葛　強(qiáng)，鄭發(fā)農(nóng)，郝　霞

（安徽工程大學(xué)　數(shù)理學(xué)院，安徽　蕪湖　241000）

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目視旋轉(zhuǎn)軌跡法快速調(diào)節(jié)分光計自準(zhǔn)

葛強(qiáng)，鄭發(fā)農(nóng)，郝霞

（安徽工程大學(xué)數(shù)理學(xué)院，安徽蕪湖241000）

摘要：分光計的自準(zhǔn)調(diào)節(jié)是實驗教學(xué)中的重點和難點.本文基于分光計的調(diào)整及三棱鏡頂角的測定實驗的教學(xué)心得，介紹了目視旋轉(zhuǎn)軌跡法快速調(diào)節(jié)分光計的自準(zhǔn)，具有較好的實驗效果，值得在實驗教學(xué)中推廣.

關(guān)鍵詞：分光計；調(diào)節(jié)自準(zhǔn)；調(diào)節(jié)技巧；目視旋轉(zhuǎn)軌跡法

1　引言

分光計是一種能夠精確測量光線偏轉(zhuǎn)角度的典型光學(xué)儀器，也稱測角儀，是光學(xué)實驗中的基本儀器之一[1-3].光學(xué)中的許多基本物理量，例如光波波長﹑折射率﹑光柵常數(shù)等數(shù)據(jù)的測量都可以直接地或間接地通過測量光線的偏轉(zhuǎn)角來實現(xiàn).使用分光計時必須經(jīng)過一系列的精細(xì)的調(diào)整才能得到準(zhǔn)確的結(jié)果，它的調(diào)整技術(shù)，尤其是分光計的自準(zhǔn)調(diào)節(jié)，是光學(xué)實驗中的基本技能之一，是教學(xué)中的重點，也是難點，必須正確掌握.為快速調(diào)節(jié)分光計,張淑麗等[4-5]雖提出了一些調(diào)節(jié)的新方法，但是缺乏調(diào)節(jié)的理論依據(jù)，描述的實驗過程也存在一定問題.廖艷林等[6]在分析光路結(jié)構(gòu)和合理假設(shè)的基礎(chǔ)上提出了一種快速調(diào)節(jié)分光計自準(zhǔn)的方法，但是提出的方法過于抽象，不容易理解，并不能達(dá)到想要的教學(xué)結(jié)果.本文主要講述用分光計測量三棱鏡頂角實驗中的教學(xué)心得，介紹了目視載物臺旋轉(zhuǎn)軌跡法，快速調(diào)節(jié)分光計自準(zhǔn)，具有較好的教學(xué)效果.

2　分光計的結(jié)構(gòu)

分光計主要由望遠(yuǎn)鏡﹑平行光管﹑載物臺﹑讀數(shù)圓盤和底座五部分組成.如圖1所示為分光計的外形圖.

（1）底座.底座的中心有一豎軸，望遠(yuǎn)鏡和讀數(shù)圓盤可繞該軸轉(zhuǎn)動，該軸也稱為儀器的中心軸或主軸.

（2）平行光管.平行光管是產(chǎn)生平行光的裝置，管的一端安裝有會聚透鏡，另一端是帶有狹縫的圓筒，狹縫寬度可以根據(jù)需要自行調(diào)節(jié).

（3）望遠(yuǎn)鏡.實驗觀測用，由目鏡系統(tǒng)和物鏡組成，為了調(diào)節(jié)和測量，物鏡和目鏡之間還裝有十字分劃板，它們分別置于內(nèi)管﹑外管和中管內(nèi)，三個管彼此可以相互移動，也可以用螺釘鎖定.如圖2所示為望遠(yuǎn)鏡的結(jié)構(gòu)，在中管的分劃板下方緊貼一塊45°全反射小棱鏡，棱鏡與分劃板的粘貼部分涂成黑色，僅留一個綠色的小十字窗口.光線從小棱鏡的另一直角邊入射，從45°反射面反射到分劃板上，透光部分便形成一個在分劃板上的明亮的十字窗.

圖1　分光計外形圖

圖2　望遠(yuǎn)鏡的結(jié)構(gòu)

（4）載物臺.載物臺用來放置平面鏡﹑棱鏡等光學(xué)元件用.臺面下三個螺釘可調(diào)節(jié)臺面的傾斜角度，平臺的高度可旋松螺釘升降，調(diào)到合適位置再鎖緊螺釘.

（5）讀數(shù)圓盤.讀數(shù)圓盤是讀數(shù)裝置，由可繞儀器主軸轉(zhuǎn)動的刻度盤和游標(biāo)盤組成，刻度盤上刻有720條等分刻線，分度值為30′.在游標(biāo)盤對稱方向設(shè)有兩個角游標(biāo)，游標(biāo)上有30條分刻線，分度值為1′.讀數(shù)時，需要讀出兩個游標(biāo)的數(shù)值，然后取平均值，這樣可消除刻度盤和游標(biāo)盤的圓心與儀器主軸的軸心不重合所引起的偏心誤差.

讀數(shù)方法與游標(biāo)卡尺相似，這里讀出的是角度.讀數(shù)時，以角游標(biāo)零線為準(zhǔn)，先讀出刻度盤上的整數(shù)刻度值，再讀出游標(biāo)上與刻度盤上剛好重合的刻線所對應(yīng)的分度值.如果游標(biāo)零線落在半度刻線之外，則讀數(shù)應(yīng)加上30′.

3　分光計的調(diào)整步驟和技巧

分光計的調(diào)整主要分成兩個部分，望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和分光計的調(diào)節(jié)自準(zhǔn)，其中分光記的調(diào)節(jié)自準(zhǔn)即是實驗的重點也是實驗的難點.

