許 飛，羅鍛斌

（華東理工大學(xué)，上海 200237）

分光計(jì)是一種精確測(cè)量角度的光學(xué)儀器，可以用來(lái)測(cè)量三棱鏡的頂角、最小偏向角、光柵的衍射角等，并通過角度測(cè)量來(lái)測(cè)定其他一些光學(xué)量，如棱鏡玻璃的折射率、光柵常量、光波的波長(zhǎng)等［1－2］。同時(shí)，分光計(jì)也是攝譜儀、單色儀等光譜分析儀器的重要部件。分光計(jì)比較精密，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，使用時(shí)必須嚴(yán)格按照一定的步驟進(jìn)行調(diào)整，才能得到較高精度的測(cè)量結(jié)果［3］。分光計(jì)的調(diào)整原理、方法和技巧，在光學(xué)儀器中具有一定的代表性。因此分光計(jì)的調(diào)整與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)是所有大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中不可或缺的基本實(shí)驗(yàn)，學(xué)會(huì)對(duì)它的調(diào)整和使用方法有助于掌握更為復(fù)雜的光學(xué)儀器［1，4］。

1 分光計(jì)實(shí)驗(yàn)要求

在分光計(jì)的調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)中，要求學(xué)生做到：（1）望遠(yuǎn)鏡聚焦無(wú)窮遠(yuǎn)，即接收平行光；（2）望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計(jì)的中心軸相互正交；（3）平行光管出射平行光，其光軸與分光計(jì)的中心軸線相互正交；（4）望遠(yuǎn)鏡與平行光管等高共軸［5］。在這些要求中，望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計(jì)的中心軸相互正交這一要求是學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作中的難點(diǎn)。如果沒有相對(duì)簡(jiǎn)單有效的實(shí)驗(yàn)方法和技巧，學(xué)生很難在規(guī)定的有限實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容［6］。也正是如此，很多同行在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中總結(jié)了不少分光計(jì)實(shí)驗(yàn)中如何快速調(diào)節(jié)的實(shí)驗(yàn)方法和技巧［7］，其中既有通過光路分析或者建模討論有效的調(diào)節(jié)方法［8－12］，也有對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)［13－15］，包括利用輔助裝置等以提高調(diào)節(jié)速度［16］。同時(shí)介紹了一些方法。根據(jù)這些方法，方便了學(xué)生對(duì)儀器的調(diào)節(jié)，提高了實(shí)驗(yàn)效率，同時(shí)也加深了學(xué)生對(duì)一些實(shí)驗(yàn)方法和技巧的理解掌握。

2 分光計(jì)調(diào)節(jié)

對(duì)于分光計(jì)調(diào)節(jié)中的難點(diǎn)，即望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計(jì)的中心軸相互正交，要求學(xué)生遵循先“粗調(diào)”后“細(xì)調(diào)”的原則。所謂“粗調(diào)”，就是在“細(xì)調(diào)”之前，先通過相關(guān)調(diào)節(jié)，讓載物臺(tái)和自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡水平。在“粗調(diào)”這一環(huán)節(jié)，增加了輔助儀器：水準(zhǔn)儀?！按终{(diào)”步驟如下：（1）先把水準(zhǔn)儀放在自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡鏡筒上，如圖1所示，通過望遠(yuǎn)鏡傾斜度調(diào)節(jié)螺絲讓水準(zhǔn)儀的氣泡居中（平行光管的水平調(diào)節(jié)也可通過這種方式進(jìn)行）；（2）把水準(zhǔn)儀放在載物臺(tái)上，水準(zhǔn)儀與載物臺(tái)水平調(diào)節(jié)螺絲的a、b、c的相對(duì)位置如圖2所示，先調(diào)節(jié)圖2（a）中的a讓載物臺(tái)水平，再將水準(zhǔn)儀轉(zhuǎn)90度（圖2（b）），調(diào)節(jié)a和c讓載物臺(tái)水平；直至載物臺(tái)兩個(gè)方向均水平。

圖1 水準(zhǔn)儀輔助望遠(yuǎn)鏡水平調(diào)節(jié)

圖2 水準(zhǔn)儀輔助載物臺(tái)水平調(diào)節(jié)

完成上述“粗調(diào)”后，用三棱鏡置于載物臺(tái)上，很快便可在望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)中看到綠色小十字的像。接著利用三棱鏡完成“細(xì)調(diào)”。三棱鏡的放置如圖3所示，其中三棱鏡AB面為打磨面，其他兩面為光滑鏡面。三棱鏡放置時(shí)，使載物臺(tái)下的三個(gè)螺絲a、b、c中每?jī)蓚€(gè)的連線與三棱鏡的鏡面正交，如圖3所示。

圖3 “細(xì)調(diào)”過程中三棱鏡的放置

放松控制游標(biāo)盤（連同載物臺(tái)）轉(zhuǎn)動(dòng)的制動(dòng)螺絲，轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤（連同載物臺(tái)）使三棱鏡的兩個(gè)鏡面分別正對(duì)望遠(yuǎn)鏡，在保證前面“粗調(diào)”完成的基礎(chǔ)上，在望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)中均可看到三棱鏡的兩個(gè)鏡面分別反射回來(lái)的綠色小十字的像，它與分劃板上部的十字絲一般并不重合。假如圖4是三棱鏡AC面反射回的綠色小十字像，通過仔細(xì)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤，使得小十字調(diào)至視場(chǎng)中央并且與豎的準(zhǔn)線重合，如圖4（a）。然后采用“減半逐步逼近調(diào)節(jié)法”進(jìn)行“細(xì)調(diào)”：調(diào)整望遠(yuǎn)鏡高低傾斜螺絲，使兩水平線的間距由h減半縮小為h／2，如圖4（b）所示；然后調(diào)節(jié)該三棱鏡鏡面AC下方載物臺(tái)下的水平調(diào)節(jié)螺絲，使兩水平線“完全重合”，如圖4（c）所示。再轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤（連同載物臺(tái)），使三棱鏡BC面對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，以同樣方法調(diào)整成“完全重合”。通過上述步驟反復(fù)調(diào)整AC面、BC面反射回來(lái)的小十字像，直到三棱鏡不論哪一面對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡時(shí)，反射回來(lái)的小十字像均能和分劃板準(zhǔn)線的上部十字線重合為止。這時(shí)望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計(jì)中心軸線已經(jīng)完全正交了。

圖4 “細(xì)調(diào)”過程中的“減半逐步逼近方法”

3 結(jié) 論

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，在“粗調(diào)”過程中引入水準(zhǔn)儀的輔助調(diào)節(jié)，在“細(xì)調(diào)”過程中，利用三棱鏡和減半逐步逼近的調(diào)節(jié)方法，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中能夠較快地（一般在十幾分鐘內(nèi)）完成分光計(jì)的調(diào)節(jié)，從而有更充足的時(shí)間進(jìn)行后續(xù)的如頂角、最小偏向角測(cè)量等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

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