目視旋轉軌跡法快速調節分光計自準

葛　強，鄭發農，郝　霞

（安徽工程大學　數理學院，安徽　蕪湖　241000）

?

目視旋轉軌跡法快速調節分光計自準

葛強，鄭發農，郝霞

（安徽工程大學數理學院，安徽蕪湖241000）

摘要：分光計的自準調節是實驗教學中的重點和難點.本文基于分光計的調整及三棱鏡頂角的測定實驗的教學心得，介紹了目視旋轉軌跡法快速調節分光計的自準，具有較好的實驗效果，值得在實驗教學中推廣.

關鍵詞：分光計；調節自準；調節技巧；目視旋轉軌跡法

1　引言

分光計是一種能夠精確測量光線偏轉角度的典型光學儀器，也稱測角儀，是光學實驗中的基本儀器之一[1-3].光學中的許多基本物理量，例如光波波長﹑折射率﹑光柵常數等數據的測量都可以直接地或間接地通過測量光線的偏轉角來實現.使用分光計時必須經過一系列的精細的調整才能得到準確的結果，它的調整技術，尤其是分光計的自準調節，是光學實驗中的基本技能之一，是教學中的重點，也是難點，必須正確掌握.為快速調節分光計,張淑麗等[4-5]雖提出了一些調節的新方法，但是缺乏調節的理論依據，描述的實驗過程也存在一定問題.廖艷林等[6]在分析光路結構和合理假設的基礎上提出了一種快速調節分光計自準的方法，但是提出的方法過于抽象，不容易理解，并不能達到想要的教學結果.本文主要講述用分光計測量三棱鏡頂角實驗中的教學心得，介紹了目視載物臺旋轉軌跡法，快速調節分光計自準，具有較好的教學效果.

2　分光計的結構

分光計主要由望遠鏡﹑平行光管﹑載物臺﹑讀數圓盤和底座五部分組成.如圖1所示為分光計的外形圖.

（1）底座.底座的中心有一豎軸，望遠鏡和讀數圓盤可繞該軸轉動，該軸也稱為儀器的中心軸或主軸.

（2）平行光管.平行光管是產生平行光的裝置，管的一端安裝有會聚透鏡，另一端是帶有狹縫的圓筒，狹縫寬度可以根據需要自行調節.

（3）望遠鏡.實驗觀測用，由目鏡系統和物鏡組成，為了調節和測量，物鏡和目鏡之間還裝有十字分劃板，它們分別置于內管﹑外管和中管內，三個管彼此可以相互移動，也可以用螺釘鎖定.如圖2所示為望遠鏡的結構，在中管的分劃板下方緊貼一塊45°全反射小棱鏡，棱鏡與分劃板的粘貼部分涂成黑色，僅留一個綠色的小十字窗口.光線從小棱鏡的另一直角邊入射，從45°反射面反射到分劃板上，透光部分便形成一個在分劃板上的明亮的十字窗.

圖1　分光計外形圖

圖2　望遠鏡的結構

（4）載物臺.載物臺用來放置平面鏡﹑棱鏡等光學元件用.臺面下三個螺釘可調節臺面的傾斜角度，平臺的高度可旋松螺釘升降，調到合適位置再鎖緊螺釘.

（5）讀數圓盤.讀數圓盤是讀數裝置，由可繞儀器主軸轉動的刻度盤和游標盤組成，刻度盤上刻有720條等分刻線，分度值為30′.在游標盤對稱方向設有兩個角游標，游標上有30條分刻線，分度值為1′.讀數時，需要讀出兩個游標的數值，然后取平均值，這樣可消除刻度盤和游標盤的圓心與儀器主軸的軸心不重合所引起的偏心誤差.

讀數方法與游標卡尺相似，這里讀出的是角度.讀數時，以角游標零線為準，先讀出刻度盤上的整數刻度值，再讀出游標上與刻度盤上剛好重合的刻線所對應的分度值.如果游標零線落在半度刻線之外，則讀數應加上30′.

3　分光計的調整步驟和技巧

分光計的調整主要分成兩個部分，望遠鏡系統的調節和分光計的調節自準，其中分光記的調節自準即是實驗的重點也是實驗的難點.

3.1望遠鏡系統的調節

（1）視場清晰.調節目鏡視度手輪，使得視場中的十字叉絲清晰.

