分光計快捷調整方法的探究

詹康生　馬穎　徐麗琴

摘 要： 本文結合分光計的結構原理，分析分光計實驗中的難點和初學者在分光計調節中經常碰到的問題，提出分光計實驗中初學者運用目測法、各調一半法，實現進行實驗分光計快捷調整，從而順利完成實驗操作，對教學實踐具有現實的指導意義和參考價值。

關鍵詞： 分光計 目測粗調 各調一半

分光計又稱測角儀，是在不與被測光學元件接觸、不造成光學元件刮花前提下精密測量角度的儀器[1]，是光學測量中常用的基本儀器。分光計的調整思想、方法與技巧，在光學儀器中有一定的代表性，其結構精密，操作訓練要求嚴格。對于初次使用者來說，往往會遇到一些困難。本文就實驗中的關鍵點、難點及解決方法進行探究，對實驗者快捷調整、掌握分光計有現實的指導作用。

1.認真、仔細的目測粗調是分光計調整成功的前提和保證

調節望遠鏡下方的望遠鏡光軸俯仰調節螺釘，直至目測到望遠鏡（圓柱體軸心線）與度盤（圓）平面平行；調節平行光管下方的平行光管光軸俯仰調節螺釘，直至目測到平行光管（圓柱體軸心線）與度盤（圓）平面平行；調節載物平臺下方3個調平螺釘[1]a■，a■，a■，直至目測到載物平臺（圓平面）與度盤（圓）平面平行；上述調節簡單的記為“望遠鏡、平行光管、載物臺向度盤平面看齊”。目測技能對理工科學生來說極其重要，實際工作中常需對所測量物件目測其大小。土木專業技術人員在工地一線能目測“門的寬度、高度”、“房間的“長、寬、高”；給排水專業技術人員在工地一線能目測各種管線的直徑等。這些技能在工作中令人刮目、起敬。目測本領需要在實驗、生活中有意識地自我培養。

2.平面反射鏡的正確放置及其依據

載物臺用來放置待測物件。臺面下方裝有三個載物臺調平螺釘a■，a■，a■，如圖1所示[1]。三個調平螺釘用來調整臺面的傾斜度，松開載物臺鎖緊螺釘可升降、轉動載物臺。平面鏡的正確放置是：平面反射鏡與載物臺臺面上的一條溝槽線相垂直（載物臺臺面上有三條互成120°角的溝槽線）。其依據是：當調節載物臺調平螺釘（例如螺釘a■）時，載物臺平面繞另外兩個螺釘（例如a■，a■）的連線旋轉，從而有效改變平面鏡反射的法線方向，使望遠鏡中的叉絲像向上或向下移動。

圖1 載物臺示意圖

如果目測粗調到位，由幾何關系可知：望遠鏡光軸與平面反射鏡垂直，此時應該可以在望遠鏡中看到亮十字像（簡稱叉絲像）。

如果此時在望遠鏡中看不到叉絲像，則目測粗調不到位。需取下平面反射鏡，重新進行目測粗調，直到按照要求放上平面反射鏡后，能在望遠鏡中看到叉絲像，目測粗調這一步方可認為完成。切記“認真、仔細的目測粗調是分光計調整成功的前提和保證”，是本實驗的關鍵，高質量地完成目測粗調這一步，可達到事半功倍的效果。

3.“各調一半”法調整望遠鏡光軸，使之與分光計的中心軸垂直

平面反射鏡仍豎直置于載物臺上，如果望遠鏡的光軸與分光計的中心軸相垂直，而且平面鏡反射面又與中心軸平行，則轉動載物臺一圈時，從望遠鏡中可以兩次觀察到由平面鏡反射鏡前后兩個面反射回來的亮十字像與分劃板準線的上部十字線完全重合，如圖2（c）所示[1]。

