分光计的全程有目的调节.doc

分光计的全程有目的调节分光计， 是一种重要的角度测量仪器。 可以用来测量物质反 射角、衍射角、折射率、色散率、光波波长等 1 。在使用分光 计之测量各种数据之前， 首先要掌握分光计的调节方法。 而由于 分光计的结构较复杂：有望远镜、平行光管、载物台、读数装置 四个主要部分 2 ，其中平行光管用来产生平行光，望远镜用来 观察平行光， 载物台用来放待测物体， 读数装置用来读取实验时 角度3 。另外包括各种锁紧微调螺丝、焦轮达到 19 个。学生不 容易掌握调节方法。分光计使用之前首先要达到两个平行： 出入射光都是“平行 光”，并且，这个平行光全程都要“平行”于读数刻度盘。第一 个平行：要求调节望远镜聚焦于无穷远、平行光管发射平行光 ; 第二个平行：要求调节望远镜、平行光管、载物台上表面都与分 光计中心轴垂直，即与载物台中轴垂直 4 。分光计调节顺序：先粗调，再细调，细调是由望远镜到载物 台，再平行光管。1. 粗调粗调的好坏， 往往决定了细调的效率。 所以人们也想了很多 方法改善，提高粗调的精度，比如加水准仪 56 ， 加装广角 系统，激光准直系统等 4 。只是这些方法需要新加附件，不易 推广，增加了分光仪的复杂程度。还有将载物台调到最低，强制 条平行 1 ，只是这种方法的对待测物体高度有要求。2. 细调 由于所要做实验不同，调节用光学元件有多种：平面镜，双 面平面镜，三棱镜，光栅等。2.1 调节望远镜聚焦于无穷远调节望远镜聚焦于无穷远， 指的是入射望远镜的平行光聚焦 于目镜分划板。用的是自准直法。 都是首先调节目镜没有视差后， 具体有多种调节方法：（1）按要求将光学元件放到载物台上，如图 1 所示，粗调 望远镜光轴与镜面垂直，旋转载物台，找到模糊的绿色“ +”字 叉丝像，松开目镜锁紧螺钉，伸缩目镜镜筒，至“ +”字叉丝清 晰成像于分划板上。图1 载物台上光学物品的摆放（2）将光学元件反射面紧贴在望远镜筒物镜前，如图2 所示，伸缩目镜，至“ +”字叉丝清晰成像。图2调整望远镜光轴垂直仪器主轴，要找到两次“ +”字叉丝清 晰像。对于熟练掌握分光仪调节的人来说，用第一种方法，聚焦 无限远的同时， 实现了其中一次成像。 而第二种方法在调整望远 镜光轴垂直仪器主轴时，还得再找一遍“ +”字叉丝像。对于初学者第一种方法有两个难点： （1）由于常常由于没有粗调好望远镜光轴与镜面垂直，导 致望远镜筒里找不到模糊“ +”字叉丝像 ;（2）粗调好垂直的，由于实验进度不同，有些打开了汞灯、 钠灯，这些灯光干扰，初学者不知遮挡灯光，旋转载物台时候， 非常微弱模糊的绿色“ +”字叉丝像一晃而过，就错过了。实验时有些同学卡在这一步达 40 分钟。教学体会是：不要 将两个问题，粗调垂直、聚焦无限远，放在一起解决，互相增加 难度。所以对初学者，用第二种方法，规避了灯光干扰，直接找到 “+”字叉丝像， 实现了聚焦于无穷远。 由于是清晰“ +”字叉丝 像，接下来调整望远镜光轴与镜面垂直时，只要粗调好垂直， “+”字叉丝像出现在镜筒，立刻会发现，减少了粗调难度。2.2 调节望远镜光轴与分光计中心轴垂直 调节望远镜光轴与分光计中心轴垂直， 要使两个反射面都看 到“+”字叉丝清晰像，并且与分划板上“上十字”重合。难点 是先找到像。首先看第一个反射面。 按标准要求放置好双面平面镜、 光栅 或三棱镜等，再次粗调，用肉眼观察这些物体的反射面，是否与 望远镜垂直，调节垂直。调节的结果有两个，一个看到“ +”字 叉丝像，一个看不到。看到的，只要按照“各半法”继续调节。对于初学者这时往往忽视粗调重要性， 导致不垂直。 有经验 者也有一定概率粗调失败，肉眼相对误差较大 4 。这时只有向 下或向上微调望远镜倾斜螺钉，同时旋转载物台，看不到像，再 向相反方向微调，转载物台。 7 这种微调程度方向的具有不确 定性，初学者不好把握。图3 手机辅助调节垂直示意图，及手机成像示意图 笔者从尺读度望远镜的调节得到灵感， 采用人人都有的手机 辅助。如图 3.1 所示，将手机调至白屏，放在望远镜目镜一端， 光通过望远镜筒达到反射镜面上， 旋转载物台， 利用人眼的大视 野，找到手机成像一圆形手机像素点群。如图3.2所示，人眼要在手机成像和筒内壁成像同心时， 停止移动。 这时如果人眼在目 镜水平下方，可以微调望远镜倾斜螺钉，使目镜端降一点，同时 调载物台上扬一点。各半法的一种体现。反之向相反方向调节。 总之，最后使手机成像与目镜等高。这种方法找“ +”字叉丝像 有的放矢，不需经验判断调整程度方向，学生容易掌握。旋转载物台， 找第二个十字叉丝像， 找到的继续用各半调节 法调节，如果找不到第二个叉丝像， 重复先前的步骤， 手机辅助。唯一需要注意的是， 无论怎么调节， 结果都不要使望远镜和 载物台明显脱离水平。由于不同光学元件调节不能互相代替 8 ，为了避免二次调 垂直，如果做“用最小偏向角法测三棱镜材料的折射率”实验， 就要用三棱镜调垂直，如果做 “用透射光栅测定光波波长”实 验，调垂直光学元件就要用光栅。接下来是平行光管的调节，较 简单。伸缩竖直狭缝，调好的望远镜中看到清晰像，就实现了平 行光的调节 ; 狭缝旋转九十度，调节狭缝使其与望远镜分划板中央水平线重合， 就实现了与望远镜共轴， 即与分光仪中轴线垂直 9 。3. 结论分光仪作为光学中一种重要的基础性仪器， 它结构复杂， 调 节困难。最难的是，调节望远镜与分光仪中轴线的垂直。本文通 过难点分离，手机辅助的方法，规避了找不到像的无目的状态， 实现学生全程有目的的调节。其实，所有的难点都是对初学者， 实验课短短的几小时， 不足以使学生熟练掌握一台仪器。 目前有 的虚拟现实技术， 用电脑软件架构出分光仪， 如果这种软件在有 条件的地方推广， 学生在自己的电脑上随时练习长时间， 相信这 些困难将不攻自破。