分光計(jì)快速調(diào)節(jié)方法探討

許 飛 朱江轉(zhuǎn)（華東理工大學(xué)物理系，上海 200237）

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分光計(jì)快速調(diào)節(jié)方法探討

許 飛 朱江轉(zhuǎn)
（華東理工大學(xué)物理系，上海 200237）

摘 要在分光計(jì)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)中，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計(jì)中心軸相互正交是最關(guān)鍵也是最困難的一步，針對(duì)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常出現(xiàn)的觀察不到“十”字叉絲反射像的問(wèn)題，本文提出了一個(gè)新的簡(jiǎn)單有效的調(diào)整方法——調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡俯仰螺絲的同時(shí)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤(pán)（連同載物臺(tái)），在此過(guò)程中用眼睛一直觀察望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)是否有綠色十字像出現(xiàn)（簡(jiǎn)稱“一看二動(dòng)法”）．“一看二動(dòng)法”快速找到兩個(gè)綠色十字像后，再利用“減半逐步逼近法”進(jìn)行細(xì)調(diào)，從而大大地提高了課堂的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率．

關(guān)鍵詞分光計(jì)；“一看二動(dòng)法”；快速調(diào)節(jié)；三棱鏡；逐步減半逼近法

分光計(jì)是光學(xué)實(shí)驗(yàn)中最基本的光學(xué)儀器，可以用它來(lái)精確測(cè)定光線偏轉(zhuǎn)角，如三棱鏡的頂角、最小偏向角、光柵衍射角等，還可通過(guò)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、光波波長(zhǎng)等［1，2］；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)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用過(guò)程中必須要經(jīng)過(guò)一系列精細(xì)的調(diào)整才能得到較高精度的測(cè)量結(jié)果．分光計(jì)的調(diào)節(jié)方法技巧在光學(xué)儀器中具有代表性，必須正確掌握．在分光計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于分光計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜調(diào)節(jié)精度要求高，操作步驟繁多，如何讓學(xué)生在規(guī)定的教學(xué)時(shí)間內(nèi)理解分光計(jì)原理并掌握其調(diào)節(jié)技巧，成為教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)．本文提出了“一看二動(dòng)法”調(diào)節(jié)方法，與通常調(diào)節(jié)方法相比更容易讓學(xué)生接受和掌握，大大縮短實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)時(shí)間，有助于整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成并取得了較好的效果．

1 分光計(jì)實(shí)驗(yàn)要求

分光計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，在分光計(jì)使用之前學(xué)生先對(duì)分光計(jì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，要求做到：（1）調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡聚焦無(wú)窮遠(yuǎn)；（2）調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的光軸與分光計(jì)中心軸線正交；（3）載物臺(tái)平面垂直于分光計(jì)的中心軸；（4）平行光管出射平行光，平行光管光軸垂直于分光計(jì)中心軸［3］．在這些調(diào)節(jié)要求中，望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計(jì)中心軸線相互正交這一調(diào)節(jié)是學(xué)生完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)的前提．具體到實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，要求學(xué)生利用載物臺(tái)上的三棱鏡，在望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)里快速找到三棱鏡兩個(gè)光面反射回來(lái)的綠色小十字像，并將其調(diào)至與分劃板準(zhǔn)線的上部十字線重合．由于分光計(jì)調(diào)節(jié)螺絲繁多，學(xué)生操作起來(lái)難度重重，通常會(huì)出現(xiàn)以下情況：①望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)中找不到綠色小十字像；②找到一面的像卻又丟失了另外一面的像．這些情況一直是實(shí)際教學(xué)中困擾學(xué)生的難題．［4，5］這一難題不僅影響了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，還影響實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裨谝?guī)定的時(shí)間內(nèi)完成．因此，有很多文獻(xiàn)［6－9］總結(jié)了各種快速調(diào)節(jié)分光計(jì)的方法與技巧，利用這些方法和技巧，提高了學(xué)生的課堂效率，加深了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的一些方法和技巧的理解掌握．我們?cè)趯?shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)也總結(jié)了一種學(xué)生比較容易掌握理解的方法，即“一看二動(dòng)法”．這種方法在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)學(xué)生的分光計(jì)調(diào)節(jié)有一定的幫助．

