 位置（1）：，位置（2）： ， 位置（3）：， 位置（4）：， 位置（5）：，2-7 解： 太阳向全空间发出的光通量: 太阳的光亮度: 由于各向同性，且，则： 如果只考虑太阳的可见光部分，可以估算其辐射亮度。太阳辐射的峰值在可见光区，可见光区的中心大约在波长0.58微米处，。 假设在可见光区,光谱光视效率的平均值 ，则有：2-8 解：（1）光源置于桌子上方2.00m时。 辐射照度:发光强度： （2）当把光源置于桌子上方3.00m时。桌
5、子中心的照度：桌子边缘距光源的距离，则 ，可得： 2-9 解：根据题意，辐射源被认为是扩展源。 光学系统接收的辐射功率为: 2-10 解：设在B点处的接收面积为B，通过的辐射通量为：在B点的辐照度为: 把B点所在平面按逆时针方向旋转，辐照度先增大后减小。 2-11 证明：圆盘目标的辐射照度为，等效辐射出射度为,进而将圆盘目标视为扩展源，则系统接收目标反射的辐射功率为: 2-12 解：朗伯辐射面在距中心处的辐通量：辐照度为: 2-13 证明：因为，且，所以：2-14 解：设在距为的点处两点辐射源产生辐射照度相等，由电辐射源辐射强度与辐射照度之间关系式和可知，当时，有：第3章3-1 （1）热辐射：
6、物体由于具有温度而辐射电磁波的现象，是自然界中普遍存在的现象，它不依赖任何外界条件而进行。 （2）辐射效率：辐射源发射的辐射通量（功率）与消耗功率之比。 （3）辐射对比度：指目标和背景辐射出射度之差与背景辐射出射度之比。 （4）灰体：物体在任何温度下所有各波长的辐射强度与绝对黑体相应波长的辐射强度比值不变。3-2 （1）化学发光；光致发光；电致发光；热辐射。 （2）紫外光；可见光；红外光；毫米波。 （3）其温度的4次方；其绝对温度的3次方。 （4）黑体；灰体；朗伯体。 3-3 黑体（或绝对黑体）是指在任何温度下都能够全部吸收任何波长入射辐射的物体。黑体辐射的规律包括： （1）黑体的光谱辐射出射
7、度随波长连续变化，且每条曲线只有一个极大值，极大值的连线近似一条直线；（2）光谱辐射出射度曲线随黑体温度的升髙而整体提髙；（3）每条光谱辐射出射度曲线彼此不相交，故温度越高，在所有波长上的光谱辐射出射度也越大；（4）随着温度的升高，黑体的辐射中包含的短波成分所占比例在增大；（5）黑体的辐射只与黑体的绝对温度有关。3-4 物体的发射率（也称为比辐射率）是指该物体在指定温度时的辐射量与同温度黑体相应辐射量的比值。该值越大，表明该物体的辐射与黑体辐射越接近。其规律包括： （1）不同类物体的发射率不同；（2）金属的发射率较低，但它随温度的升高而增高，且当表面形成氧化层时，可以成10倍或更大倍数地增高；
8、（3）非金属的发射率较高，一般大于0.8，且随温度的增加而降低；（4）金属及其它非透明材料的辐射，一般发生在表面几微米内，因此发射率是表面状态的函数，而与尺寸无关；（5）介质的光谱发射率随波长的变化而变化。在红外区域，大多数介质的光谱发射率随波长的增加而降低。3-5 黑体辐射包括： （1）基尔霍夫定律：在热平衡条件下，物体的辐射出射度与其吸收率的比值等于空腔中的辐射照度，这与物体的性质无关。物体的吸收率越大，则它的辐射出射度也越大，即好的吸收体必然是好的发射体；（2）普朗克辐射定律：该定律揭示了黑体辐射光谱的分布，波长范围包括紫外光、可见光、红外光和毫米波；（3）维恩位移定律：黑体光谱辐射出射
