分光計的調(diào)節(jié)原理和調(diào)節(jié)技巧

穆松梅

摘 要:在讓學(xué)生了解分光計結(jié)構(gòu)和深入剖析各個部分測量原理的基礎(chǔ)上來講授分光計的調(diào)節(jié)方法,會達到事半功倍的教學(xué)效果

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

中圖分類號:TH74 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)07(c)-0173-01

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

由于分光計的調(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)整分光計前,有必要利用一些時間讓學(xué)生了解分光計的的結(jié)構(gòu)和工作原理,讓學(xué)生知曉使分光計達到待測狀態(tài)的基本要求,學(xué)生知其然并知其所以然,才會從根本上理解各步驟的調(diào)節(jié)目的和要達到的要求。這一過程可以利用圖示和實物儀器相結(jié)合來講解,將分光計的四個主要部分的構(gòu)造、功能、應(yīng)該達到的狀態(tài)逐一分解開來交待清楚。

調(diào)整分光計,主要是要達到以下要求:

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

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

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)用目測的方法調(diào)節(jié)平行光管、望遠鏡、載物臺的傾斜角度,使各部分在視覺上粗略地達到水平要求,為進一步細調(diào)打下基礎(chǔ)。粗調(diào)的重點是調(diào)節(jié)好載物臺的水平,這決定后面尋找“+”像的難易程度。

(2)望遠鏡目鏡的調(diào)焦。目的是使望遠鏡鏡筒中安放的分劃板能處于望遠鏡目鏡的焦平面上,使觀測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 細調(diào)

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

2.1 使望遠鏡能聚焦到無限遠處,準確接收平行光線

假設(shè)分劃板正處于望遠鏡物鏡的焦平面處,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)望遠鏡物鏡后是平行光線,再經(jīng)載物臺上的雙面鏡反射后仍是平行光線,又經(jīng)物鏡折射后,出射光線會匯聚于物鏡焦平面上,即分劃板上,則通過目鏡觀測到的“+”字像就會非常清晰且無視差。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準,仔細調(diào)節(jié)分劃板套筒到望遠鏡物鏡的距離,直到看到清晰的“+”字像且無視差為止,此時已將分劃板調(diào)整到物鏡的焦平面上了。

2.2 同時調(diào)整望遠鏡及載物臺的傾斜角度,這是整個調(diào)整過程的難點

這兩項調(diào)節(jié)是利用了望遠鏡的自準直系統(tǒng)。

假設(shè)望遠鏡光軸已垂直于分光計中心軸線,載物臺平面也平行于讀數(shù)盤平面,則底座平滑的雙面反射鏡放于載物臺上時,鏡面與載物臺垂直,由此可以推斷,此時所觀測到的“+”字像與“+”字發(fā)光原物一定關(guān)于望遠鏡中心軸線對稱,即“+”字像應(yīng)成在分劃板上部叉絲上。當(dāng)載物臺轉(zhuǎn)動180°時,通過雙面鏡的另一面所反射而成的“+”字像也會成在上述位置。反之,如果“+”字像沒有成在分劃板的上部叉絲上,則表示望遠鏡或載物臺至少有一個沒有調(diào)整好傾斜角度或者二者均沒有調(diào)整好傾斜角度?；谝陨显?當(dāng)“+”字像不在分劃板上部叉絲上時,就可以同時調(diào)節(jié)望遠鏡及載物臺的傾角螺絲,使兩面反射的“+”字像都達到目標位置。

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到調(diào)節(jié)目標位的,容易掌握但比較繁瑣,需要反復(fù)調(diào)節(jié)。下面的方法會更簡捷一些:通過分析可以知道,當(dāng)載物臺有前后方向的傾斜時,雙面鏡的兩個面反射的“+”字像必然不會在同一高度,而這個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,兩面的“+”字像會沿相反方向上下移動,由此,就可以調(diào)節(jié)其中的一顆螺釘,同時轉(zhuǎn)動載物臺觀察兩面的像,使其達到同一高度,此時載物臺上沿鏡面垂線上的兩顆螺釘已經(jīng)等高,鏡面垂直于載物臺平面,載物臺無前后方向傾斜。再分析望遠鏡,如果望遠鏡光軸沒有與雙面鏡平面垂直,則“+”字像一定不會成在分劃板上部叉絲上,或高或低,而調(diào)節(jié)望遠鏡傾角調(diào)節(jié)螺釘時,“+”字像會向同方向移動,這樣,在上步調(diào)好兩面“+”字像等高的基礎(chǔ)上,再調(diào)節(jié)望遠鏡的傾角調(diào)節(jié)螺絲,讓“+”字像達到分劃板上部叉絲位置就可以了,此時,望遠鏡傾角調(diào)好。

最后,要調(diào)節(jié)載物臺上與鏡面重合的螺釘?shù)母叨?使載物臺平面無左右方向的傾斜,平行于讀數(shù)盤平面。將鏡面在載物臺上轉(zhuǎn)過90°角,觀察望遠鏡中的“+”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,此時載物臺平面與讀數(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)整到待測狀態(tài)的望遠鏡為標準來調(diào)節(jié)的,由于望遠鏡已經(jīng)處于聚焦到無限遠處可以觀察平行光線的狀態(tài),那么如果通過望遠鏡所觀測到的光線非常清晰,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)望遠鏡中觀察到單縫像呈最清晰狀態(tài)時,則平行光管出射光即為平行光,此時,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),依賴于望遠鏡中分劃板的叉絲,由于設(shè)計時分劃板中心水平叉絲的位置恰是望遠鏡直徑位置,將望遠鏡孔徑一分為二,同時,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)動呈水平狹縫,通過望遠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),平行光管與望遠鏡共軸。

3 結(jié)語

實驗是在理解原理基礎(chǔ)上的操作過程,相信通過以上剖析和分解各個步驟的原理,分光計的調(diào)節(jié)就不會是那樣高深莫測了,會讓學(xué)生思路清晰地完成整個實驗過程,并將這個過程和調(diào)節(jié)方法牢記在心。

參考文獻

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