許 飛，羅鍛斌

（華東理工大學(xué)，上海 200237）

分光計是一種精確測量角度的光學(xué)儀器，可以用來測量三棱鏡的頂角、最小偏向角、光柵的衍射角等，并通過角度測量來測定其他一些光學(xué)量，如棱鏡玻璃的折射率、光柵常量、光波的波長等［1－2］。同時，分光計也是攝譜儀、單色儀等光譜分析儀器的重要部件。分光計比較精密，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，使用時必須嚴(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量結(jié)果［3］。分光計的調(diào)整原理、方法和技巧，在光學(xué)儀器中具有一定的代表性。因此分光計的調(diào)整與應(yīng)用實驗是所有大學(xué)物理實驗中不可或缺的基本實驗，學(xué)會對它的調(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 分光計實驗要求

在分光計的調(diào)節(jié)實驗中，要求學(xué)生做到：（1）望遠(yuǎn)鏡聚焦無窮遠(yuǎn)，即接收平行光；（2）望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計的中心軸相互正交；（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)鏡光軸與分光計的中心軸相互正交這一要求是學(xué)生實驗操作中的難點。如果沒有相對簡單有效的實驗方法和技巧，學(xué)生很難在規(guī)定的有限實驗時間內(nèi)完成相關(guān)實驗內(nèi)容［6］。也正是如此，很多同行在實驗教學(xué)過程中總結(jié)了不少分光計實驗中如何快速調(diào)節(jié)的實驗方法和技巧［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］，也有對實驗儀器的改進(jìn)［13－15］，包括利用輔助裝置等以提高調(diào)節(jié)速度［16］。同時介紹了一些方法。根據(jù)這些方法，方便了學(xué)生對儀器的調(diào)節(jié)，提高了實驗效率，同時也加深了學(xué)生對一些實驗方法和技巧的理解掌握。

2 分光計調(diào)節(jié)

對于分光計調(diào)節(jié)中的難點，即望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計的中心軸相互正交，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。“粗調(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)儀放在載物臺上，水準(zhǔn)儀與載物臺水平調(diào)節(jié)螺絲的a、b、c的相對位置如圖2所示，先調(diào)節(jié)圖2（a）中的a讓載物臺水平，再將水準(zhǔn)儀轉(zhuǎn)90度（圖2（b）），調(diào)節(jié)a和c讓載物臺水平；直至載物臺兩個方向均水平。

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

圖2 水準(zhǔn)儀輔助載物臺水平調(diào)節(jié)

完成上述“粗調(diào)”后，用三棱鏡置于載物臺上，很快便可在望遠(yuǎn)鏡的視場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，使載物臺下的三個螺絲a、b、c中每兩個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）轉(zhuǎn)動的制動螺絲，轉(zhuǎn)動游標(biāo)盤（連同載物臺）使三棱鏡的兩個鏡面分別正對望遠(yuǎn)鏡，在保證前面“粗調(diào)”完成的基礎(chǔ)上，在望遠(yuǎn)鏡的視場中均可看到三棱鏡的兩個鏡面分別反射回來的綠色小十字的像，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)動游標(biāo)盤，使得小十字調(diào)至視場中央并且與豎的準(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)動游標(biāo)盤（連同載物臺），使三棱鏡BC面對準(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面反射回來的小十字像，直到三棱鏡不論哪一面對準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡時，反射回來的小十字像均能和分劃板準(zhǔn)線的上部十字線重合為止。這時望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計中心軸線已經(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

在實驗教學(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)生在實驗過程中能夠較快地（一般在十幾分鐘內(nèi)）完成分光計的調(diào)節(jié)，從而有更充足的時間進(jìn)行后續(xù)的如頂角、最小偏向角測量等實驗內(nèi)容。

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