（a） （b） （c）

圖2 亮十字像與分劃板準線的位置關系

若望遠鏡光軸與分光計中心軸不垂直，平面鏡反射面也不與中心軸相平行，則轉動載物臺時，從望遠鏡中觀察到的兩個亮十字反射像必然不會同時與分劃板準線的上部十字線重合，而是一個偏低，一個偏高，此時需采用“各調一半”調節法進行調整。具體調整方法為：如從望遠鏡中看到準線與亮十字像不重合，它們的交點在高低方面相差一段距離h，如圖2（a）所示。此時調整望遠鏡高低傾斜螺釘使差距減小為h/2（即調一半），如圖2（b）所示。再調節載物臺下的（與平面鏡垂直溝槽線下）水平調節螺釘（例如螺釘a■），消除另一半距離，使準線的上部十字線與亮十字線重合，如圖2（c）所示。之后，再將載物臺旋轉180°，使望遠鏡對著平面鏡反射鏡的另一面，采用同樣的“各調一半”方法調節。如此反復調整，直至轉動載物臺時，從平面鏡反射鏡前后兩表面反射回來的亮十字像都能與分劃板準線的上部十字線重合為止。這時望遠鏡光軸和分光計的中心軸相垂直，常稱這種方法為“各調一半”調整法。簡單地記為：

眼睛在望遠鏡上盯住亮十字反射像；手分別調整二個調平螺釘移動亮十字線一半直至圖2（c）所示（望遠鏡下方的望遠鏡光軸俯仰調節螺釘、載物臺調平螺釘（例如螺釘a■）；轉動載物臺每180°亮十字反射像都在圖2（c）所示。

特別提醒分光計初次使用者：轉動載物臺每180°，亮十字反射像都在圖2（c）所示的位置后，“不要再旋轉”望遠鏡下方的望遠鏡光軸俯仰調節螺釘，否則“前功盡棄”。

4.分光計調整中遇到的幾個問題及解決

分光計結構精密，初學者在調整過程中往往會遇到各種各樣的問題，在此僅就常見的問題及解決方法進行探究。

問題1：亮十字反射像、十字刻度線不能調到同時清晰：

眼睛在望遠鏡上盯住亮十字反射像，發現亮十字反射像（一般為綠色十字叉絲像）模糊不清晰，轉動望遠鏡上目鏡調節旋鈕，發現亮十字反射像變清晰了。但是，分劃板上的下半部十字刻度線又變得模糊不清晰。無論如何轉動望遠鏡上目鏡調節旋鈕，都不能調到亮十字反射像、十字刻度線同時清晰。解決之道為：眼睛在望遠鏡上盯住亮十字反射像，轉動望遠鏡上目鏡調節旋鈕直至亮十字反射像最清晰；再松開望遠鏡上方的目鏡鏡筒鎖緊螺釘，握住目鏡鏡筒沿軸線方向伸縮移動直至十字刻度線也最清晰，這時亮十字反射像、十字刻度線同時清晰。

問題2：狹縫線太寬、狹縫線與地面不垂直、狹縫線模糊不清晰的調整：

①狹縫線太寬的調整：眼睛在望遠鏡上盯住狹縫像，調節狹縫裝置上的狹縫寬度調節螺釘，狹縫線寬度隨之改變。

②狹縫線與地面不垂直的調整：眼睛在望遠鏡上盯住狹縫像，再松開狹縫裝置鎖緊螺釘，再旋轉狹縫裝置，此時狹縫線方向隨之改變，調整至滿意后，再擰緊狹縫裝置鎖緊螺釘。

③狹縫線模糊不清晰的調整：眼睛在望遠鏡上盯住狹縫像，再松開狹縫裝置鎖緊螺釘，前后伸縮狹縫裝置，此時狹縫線清晰度隨之改變，調整至滿意后，再擰緊狹縫裝置鎖緊螺釘。

分光計實驗對于初次使用者來說，相對困難。但只要認真、仔細、高質量地完成好目測粗調、正確放置平面鏡、掌握運用好“各調一半”法等實驗的關鍵，虛心學習、認真分析、尋找解決方法，將取得滿意的實驗效果。

參考文獻：

[1]馬穎，詹康生等.大學物理實驗教程（第2版）.北京：清華大學出版社，2013：9.

[2]馬穎，徐麗琴，詹康生.利用廢舊儀器建立綜合開放性實驗室.《實驗室科學》，2009.04.

[3]馬穎，徐麗琴，詹康生.大學物理實驗綜合性項目設計與教學實踐初探.《物理與工程》，2009.06.

[4]馬穎，詹康生等.大學基礎物理學（第2版、F2版）.北京：清華大學出版社，2012：12.