分光計(jì)望遠(yuǎn)鏡和尺讀望遠(yuǎn)鏡的類似調(diào)節(jié)

楊靜瑜 高 朋 何 燕 陳 皓 焦 義

1.沈陽(yáng)師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心；2.沈陽(yáng)師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院楊靜瑜，沈陽(yáng)師范大學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，實(shí)驗(yàn)師。

分光計(jì)望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)和尺讀望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)有著類似的困難：望遠(yuǎn)鏡的視野小，很難迅速找到目標(biāo)。本文通過激光輔助調(diào)節(jié)尺讀望遠(yuǎn)鏡，激光使實(shí)驗(yàn)者看到望遠(yuǎn)鏡視野對(duì)應(yīng)位置，小燈輔助調(diào)節(jié)分光計(jì)望遠(yuǎn)鏡，小燈使實(shí)驗(yàn)者看到反射叉絲像的軌跡。所有過程，直觀明確。

分光計(jì)是大學(xué)物理中重要的測(cè)量角度的精密儀器。它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)節(jié)困難，初學(xué)者很難掌握，尤其是望遠(yuǎn)鏡光軸垂直分光計(jì)中心軸的調(diào)節(jié)尤其難掌握。尺讀望遠(yuǎn)鏡，大學(xué)物理中楊氏模量的測(cè)定、金屬線脹系數(shù)的測(cè)定等實(shí)驗(yàn)中都會(huì)用到，它和光杠桿一起可以測(cè)量微小形變。對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)，都是經(jīng)光杠桿反射，在尺讀望遠(yuǎn)鏡目鏡中找到尺子的像。分光計(jì)望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)和尺讀望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)有著類似的困難：望遠(yuǎn)鏡的視野小，很難迅速找到目標(biāo)。

用激光器輔助尺讀望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)

對(duì)于老師來(lái)說(shuō)，找到尺讀望遠(yuǎn)鏡中的像很簡(jiǎn)單，粗調(diào)望遠(yuǎn)鏡和光杠桿等高，眼睛通過尺讀望遠(yuǎn)鏡機(jī)械瞄準(zhǔn)光杠桿，在鏡子中看到尺子，再通過望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦，分分鐘就看到尺子的像。可是對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，瞄準(zhǔn)鏡子中的像，完全憑感覺，具有很大的盲目性。我們需要更直觀反饋信息的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，激光器是既簡(jiǎn)單又經(jīng)濟(jì)的選擇。

尺讀望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)，首先調(diào)節(jié)目鏡，無(wú)視差，粗調(diào)光杠桿和望遠(yuǎn)鏡等高。接下來(lái)，如圖1 所示，用激光筆做輔助，放在尺讀望遠(yuǎn)鏡目鏡前。當(dāng)激光筆的激光從望遠(yuǎn)鏡筒發(fā)出，我們可以根據(jù)激光打到的位置調(diào)整望遠(yuǎn)鏡位置及方向，直到激光打到光杠桿鏡面上；根據(jù)激光光斑，繼續(xù)調(diào)整望遠(yuǎn)鏡角度和光杠桿的角度，使激光經(jīng)光杠桿鏡面反射到尺讀望遠(yuǎn)鏡的標(biāo)尺上。之后，撤掉激光筆，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡焦距，知道看到標(biāo)尺清晰像，微調(diào)望遠(yuǎn)鏡上揚(yáng)角度，使其正對(duì)標(biāo)尺清晰像的中心。整個(gè)調(diào)整過程望遠(yuǎn)鏡的視野位置都清晰可見，每一步調(diào)節(jié)結(jié)果，激光都會(huì)以光斑位置改變呈現(xiàn)。

用小燈輔助分光計(jì)望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)

圖1 用激光器輔助調(diào)節(jié)尺讀望遠(yuǎn)鏡

分光計(jì)望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)，首先調(diào)整好目鏡，然后用自準(zhǔn)直法調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡聚焦于無(wú)窮遠(yuǎn)。下面是望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計(jì)中心軸垂直的調(diào)節(jié)。比較激光器輔助調(diào)節(jié)尺讀望遠(yuǎn)鏡，這里我們當(dāng)然也可以用同樣的方法調(diào)節(jié)垂直。但考慮到暗室中一般的燈光，也可看到光路，激光畢竟如果操作不慎，易對(duì)眼睛造成傷害，我們?cè)谶@里改為小燈泡。

如圖2 所示擺放小燈，小燈的光經(jīng)過反射面反射，我們可以通過手來(lái)承接，這時(shí)我們可以通過反射光的高低，判斷望遠(yuǎn)鏡和載物臺(tái)的調(diào)節(jié)方向。圖3，展示的是用光柵做調(diào)節(jié)，所得小燈泡反射光斑，用這個(gè)光斑與望遠(yuǎn)鏡高低比較：當(dāng)光斑高于分光計(jì)望遠(yuǎn)鏡筒時(shí)，十字叉絲像，必定在望遠(yuǎn)鏡視野上方，這時(shí)調(diào)低載物臺(tái)和望遠(yuǎn)鏡目鏡端，使小燈光斑嚴(yán)格與鏡筒等高，這時(shí)，拿開小燈，眼睛觀察目鏡中，緩慢旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)，尋找十字叉絲像。如果看不到叉絲像，說(shuō)明小燈光斑與鏡筒等高調(diào)節(jié)不嚴(yán)格，再仔細(xì)調(diào)節(jié)等高，直到看到十字叉絲像閃過。用各半調(diào)節(jié)法，調(diào)節(jié)叉絲像與鏡筒中分劃板上十字重合。

將載物臺(tái)旋轉(zhuǎn)180o，觀察目鏡中有無(wú)十字叉絲像。如果沒有像，繼續(xù)用小等輔助調(diào)節(jié)。這時(shí)小燈調(diào)節(jié)的好處出現(xiàn)了，無(wú)論反射面傾斜程度大小，都能明確找到十字叉絲像的位置，這就是小燈光斑的位置，調(diào)節(jié)后小燈光斑到望遠(yuǎn)鏡筒等高，緩慢旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)，就能找到十字叉絲像。

結(jié)語(yǔ)

在教學(xué)過程中，分光計(jì)望遠(yuǎn)鏡和尺讀望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)，都有光路不可見，裸眼預(yù)估垂直誤差大，調(diào)節(jié)盲目的問題。本文通過激光和小燈輔助，輔助工具在實(shí)驗(yàn)室都是常見備品，不需要任何額外投入。激光使實(shí)驗(yàn)者看到望遠(yuǎn)鏡視野對(duì)應(yīng)位置，小燈使實(shí)驗(yàn)者看到反射叉絲像的軌跡。教師在講授時(shí)有了直觀對(duì)象，學(xué)生調(diào)節(jié)時(shí)也有對(duì)應(yīng)的參照物。

圖2

圖3