9、度峰值对应的峰值波长与黑体的绝对温度成反比。 3-6 解：由斯蒂芬-波尔兹曼公式有（辐射出射度）和维恩公式得：已知，得： 3-7 解： 由斯蒂芬-波尔兹曼公式得辐射出射度增加了：=则功率增加了： 3-8 解：=25+273=298K，则全辐射出射度为：由吸收率为0.4可得发射率为0.6则:3-9 解：（1） 由斯蒂芬-波尔兹曼公式得辐射出射度： （2） （3）由维恩公式，得： 3-10 解：已知，由斯蒂芬-波尔兹曼公式得辐射出射度为： 则，一分钟消耗的能量为： 每分钟消耗的液氮。3-11 证明：由，得：令，则可解得，所以：同样可得： 则： 3-12 证明：普朗克黑体辐射公式给出黑体辐射的能量分
10、布： 对所有波长求积分得到总辐射度： 查积分表得，则： 又由于波长为的光子能量为，则光子数：3-13 证明：由可得：化简得：解得：其中，则： 值得注意的是，这里的是在极大值所对应的频率下对应得到的，而维恩位移定律中得到的值是黑体光谱辐射出射度峰值对应的峰值波长，所以在相同温度下，二者不同。第4章4-1 解：准确率可达0.1%，即有效发射率为0.999。由壁的反射率=0.4，可得腔壁发射率：=1-0.4=0.6。对球形腔体，有，则，即。根据数图法，由图4-4可查出，由图4-3可得：当时，即当时，才能把空腔当做准确度可达0.1%的黑体。4-2 解：，由图4-3可查出：由，从图4-4中查出，得：则：
11、 4-3 解：（1）由题可知，。 当腔体为球形时，由于，得，由，根据数图法，由图4-4查出：。又，即，则，又，则。 （2）当腔体为球形时，由，可从图4-3中查出，则由，从图4-4中查出又得： 当腔体为圆柱形时，由，从图4-3中查出，由，从图4-4中查出又得： 当腔体为锥形时，由，从图4-3中查出，由，从图4-4中查出又得：4-4 解：对于球形腔，一级近似的有效发射率为：，由，则： 4-5 解：（1） 由黑体辐射定律， 太阳的辐射总功率为： 地球接受到的功率： 把地球看作黑体，则公式，得： （2）太阳常数： （3）地面上5000m2的区域所接收的辐射功率为：4-6 解： （1）因为，由斯蒂芬-波
12、尔兹曼公式得红外星球向立体空间的辐射出射度：则入射到红外望远镜上的辐射功率，又可得：（2）由斯蒂芬-波尔兹曼公式得大气的辐射出射度：则入射到红外望远镜上的辐射功率，所以背景辐射功率。 4-7所谓隐身飞机，就是利用各种技术减弱雷达反射波、红外辐射等特征信息，使敌方探测系统不易发现的飞机。目前，飞机隐身的方法主要有以下三个方面：一是减小飞机的雷达反射面，从技术角度讲，其主要措施有设计合理的飞机外型、使用吸波材料、主动对消、被动对消等；二是降低红外辐射，主要是对飞机上容易产生红外辐射的部位采取隔热、降温等措施；三是运用隐蔽色降低肉眼可视度。 4-8由于3-5m红外波段具有低发射率，耐高温的特点，在飞机尾焰中加入碳颗粒，可以实现光谱转换（就是采用在窗口波段发射率低而在其他大气吸收波段发射率高的材料）。第5章5-1 （1）多波长辐射测温：当采用超过两个波长来测量温度时，这种辐射测量方法被称作多波长测温。 （2）比色测温：指根据物体在两个相邻波长下的辐射能量密度之比来确定物体的温度。5-2（1）分光；棱镜；光栅。 （2）光学系统；光谱元件；探测器 ；电子部件。 （3）半球发射率；光谱发射率。 （4）色散型；傅里叶变换型红外分光。 5-3 当来自辐射源的辐射束穿过入射狭缝后，经抛物面的准直反射镜反射变成平行光束投射到平面反射镜，再被反射进入色散棱镜，