（2）望遠鏡焦距適中.松開望遠鏡的緊固螺釘，調節望遠鏡目鏡鏡筒的前后距離，使得望遠鏡的焦距適中.

（3）望遠鏡鏡筒光軸高低調節.調節望遠鏡光軸的高低控制螺釘，使得望遠鏡的光軸大致水平.

（4）望遠鏡鏡筒水平位置適中.手持望遠鏡鏡筒下方的三角形支架位置，左右移動，使得望遠鏡鏡筒處在的最佳觀察角度.

3.2旋轉法快速調節分光計的自準

（1）望遠鏡成像無窮遠.手持小平面鏡，將平面鏡扣在望遠鏡目鏡套筒上，這時在視場的中會出現綠色小十字，如圖3所示.松開調節望遠鏡目鏡套筒的緊固螺釘，調節目鏡套筒的前后距離，使得綠色小十字最清晰，此時望遠鏡成像無窮遠.

圖3　從目鏡中看到的視場

（2）粗調載物臺水平.調節載物臺下的三個螺釘，使得他們伸出的長度大致相同，將載物臺面頂起一定高度.松開游標盤止動螺釘，旋轉游標盤，并使得載物臺在游標盤的帶動下一起轉動.

目光與載物臺面持平，容易觀察到載物臺面邊沿的運動軌跡.若載物臺面與中心軸垂直，則觀察到的載物臺轉動側視如圖4a所示.若載物臺面與中心軸不垂直，載物臺轉動側視如圖4b所示；若將目光與載物臺面成一個比較小的角度，斜視載物臺面，則可以看到載物臺面所成橢圓的短軸及方位會隨著轉動而變化，如圖4c所示；調節相應的螺釘，使得載物臺面轉動時側視圖不再變化即可使得載物臺面與中心軸垂直.

分光計的自準調節最關鍵是使得載物臺面和中心軸垂直，根據載物臺面轉動側視圖可以很快判斷載物臺與中心軸的垂直情況.

圖4　載物臺轉動時側視圖

（3）細調載物臺水平.如圖5所示，將平面鏡放置在載物臺上，調節望遠鏡光軸高低位置適中，使得載物臺旋轉180度前后，視場中均可見綠色小十字，之后用減半逐步逼近法[7]，每次將載物臺支撐螺釘（離望遠鏡最近的螺釘）和望遠鏡高低螺釘各調一半，使得旋轉后兩面的綠色小十字慢慢靠近，最后在視場中大致處在同一水平位置，分光計也就達到自準狀態.

圖5　載物臺上雙面鏡放置的俯視圖

4　結語

分光計的調整是個難點，分光計的自準調節最關鍵是使得載物臺面和中心軸垂直，根據載物臺面轉動側視圖可以很快判斷載物臺與中心軸的垂直情況，再做相應的調節即可實現分光計的自準.目視載物臺面旋轉軌跡法是一種比較好的分光計調節方法，只要深入理解操作要領，就可以迅速快捷地調好分光計，值得在教學中推廣.

參考文獻：

〔1〕丁慎訓，張孔時.物理實驗教程[M].北京：清華大學出版社，1992.174-184.

〔2〕陳守川.大學物理實驗教程[M].杭州：浙江大學出版社，1995.203-210.

〔3〕趙青生.大學物理實驗[M].合肥：安徽大學出版社，2004.211-217.

〔4〕張淑麗.快速調解分光計的新方法[J].齊齊哈爾醫學院學報，2000(21):96-97.

〔5〕廖艷林，趙艷，諶正艮,等.一種快速調節分光計的方法[J].大學物理實驗，2010（23）：28-29.

〔6〕賴學輝，熊正燁，師文慶,等.分光計調節技巧分析和裝置改進[J].實驗科學與技術，2015（13）：206-208.

〔7〕鄭發農，華沙咪，郝霞.大學物理實驗教程（第二版）[M].合肥：中國科技大學出版社，2009.149-163.

基金項目：安徽大學光電信息獲取與控制教育部重點實驗室開放基金（OEIAM201412）；安徽省高等教育提升計劃自然科學研究基金（TSKJ2015B15）

收稿日期：2015-10-19

中圖分類號：O435

文獻標識碼：A

文章編號：1673-260X（2016）03-0003-02