2 分光計(jì)調(diào)節(jié)

在調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計(jì)中心軸線相互正交的過(guò)程中，先要求學(xué)生目測(cè)粗調(diào)，再用三棱鏡完成細(xì)調(diào)．所謂“目測(cè)粗調(diào)”，是指用眼睛去觀察望遠(yuǎn)鏡、載物臺(tái)以及平行光管是否大致水平，觀察載物臺(tái)上的三棱鏡與望遠(yuǎn)鏡、平行光管是否大致等高；實(shí)驗(yàn)中通過(guò)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡與平行光管的俯仰螺絲以及載物臺(tái)的3個(gè)螺絲使其達(dá)到此要求．目測(cè)粗調(diào)，精確程度雖然不是很高，但這一步在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中有著非常重要的作用．相關(guān)文獻(xiàn)［10，11］指出，實(shí)驗(yàn)中借助水平儀輔助調(diào)節(jié)，將會(huì)縮短調(diào)節(jié)時(shí)間而且調(diào)節(jié)精度大大提高．中能夠看到光面反射回來(lái)的清晰綠十字像，此時(shí)望遠(yuǎn)鏡聚焦于無(wú)窮遠(yuǎn)處，或者說(shuō)望遠(yuǎn)鏡可以接受平行光了．準(zhǔn)備工作做好以后，將三棱鏡放置于載物臺(tái)上，轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，接下來(lái)采用本文提出的“一看二動(dòng)法”能夠保證在很短的時(shí)間內(nèi)找到兩個(gè)光面反射回來(lái)的綠色小十字像．方法如下：三棱鏡放置位置如圖1所示，使載物臺(tái)下的三顆螺絲a，b，c中兩兩連線與三棱鏡鏡面正交，光滑面AC與BC面這里充當(dāng)平面鏡作用．放置完成以后，利用“一看二動(dòng)法”尋找綠色十字像．“一看二動(dòng)法”中“一看”是指在調(diào)節(jié)中用眼睛一直觀察望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)，觀察是否有綠色十字像出現(xiàn)，“二動(dòng)”是指一邊調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡俯仰螺絲一邊轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤(pán)（連同載物臺(tái)）；望遠(yuǎn)鏡俯仰螺絲調(diào)節(jié)時(shí)如圖2（a）所示，從仰視狀態(tài)調(diào)節(jié)到俯視狀態(tài)，與此同時(shí)，另一只手調(diào)節(jié)游標(biāo)盤(pán)（連同載物臺(tái)）如圖2（b）所示從正對(duì)望遠(yuǎn)鏡的左邊調(diào)節(jié)到正對(duì)望遠(yuǎn)鏡的右邊；調(diào)節(jié)過(guò)程中，由于望遠(yuǎn)鏡的仰角是逐步調(diào)節(jié)，所以在慢慢調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡仰角時(shí)要不斷來(lái)回的轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)．在這個(gè)“二動(dòng)”過(guò)程中，必然包括了望遠(yuǎn)鏡與三棱鏡鏡面相互正交這一位置，視場(chǎng)中必能看到綠色十字像．當(dāng)觀察到視場(chǎng)中有綠色十字像出現(xiàn)后，再微調(diào)望遠(yuǎn)鏡俯仰螺絲與載物臺(tái)下方三個(gè)螺絲，具體方法

