分光計(jì)的調(diào)節(jié)原理和調(diào)節(jié)技巧

穆松梅

摘 要:在讓學(xué)生了解分光計(jì)結(jié)構(gòu)和深入剖析各個(gè)部分測(cè)量原理的基礎(chǔ)上來講授分光計(jì)的調(diào)節(jié)方法,會(huì)達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果

關(guān)鍵詞:分光計(jì)結(jié)構(gòu)原理調(diào)節(jié)技巧待測(cè)狀態(tài)

中圖分類號(hào):TH74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)07(c)-0173-01

分光計(jì)是光學(xué)中的基本儀器,可以由它來精確地測(cè)量平行光的角度偏轉(zhuǎn),從而計(jì)算出其它光學(xué)量,如折射率、色散率等。由于分光計(jì)的構(gòu)成包括了光學(xué)系統(tǒng)、讀數(shù)裝置和載物平臺(tái),在測(cè)量角度前必須使得這幾部分協(xié)調(diào)一致,達(dá)到所要求的待測(cè)狀態(tài),所以分光計(jì)的調(diào)整是測(cè)量前必須完成的首要步驟。

由于分光計(jì)的調(diào)節(jié)過程比較繁瑣,單純地讓學(xué)生記住調(diào)節(jié)步驟,學(xué)生很難從根本上掌握調(diào)節(jié)方法,所以在調(diào)整分光計(jì)前,有必要利用一些時(shí)間讓學(xué)生了解分光計(jì)的的結(jié)構(gòu)和工作原理,讓學(xué)生知曉使分光計(jì)達(dá)到待測(cè)狀態(tài)的基本要求,學(xué)生知其然并知其所以然,才會(huì)從根本上理解各步驟的調(diào)節(jié)目的和要達(dá)到的要求。這一過程可以利用圖示和實(shí)物儀器相結(jié)合來講解,將分光計(jì)的四個(gè)主要部分的構(gòu)造、功能、應(yīng)該達(dá)到的狀態(tài)逐一分解開來交待清楚。

調(diào)整分光計(jì),主要是要達(dá)到以下要求:

(1)各部位傾角的調(diào)節(jié),目的是讓平行光管中心軸線、望遠(yuǎn)鏡的中心軸線垂直于分光計(jì)讀數(shù)盤的中心軸線,讓載物臺(tái)平面平行于分光計(jì)讀數(shù)盤平面。只有這樣,通過待測(cè)物體所觀測(cè)到的光線才會(huì)方向準(zhǔn)確,使測(cè)量得到較高的精確度。

(2)光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)節(jié),要使望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)能夠聚焦到無限遠(yuǎn)處,觀測(cè)到平行光線,同時(shí)要使平行光管能夠產(chǎn)生平行光線,提供必要的觀測(cè)光源。

明確了以上要求,就可以分步講解調(diào)節(jié)方法了。

1 粗調(diào)

(1)用目測(cè)的方法調(diào)節(jié)平行光管、望遠(yuǎn)鏡、載物臺(tái)的傾斜角度,使各部分在視覺上粗略地達(dá)到水平要求,為進(jìn)一步細(xì)調(diào)打下基礎(chǔ)。粗調(diào)的重點(diǎn)是調(diào)節(jié)好載物臺(tái)的水平,這決定后面尋找“+”像的難易程度。

(2)望遠(yuǎn)鏡目鏡的調(diào)焦。目的是使望遠(yuǎn)鏡鏡筒中安放的分劃板能處于望遠(yuǎn)鏡目鏡的焦平面上,使觀測(cè)者能清晰看到分劃板處所成的像。只需旋轉(zhuǎn)目鏡鏡筒調(diào)焦,能清晰看到分劃板上的叉絲即可。

2 細(xì)調(diào)