3.1望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的調(diào)節(jié)

（1）視場清晰.調(diào)節(jié)目鏡視度手輪，使得視場中的十字叉絲清晰.

（2）望遠(yuǎn)鏡焦距適中.松開望遠(yuǎn)鏡的緊固螺釘，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡目鏡鏡筒的前后距離，使得望遠(yuǎn)鏡的焦距適中.

（3）望遠(yuǎn)鏡鏡筒光軸高低調(diào)節(jié).調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸的高低控制螺釘，使得望遠(yuǎn)鏡的光軸大致水平.

（4）望遠(yuǎn)鏡鏡筒水平位置適中.手持望遠(yuǎn)鏡鏡筒下方的三角形支架位置，左右移動，使得望遠(yuǎn)鏡鏡筒處在的最佳觀察角度.

3.2旋轉(zhuǎn)法快速調(diào)節(jié)分光計的自準(zhǔn)

（1）望遠(yuǎn)鏡成像無窮遠(yuǎn).手持小平面鏡，將平面鏡扣在望遠(yuǎn)鏡目鏡套筒上，這時在視場的中會出現(xiàn)綠色小十字，如圖3所示.松開調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡目鏡套筒的緊固螺釘，調(diào)節(jié)目鏡套筒的前后距離，使得綠色小十字最清晰，此時望遠(yuǎn)鏡成像無窮遠(yuǎn).

圖3　從目鏡中看到的視場

（2）粗調(diào)載物臺水平.調(diào)節(jié)載物臺下的三個螺釘，使得他們伸出的長度大致相同，將載物臺面頂起一定高度.松開游標(biāo)盤止動螺釘，旋轉(zhuǎn)游標(biāo)盤，并使得載物臺在游標(biāo)盤的帶動下一起轉(zhuǎn)動.

目光與載物臺面持平，容易觀察到載物臺面邊沿的運動軌跡.若載物臺面與中心軸垂直，則觀察到的載物臺轉(zhuǎn)動側(cè)視如圖4a所示.若載物臺面與中心軸不垂直，載物臺轉(zhuǎn)動側(cè)視如圖4b所示；若將目光與載物臺面成一個比較小的角度，斜視載物臺面，則可以看到載物臺面所成橢圓的短軸及方位會隨著轉(zhuǎn)動而變化，如圖4c所示；調(diào)節(jié)相應(yīng)的螺釘，使得載物臺面轉(zhuǎn)動時側(cè)視圖不再變化即可使得載物臺面與中心軸垂直.

分光計的自準(zhǔn)調(diào)節(jié)最關(guān)鍵是使得載物臺面和中心軸垂直，根據(jù)載物臺面轉(zhuǎn)動側(cè)視圖可以很快判斷載物臺與中心軸的垂直情況.

圖4　載物臺轉(zhuǎn)動時側(cè)視圖

（3）細(xì)調(diào)載物臺水平.如圖5所示，將平面鏡放置在載物臺上，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸高低位置適中，使得載物臺旋轉(zhuǎn)180度前后，視場中均可見綠色小十字，之后用減半逐步逼近法[7]，每次將載物臺支撐螺釘（離望遠(yuǎn)鏡最近的螺釘）和望遠(yuǎn)鏡高低螺釘各調(diào)一半，使得旋轉(zhuǎn)后兩面的綠色小十字慢慢靠近，最后在視場中大致處在同一水平位置，分光計也就達(dá)到自準(zhǔn)狀態(tài).

圖5　載物臺上雙面鏡放置的俯視圖

4　結(jié)語

分光計的調(diào)整是個難點，分光計的自準(zhǔn)調(diào)節(jié)最關(guān)鍵是使得載物臺面和中心軸垂直，根據(jù)載物臺面轉(zhuǎn)動側(cè)視圖可以很快判斷載物臺與中心軸的垂直情況，再做相應(yīng)的調(diào)節(jié)即可實現(xiàn)分光計的自準(zhǔn).目視載物臺面旋轉(zhuǎn)軌跡法是一種比較好的分光計調(diào)節(jié)方法，只要深入理解操作要領(lǐng)，就可以迅速快捷地調(diào)好分光計，值得在教學(xué)中推廣.

參考文獻(xiàn)：

〔1〕丁慎訓(xùn)，張孔時.物理實驗教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，1992.174-184.

〔2〕陳守川.大學(xué)物理實驗教程[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，1995.203-210.

〔3〕趙青生.大學(xué)物理實驗[M].合肥：安徽大學(xué)出版社，2004.211-217.

〔4〕張淑麗.快速調(diào)解分光計的新方法[J].齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院學(xué)報，2000(21):96-97.

〔5〕廖艷林，趙艷，諶正艮,等.一種快速調(diào)節(jié)分光計的方法[J].大學(xué)物理實驗，2010（23）：28-29.

〔6〕賴學(xué)輝，熊正燁，師文慶,等.分光計調(diào)節(jié)技巧分析和裝置改進(jìn)[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2015（13）：206-208.

〔7〕鄭發(fā)農(nóng)，華沙咪，郝霞.大學(xué)物理實驗教程（第二版）[M].合肥：中國科技大學(xué)出版社，2009.149-163.

基金項目：安徽大學(xué)光電信息獲取與控制教育部重點實驗室開放基金（OEIAM201412）；安徽省高等教育提升計劃自然科學(xué)研究基金（TSKJ2015B15）

收稿日期：2015-10-19

中圖分類號：O435

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-260X（2016）03-0003-02