陳 華

（興義民族師范學(xué)院 貴州 興義 562400）

在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，常常會(huì)使用到光杠桿與望遠(yuǎn)鏡配合測(cè)量微變量.如楊氏模量的測(cè)量和金屬線脹系數(shù)的測(cè)量.這類實(shí)驗(yàn)的測(cè)量原理為根據(jù)光的空間傳播規(guī)律，利用光杠桿和望遠(yuǎn)鏡將難以測(cè)量的微變量放大成可觀測(cè)量進(jìn)行實(shí)驗(yàn).因此開始測(cè)量前，需要將望遠(yuǎn)鏡和光杠桿按要求調(diào)節(jié)好.如果對(duì)微變量測(cè)量原理理解不夠深入，在實(shí)驗(yàn)操作中就會(huì)出現(xiàn)調(diào)節(jié)達(dá)不到測(cè)量要求或是調(diào)節(jié)時(shí)間過長(zhǎng)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗.結(jié)合多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出了測(cè)量微變量時(shí)光杠桿的快速準(zhǔn)確調(diào)節(jié)方法.

1 測(cè)量原理及測(cè)量要求

使用光杠桿法測(cè)量微變量的測(cè)量原理圖如圖1所示.如果光杠桿的后足向上移動(dòng)一定距離Δl時(shí)，鏡面轉(zhuǎn)過角度為α，法線轉(zhuǎn)過角度也為α.讀數(shù)望遠(yuǎn)鏡中觀察到十字叉絲對(duì)應(yīng)標(biāo)尺上的讀數(shù)由A1變化為A2，微小形變量按照該測(cè)量原理，要求實(shí)驗(yàn)前應(yīng)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡與標(biāo)尺垂直、光杠桿上平面鏡位置要與望遠(yuǎn)鏡等高、且平面鏡鏡面應(yīng)該與水平面垂直.此外還需要調(diào)節(jié)好望遠(yuǎn)鏡，通過望遠(yuǎn)鏡能夠清晰地觀察到標(biāo)尺在光杠桿平面鏡中的像.

圖1 光杠桿測(cè)量原理

2 調(diào)節(jié)方法

2.1 調(diào)垂直

調(diào)節(jié)光杠桿上平面鏡鏡面與水平面垂直；調(diào)節(jié)標(biāo)尺鉛直、望遠(yuǎn)鏡水平，即是要滿足標(biāo)尺與望遠(yuǎn)鏡光軸垂直.

2.2 調(diào)等高

調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡與平面鏡位置等高.確定好望遠(yuǎn)鏡與平面鏡間的距離，上下移動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，使望遠(yuǎn)鏡上準(zhǔn)星與平面鏡上邊緣平齊，如圖2所示.

圖2 調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡與平面鏡等高

圖3 調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡 十字叉清晰

2.3 找平面鏡中標(biāo)尺的像

觀察平面鏡中是否有標(biāo)尺的像，由于鏡面很小不容易觀察，可以采用一種簡(jiǎn)便的方法來尋找.調(diào)節(jié)觀察者視線與平面鏡法線平齊，同時(shí)用一根手指在標(biāo)尺表面緩慢移動(dòng)，如果能夠在平面鏡中觀察到手指的移動(dòng)即能在平面鏡中觀察到標(biāo)尺的像.這一步調(diào)節(jié)很重要，如果這一步驟沒有調(diào)節(jié)好，那么要在望遠(yuǎn)鏡中觀察到標(biāo)尺的像就會(huì)十分困難，甚至根本找不到標(biāo)尺的像.

2.4 望遠(yuǎn)鏡聚焦調(diào)節(jié)

先調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡目鏡，使視場(chǎng)明亮、十字叉絲清晰，如圖3所示.

然后調(diào)節(jié)聚焦旋紐，同時(shí)通過目鏡觀察是否出現(xiàn)標(biāo)尺的像.調(diào)節(jié)聚焦旋紐時(shí)應(yīng)該沿順時(shí)針方向旋動(dòng)，中途不能換方向，一直旋到盡頭都未找到標(biāo)尺像時(shí)，再將聚焦旋紐沿逆時(shí)針方向旋動(dòng).

聚焦調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)圖4（a）所示的情況，通過望遠(yuǎn)鏡看到的是光杠桿下半部分，說明望遠(yuǎn)鏡位置低于平面鏡位置，這時(shí)應(yīng)該將望遠(yuǎn)鏡位置適當(dāng)調(diào)高，而光杠桿位置保持不動(dòng).

如果出現(xiàn)圖4（b）所示的情況，通過望遠(yuǎn)鏡看到的是光杠桿上半部分，說明望遠(yuǎn)鏡位置高于平面鏡位置，這時(shí)應(yīng)該將望遠(yuǎn)鏡位置適當(dāng)調(diào)低.然后繼續(xù)調(diào)節(jié)聚焦旋紐，很快就能觀察到標(biāo)尺的像了.

圖4

3 結(jié)語

本文介紹了測(cè)量微變量時(shí)光杠桿的快速準(zhǔn)確調(diào)節(jié)方法.該方法符合微變量測(cè)量原理，減少了實(shí)驗(yàn)誤差引入項(xiàng)，使測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確；并且實(shí)際操作時(shí)實(shí)驗(yàn)儀器調(diào)節(jié)簡(jiǎn)便、快捷，有效避免調(diào)節(jié)達(dá)不到測(cè)量要求或是調(diào)節(jié)時(shí)間過長(zhǎng)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗的情況發(fā)生.對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有積極的指導(dǎo)作用.

1 楊述武.普通物理實(shí)驗(yàn)1.北京：高等教育出版社，2009.159