圖1　細(xì)調(diào)過(guò)程中三棱鏡的放置

圖2　“一看二動(dòng)法”調(diào)節(jié)示意圖

完成目測(cè)粗調(diào)以后，可利用三棱鏡的一個(gè)光面緊貼望遠(yuǎn)鏡物鏡，旋轉(zhuǎn)目鏡、伸縮鏡筒使望遠(yuǎn)鏡如下：（1）先轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)觀察三棱鏡兩個(gè)反射面是否都能看到反射十字像，還是能看到一個(gè)面反射的十字像，如果有一個(gè)面能看到，則先調(diào)節(jié)看不到的那一面；（2）采用二動(dòng)法調(diào)節(jié)，看到十字像出現(xiàn)在視野中后，調(diào)節(jié)載物臺(tái)上離觀察者最近的那顆螺絲，例如觀察圖1中的BC面，則只調(diào)節(jié)c螺絲，采用減半調(diào)節(jié)法，使十字像從視野邊緣移動(dòng)到離視野中心一半處，然后調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡仰角螺絲，使十字像移動(dòng)到視野中心；（3）再轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，使望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)另一個(gè)反射面，同樣采用減半調(diào)節(jié)法只調(diào)節(jié)載物臺(tái)上離自己最近的那顆螺絲和望遠(yuǎn)鏡仰角調(diào)整十字像到視野中心位置；（4）再利用逐步減半法調(diào)節(jié)兩個(gè)鏡面反射十字像到上面叉絲位置．此時(shí)望遠(yuǎn)鏡光軸和分光計(jì)中心軸線已經(jīng)完全正交．

3 結(jié)語(yǔ)

在分光計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，在目測(cè)粗調(diào)以后，利用“一看二動(dòng)法”，學(xué)生能夠很快地找到小綠色十字像，再利用“減半逐步逼近法”進(jìn)行細(xì)調(diào)，完成望遠(yuǎn)鏡光軸和分光計(jì)中心軸線相互正交的過(guò)程，只需要10分鐘左右的時(shí)間．在華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)班C51和D51的48名學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，在實(shí)驗(yàn)室關(guān)燈的情況下，利用本文介紹的“一看二動(dòng)法”，約有40名學(xué)生能夠在10分鐘左右的時(shí)間內(nèi)通過(guò)望遠(yuǎn)鏡清晰地找到十字反射像以完成望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計(jì)中心軸線相互正交的調(diào)節(jié)，（專家意見(jiàn)：本文敘述的重點(diǎn)是“一看二動(dòng)”快速調(diào)節(jié)方法，該方法省略了反光鏡而直接使用三棱鏡進(jìn)行調(diào)節(jié)，但三棱鏡對(duì)亮十字的反射是比較弱的，實(shí)際實(shí)驗(yàn)中學(xué)生是否能很快觀察到還有待商榷，因此請(qǐng)作者給出實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)中是實(shí)踐效果，例如通過(guò)對(duì)××班多少學(xué)生的教學(xué)實(shí)踐取得了什么樣的教學(xué)效果．）從而讓學(xué)生均有充足的時(shí)間完成后續(xù)的頂角和最小偏向角的測(cè)量等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的濃厚興趣．

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A METHOD FOR RAPIDLY ADJUSTING SPECTROMETERS

Xu Fei Zhu Jiangzhuan
（Department of Physics，East China University of Science and Technology，Shanghai 200237）

AbstractIn the experiment of spectrometer adjustment，it is very important and difficult to adjust optical axis of telescope perpendicular to central axis of spectrometer．A simple and effective method called“one－looking and two－moving”is presented in this article for the problem of no reflected cross－shaped image visible that often appears in the experiment．According to this method，we rotate the cursor disc constantly while adjusting telescope pitch screw，and meanwhile we observe whether cross－shaped image appears in the visual field of the telescope．After the green cross image is found by the“one－looking and two－moving”method，the“bothhalf”method is used to do fine－tuning．With the help of the above methods，the efficiency of the experimental teaching is greatly improved．

Key wordsspectrometer；“one－looking and two－moving”method；rapidly adjusting；triple prism；“both－h(huán)alf”method

通訊作者：朱江轉(zhuǎn)，女，助理實(shí)驗(yàn)師，主要從事物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理，研究方向?yàn)榉蔷€性光學(xué)．jzzhu＠ecust．edu．cn

作者簡(jiǎn)介：許飛，男，實(shí)驗(yàn)師，主要從事物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理，研究方向?yàn)閆nO薄膜的制備及光電性質(zhì)研究．xfei＠ecust．edu．cn

收稿日期：2015－05－05