淺議分光計調整實驗方法的改進

摘 要: 本文針對分光計的調整實驗中學生常常遇到的問題，提出了改進方法，大大縮短了分光計調整實驗的時間。

關鍵詞: “分光計的調整和使用”實驗 分光計 調整步驟

分光計是一種測量角度的精密儀器，其基本原理[1]是:讓光線通過狹縫和聚焦透鏡形成一束平行光線，經過光學元件的反射或折射后進入望遠鏡物鏡并成像在望遠鏡的焦平面上，通過目鏡進行觀察和測量各種光線的偏轉角度，從而得到光學參量例如折射率、波長、色散率、衍射角等。

在“分光計的調整和使用”實驗中，很多學生很難用“自準直法”調整分光計，即很難在望遠鏡中看到雙面反射鏡反射回來綠色十字叉絲(像)，即便看到了，換一個反射面，又看不到了;即使操作多次，也很難做到連續兩個反射面都看到綠色十字叉絲。根據實踐教學經驗，我發現:如果在該實驗中先用肉眼在望遠鏡外部找到雙面平面鏡鏡面反射十字光源所成的像，然后在眼睛與望遠鏡光軸等高的情況下觀察像與望遠鏡光軸的高低，通過調節載物臺垂直螺母，可以很快在望遠鏡中找到十字光源的反射像。

分光計調整要求是平行光管光軸與望遠鏡等高且垂直于中心主軸。載物平臺的中心法線與中心主軸重合。使入射光、反射光和光學反射面(或折射面)的法線構成的平面與分度盤平面平行。此外，望遠鏡應聚焦于無窮遠處，適于觀察平行光。平行光管射出的光應為平行光。

1.目測粗調(與常規方法相同)

固定讀數盤;調節載物臺下三個螺母，使其等高后，固定載物臺;調節望遠鏡、平行光管垂直螺母，使它們等高且都與載物臺平面平行。

2.望遠鏡調焦

首先，點亮目鏡筒內的光源，對目鏡調焦，旋轉目鏡調焦手輪直到看清分劃板上的綠色雙十字叉絲(消除視差)。然后把雙面平面鏡貼近物鏡略微晃動，此時可以在分劃板上看到一團晃動的綠色光斑。固定雙面平面鏡使綠色光斑定在分劃板上某一位置。對目鏡調焦直到綠色小十字叉絲清晰為止。這時望遠鏡已對無窮遠對焦。

3.放置雙面反射鏡

如圖，把雙面平面鏡置于載物臺上，使鏡面與載物臺某兩個螺絲的連線垂直(調節螺母a對光路反射不起作用，調節螺母b、c可改變反射光路)。

4.調整望遠鏡光軸和載物臺平面分別與分光計中心軸垂直

(1)適當轉到游標盤，使雙面反射鏡的像在望遠鏡外部。

(2)先用肉眼在望遠鏡外部找到雙面平面鏡鏡面反射十字光源所成的像，然后在眼睛與望遠鏡光軸等高的情況下觀察像與望遠鏡光軸的高低，通過調節載物臺垂直螺母，使得十字光源與它的像等高，再轉動游標盤，使雙面反射鏡鏡面與望遠鏡垂直，進而綠色十字光源經雙面反射鏡反射成像在望遠鏡內部，這時觀察望遠鏡可以很快在望遠鏡中找到十字光源的反射像。

(3)然后旋轉游標盤180度，用同樣辦法找到雙面反射鏡另一個反射面所成的像。繼續同方向旋轉游標盤180度，若不能看到反射像，那么重復前面用眼睛在望遠鏡外找反射像的的方法，直到連續兩個反射面都能看到反射像，說明此時望遠鏡的光軸與分光計中心軸基本上垂直了，到此粗調完成。接著，按照常規方法(減半調節法)進行細調，直到連續兩個反射面所看到反射像(綠色十字叉絲)都與分劃板上方的十字刻線重合。至此，望遠鏡的光軸完全與分光計中心軸近似垂直。此后，不能再調節望遠鏡垂直螺母。(注意，由于載物臺是一個平面，我們只是在一條直線上使得望遠鏡的光軸與載物臺平面平行，而要使載物臺所在平面與望遠鏡光軸平行，即望遠鏡的光軸完全與分光計中心軸垂直，必須在另一個方向上載物臺所在平面與望遠鏡光軸也平行，這是因為兩條相交直線才能確定一個平面。)所以，接下來還要用三棱鏡的兩個反射面(夾角60度)精確調節，使得望遠鏡的光軸完全與分光計中心軸垂直。

(4)放置三棱鏡于載物臺上(如圖所示)。轉動載物臺，調節載物臺調平螺絲，使從棱鏡的兩個光學面反射的綠十字叉絲像均位于分劃板上方的十字刻度線的水平橫線上，達到自準。這樣，載物臺平面與分光計中心軸垂直。此時，將游標盤兩個游標旋轉到左右一邊各一個并固定游標盤(方便讀數)。

5.調節平行光管發出平行光

(1)轉動望遠鏡，使其對準平行光管并固定。調節平行光管的焦距，直到在目鏡中觀察到狹縫的清晰像為止。此時平行光管發出平行光。將狹縫轉在豎直方向，調節平行光管的垂直螺母使其上沿與分劃板上方的水平衡線對其，調節其寬度為1厘米，作為背景(實驗時周圍光線較暗，便于觀察)，分劃板上雙十字叉絲和豎線看得很清晰(測量讀數時將縫調至1.5毫米寬)。至此，分光計調節完畢。

改進調節方法后，通過講解演示，學生們很快就可以在望遠鏡中找到綠色十字光源經雙面反射鏡反射所成的像(綠色十字叉絲)，大大縮短了分光計的粗調時間，激發了學生進一步細調的信心和興趣。

參考文獻:

[1]楊述武.普通物理實驗[M].高等教育出版社，2007.