馮隆林，李志坤

(淮陰工學(xué)院，江蘇 淮安 223003)

拉伸法測金屬絲楊氏模量實驗是理工科大學(xué)物理實驗中的一個重要實驗［1-2］。目前，已經(jīng)有很多人對該楊氏模量實驗調(diào)節(jié)技巧進行了研究［3-9］，探討的內(nèi)容大多是先目測粗調(diào)，然后再通過望遠鏡細調(diào)。但是對細調(diào)過程中望遠鏡調(diào)焦手輪應(yīng)作如何調(diào)節(jié)，則未予以討論，這就導(dǎo)致了學(xué)生在調(diào)節(jié)望遠鏡調(diào)焦手輪時候，無法確定該是順時針還是逆時針轉(zhuǎn)動，從而使調(diào)節(jié)變得非常盲目。從尺讀望遠鏡內(nèi)部結(jié)構(gòu)和成像原理的角度，分析在不同情況下應(yīng)該如何調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)望遠鏡調(diào)焦手輪。使學(xué)生在調(diào)節(jié)的時候具有明確的目的性，減少不必要的時間浪費。

1 尺讀望遠鏡內(nèi)部結(jié)構(gòu)

尺讀望遠鏡由目鏡、分劃板、物鏡和調(diào)焦透鏡組成。目鏡是由兩塊凸透鏡組成的透鏡組;物鏡是有焦距比較大的凸透鏡構(gòu)成;調(diào)焦透鏡是有一塊凹透鏡組成。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 尺讀望遠鏡內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

調(diào)焦透鏡通過齒輪與調(diào)焦手輪聯(lián)系起來，并且調(diào)焦手輪順時針轉(zhuǎn)動時調(diào)焦透鏡向分劃板移動，逆時針轉(zhuǎn)動時調(diào)焦透鏡向物鏡移動。在該系統(tǒng)中分劃板和物鏡的位置固定不變，即遠處的物體在望遠鏡中所成的實像位置不變。

2 尺讀望遠鏡的成像原理分析

在該望遠鏡系統(tǒng)中，遠處的物體經(jīng)過物鏡(凸透鏡)和調(diào)焦透鏡(凹透鏡)兩次成像后，在分劃板上成立清晰的像，實現(xiàn)對物體的測量，示意圖如圖2所示。

圖2 望遠鏡成像原理示意圖

首先分析遠處物體在物鏡(凸透鏡)成像規(guī)律。設(shè)物鏡焦距為f1，物鏡對應(yīng)的物距、像距分別為u1、v1，并且 u1遠大于2f1。由透鏡成像公式得像距v1表達式，且f1＜v＜2f1。

由此表達式可以看出像距隨物距的增大而減小，換句話說，物體離物鏡越遠，其所成的像離物鏡越近，如圖2所示。

其次分析經(jīng)過調(diào)焦透鏡(凹透鏡)成像規(guī)律。由于要對物體進行測量，則通過凹透鏡所成的像應(yīng)該是實像并且位置只能在分劃板上。所以凹透鏡成像時對應(yīng)的物體應(yīng)在透鏡的出射光線一則，即對應(yīng)的物體應(yīng)是虛物，如圖2所示。以下分析物體到分劃板的距離與凹透鏡像距的關(guān)系。假設(shè)凹透鏡的焦距為f2;物體到分劃板的距離為x;由于凹透鏡成像置固定，所以像距就是凹透鏡到分化板的距離v2;則凹透鏡成像時的物距為:－u2=－(v2－x);根據(jù)凹透鏡成像公式:

得像距v2與物體到分劃板的距離x之間的關(guān)系:

解此方程，得解v2為:

其中根據(jù)符號法則，對本次凹面鏡成像中的像距v2應(yīng)大于零，故表達式中只取正號。由此公式可以看出v2隨著x增大而增大。所以當(dāng)物體與分劃板距離變大時，對應(yīng)的像距v2會變大，要想看到該物體必須使凹透鏡遠離分劃板。反之則應(yīng)將凹透鏡靠近分劃板。

綜上所述，物體距離望遠鏡越遠，在物鏡中所成的像到分劃板的距離越大，要想看到此物體，應(yīng)將調(diào)焦透鏡移向物鏡，需要逆時針調(diào)節(jié)調(diào)焦手輪。反之，如要看清近處的物體，應(yīng)順時針調(diào)節(jié)調(diào)焦手輪使調(diào)焦透鏡移向分劃板。

3 望遠鏡調(diào)節(jié)步驟

首先，目測粗調(diào)。使望遠鏡軸線處于水平狀態(tài)，并與鏡面中心等高，與鏡面垂直。沿著望遠鏡鏡筒外表面的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)觀察平面鏡時，能夠看到清晰的標(biāo)尺像。

其次，調(diào)節(jié)目鏡直至清晰地觀察到分劃板上的分劃線。然后仔細觀察標(biāo)尺前后環(huán)境物體以作調(diào)節(jié)參考。

再次，調(diào)節(jié)調(diào)焦手輪直至從望遠鏡中清晰地觀察到環(huán)境中的物體，然后根據(jù)物體與標(biāo)尺位置的遠近，調(diào)節(jié)調(diào)焦手輪。如果物體比標(biāo)尺遠則應(yīng)逆時針旋轉(zhuǎn)調(diào)焦手輪，反之，則應(yīng)順時針調(diào)節(jié)調(diào)焦手輪，直至在分劃板上看到清晰的標(biāo)尺像。此時望遠鏡調(diào)焦工作完畢。然后根據(jù)成倒立實像的關(guān)系，對標(biāo)尺進行上下左右調(diào)節(jié)，將其調(diào)到合適位置，即可進行實驗測量。

4 結(jié) 論

通過對尺讀望遠鏡結(jié)構(gòu)和成像原理的分析，掌握在觀察不同遠近物體時，如何改變調(diào)焦透鏡(凹透鏡)的位置，即如何轉(zhuǎn)動調(diào)焦手輪。使學(xué)生在做拉伸法測楊氏模量實驗時，對尺讀望遠鏡的調(diào)節(jié)具有明確的目標(biāo)，做到有的放矢，避免盲目，加快調(diào)節(jié)速度，節(jié)省實驗時間，提高實驗效率，達到事半功倍的效果。

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