細(xì)調(diào)就是精確調(diào)節(jié)兩光學(xué)鏡筒的“聚焦”情況,使望遠(yuǎn)鏡能精確聚焦到無限遠(yuǎn)處,接收平行光線,使平行光管精確地產(chǎn)生平行光線。細(xì)調(diào)的另一個(gè)目的是精確地調(diào)整平行光管、載物臺(tái)、望遠(yuǎn)鏡的傾斜角度,使入射光與出射光所形成的平面與讀數(shù)盤平面平行,達(dá)到精確測(cè)量的目的。

2.1 使望遠(yuǎn)鏡能聚焦到無限遠(yuǎn)處,準(zhǔn)確接收平行光線

假設(shè)分劃板正處于望遠(yuǎn)鏡物鏡的焦平面處,那么緊貼分劃板的棱鏡上的“+”字透光窗口所發(fā)出的光線經(jīng)望遠(yuǎn)鏡物鏡后是平行光線,再經(jīng)載物臺(tái)上的雙面鏡反射后仍是平行光線,又經(jīng)物鏡折射后,出射光線會(huì)匯聚于物鏡焦平面上,即分劃板上,則通過目鏡觀測(cè)到的“+”字像就會(huì)非常清晰且無視差。反之,如果目鏡中看到的“+”字像不清晰或有視差,說明返回的光線不是平行光線,也就是分劃板的位置沒有在物鏡的焦平面上。這樣就可以以“+”字像的清晰程度和有無視差為標(biāo)準(zhǔn),仔細(xì)調(diào)節(jié)分劃板套筒到望遠(yuǎn)鏡物鏡的距離,直到看到清晰的“+”字像且無視差為止,此時(shí)已將分劃板調(diào)整到物鏡的焦平面上了。

2.2 同時(shí)調(diào)整望遠(yuǎn)鏡及載物臺(tái)的傾斜角度,這是整個(gè)調(diào)整過程的難點(diǎn)

這兩項(xiàng)調(diào)節(jié)是利用了望遠(yuǎn)鏡的自準(zhǔn)直系統(tǒng)。

假設(shè)望遠(yuǎn)鏡光軸已垂直于分光計(jì)中心軸線,載物臺(tái)平面也平行于讀數(shù)盤平面,則底座平滑的雙面反射鏡放于載物臺(tái)上時(shí),鏡面與載物臺(tái)垂直,由此可以推斷,此時(shí)所觀測(cè)到的“+”字像與“+”字發(fā)光原物一定關(guān)于望遠(yuǎn)鏡中心軸線對(duì)稱,即“+”字像應(yīng)成在分劃板上部叉絲上。當(dāng)載物臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)180°時(shí),通過雙面鏡的另一面所反射而成的“+”字像也會(huì)成在上述位置。反之,如果“+”字像沒有成在分劃板的上部叉絲上,則表示望遠(yuǎn)鏡或載物臺(tái)至少有一個(gè)沒有調(diào)整好傾斜角度或者二者均沒有調(diào)整好傾斜角度。基于以上原理,當(dāng)“+”字像不在分劃板上部叉絲上時(shí),就可以同時(shí)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡及載物臺(tái)的傾角螺絲,使兩面反射的“+”字像都達(dá)到目標(biāo)位置。

以前多用“各半法”來調(diào)節(jié)這兩部分的傾角,是利用漸次趨近的方式達(dá)到調(diào)節(jié)目標(biāo)位的,容易掌握但比較繁瑣,需要反復(fù)調(diào)節(jié)。下面的方法會(huì)更簡(jiǎn)捷一些:通過分析可以知道,當(dāng)載物臺(tái)有前后方向的傾斜時(shí),雙面鏡的兩個(gè)面反射的“+”字像必然不會(huì)在同一高度,而這個(gè)高度差是由鏡面垂線方向的兩顆調(diào)節(jié)螺釘?shù)母叨炔煌斐傻?調(diào)節(jié)一顆螺釘時(shí),兩面的“+”字像會(huì)沿相反方向上下移動(dòng),由此,就可以調(diào)節(jié)其中的一顆螺釘,同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)觀察兩面的像,使其達(dá)到同一高度,此時(shí)載物臺(tái)上沿鏡面垂線上的兩顆螺釘已經(jīng)等高,鏡面垂直于載物臺(tái)平面,載物臺(tái)無前后方向傾斜。再分析望遠(yuǎn)鏡,如果望遠(yuǎn)鏡光軸沒有與雙面鏡平面垂直,則“+”字像一定不會(huì)成在分劃板上部叉絲上,或高或低,而調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡傾角調(diào)節(jié)螺釘時(shí),“+”字像會(huì)向同方向移動(dòng),這樣,在上步調(diào)好兩面“+”字像等高的基礎(chǔ)上,再調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的傾角調(diào)節(jié)螺絲,讓“+”字像達(dá)到分劃板上部叉絲位置就可以了,此時(shí),望遠(yuǎn)鏡傾角調(diào)好。

最后,要調(diào)節(jié)載物臺(tái)上與鏡面重合的螺釘?shù)母叨?使載物臺(tái)平面無左右方向的傾斜,平行于讀數(shù)盤平面。將鏡面在載物臺(tái)上轉(zhuǎn)過90°角,觀察望遠(yuǎn)鏡中的“+”字像,調(diào)節(jié)原來與鏡面重合的那顆螺釘,使“+”字像與分劃板上部叉絲重合,此時(shí)載物臺(tái)平面與讀數(shù)盤平面平行。

2.3 平行光管產(chǎn)生平行光及傾斜角度的調(diào)節(jié)

平行光管部分的調(diào)節(jié)是以已經(jīng)調(diào)整到待測(cè)狀態(tài)的望遠(yuǎn)鏡為標(biāo)準(zhǔn)來調(diào)節(jié)的,由于望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)處于聚焦到無限遠(yuǎn)處可以觀察平行光線的狀態(tài),那么如果通過望遠(yuǎn)鏡所觀測(cè)到的光線非常清晰,則光源為平行光。由此,只需調(diào)節(jié)平行光管單縫套筒的前后位置,當(dāng)望遠(yuǎn)鏡中觀察到單縫像呈最清晰狀態(tài)時(shí),則平行光管出射光即為平行光,此時(shí),單縫應(yīng)該是位于平行光管物鏡的焦平面上。

平行光管傾斜角度的調(diào)節(jié),依賴于望遠(yuǎn)鏡中分劃板的叉絲,由于設(shè)計(jì)時(shí)分劃板中心水平叉絲的位置恰是望遠(yuǎn)鏡直徑位置,將望遠(yuǎn)鏡孔徑一分為二,同時(shí),平行光管的狹縫也應(yīng)該在平行光管的直徑上,把平行光管孔徑一分為二,如果兩鏡共軸,則狹縫水平像應(yīng)與分劃板中心水平叉絲重合。所以,平行光管傾斜角度的調(diào)節(jié),只需把狹縫轉(zhuǎn)動(dòng)呈水平狹縫,通過望遠(yuǎn)鏡觀察狹縫像的位置,調(diào)節(jié)平行光管傾角調(diào)節(jié)螺絲,使狹縫像與分劃板中心水平叉絲重合,再調(diào)節(jié)平行光管水平調(diào)節(jié)螺絲使狹縫像被中心豎直叉絲平分,然后將平行光管狹縫轉(zhuǎn)到豎直方向,即完成了平行光管傾角的調(diào)節(jié),平行光管與望遠(yuǎn)鏡共軸。

3 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)是在理解原理基礎(chǔ)上的操作過程,相信通過以上剖析和分解各個(gè)步驟的原理,分光計(jì)的調(diào)節(jié)就不會(huì)是那樣高深莫測(cè)了,會(huì)讓學(xué)生思路清晰地完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程,并將這個(gè)過程和調(diào)節(jié)方法牢記在心。

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