分光計調(diào)整中的困難和解決方法

陸改玲，計晶晶，陳 霞

內(nèi)蒙古包頭醫(yī)學院醫(yī)學技術(shù)學院，內(nèi)蒙古包頭 014060

0 引言

分光計實驗既能夠培養(yǎng)學生的基本實驗技能，又能夠培養(yǎng)學生應(yīng)用理論知識解決實際問題的能力，因此它是物理實驗的必做實驗。然而分光計實驗對于第一次接觸該儀器的學生并不是件容易的工作，對于醫(yī)學院校開設(shè)這樣的實驗其難度更大。因為醫(yī)用物理學實驗是一個基礎(chǔ)課，在學生入學后的第一個學期開設(shè)。此期間，學生的基本實驗技能還比較差，加上分光計裝置本身較精密、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，調(diào)節(jié)要求也較高，因此對學生來說難度很大。他們往往不能在規(guī)定的時間內(nèi)順利完成實驗，這直接影響了實驗的教學質(zhì)量。為此，本人根據(jù)幾年的物理實驗教學經(jīng)驗，指出分光計調(diào)節(jié)的困難所在，并提出一個切實可行的調(diào)整方法。

1 分光計結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)要求[1]

使用分光計時必須經(jīng)過一系列的精細調(diào)整才能得到準確的測量結(jié)果，分光計的調(diào)整要求有三點：一是望遠鏡聚焦于無窮遠，即望遠鏡可接收平行光；二是望遠鏡光軸和載物臺平面都應(yīng)于儀器轉(zhuǎn)軸垂直；三是平行光管能射出平行光束。在這三點要求中，第三點容易實現(xiàn)。最關(guān)鍵的就是第一、二點。第一點調(diào)整的前提是首先能看到反射的綠“十”字像，然后調(diào)望遠鏡聚焦于無窮遠。對第二點的調(diào)整一般教材采用半調(diào)法，但是使用這一方法有一個前提，即反射鏡旋轉(zhuǎn)一周從望遠鏡中要能夠看到兩個“十”字叉絲反射像。然后再微調(diào)望遠鏡和載物臺上的調(diào)節(jié)螺釘，逐步使“十”字叉絲的兩個反射像和分劃板上的調(diào)節(jié)用叉絲重合。實際操作中尋找“十”字叉絲反射像往往成為調(diào)節(jié)的難點。

1.1 分光計光路設(shè)計原理

圖1 望遠鏡結(jié)構(gòu)簡化圖

當物（“十”字叉絲）位于凸透鏡焦平面上時，它發(fā)出的光線通過透鏡后將成為一束平行光。若用與望遠鏡主光軸垂直的平面鏡將此平行光反射回來，反射光再次通過凸透鏡后，將聚焦于凸透鏡的焦平面上，且像與物關(guān)于主光軸對稱，此像成為物的自準直像，自準直原理[1]是分光儀調(diào)整的基本原理之一。

1.2 望遠鏡光軸與儀器轉(zhuǎn)軸垂直

達到調(diào)節(jié)要求二時，從圖2中可以看出:“十”字叉絲發(fā)出的光經(jīng)過平面鏡反射進入望遠鏡后，其反射像出現(xiàn)在“十”字叉絲的對稱位置上。當平面鏡旋轉(zhuǎn)180°時，像的位置不變。這正是望遠鏡調(diào)整好了時的狀態(tài)。

圖2 望遠鏡光軸與儀器轉(zhuǎn)軸垂直

2 分光計調(diào)節(jié)困難

圖3 反射光偏離望遠鏡筒的幾種情況

在分光計調(diào)整實驗中，學生遇到的主要困難就是在望遠鏡的分劃板上看不到綠色“十”字叉絲的反射像。情況主要有三種：一是望遠鏡接收到了反射光線，但是望遠鏡沒有聚焦于無窮遠處；二是望遠鏡聚焦于無窮遠處，但反射光線沒有進入望遠鏡中，如圖3（a）（b）（c）；三是望遠鏡沒有調(diào)節(jié)到聚焦無窮遠，同時反射光線也沒有進入望遠鏡中。以上三種情況可能出現(xiàn)同樣的實驗現(xiàn)象，就是雙面鏡哪個反射面對準望遠鏡，就是找不到綠“十”字像；針對這一難題，不少文獻[2-4]對此都作了詳細介紹， 但對初學者來說都很難立刻掌握，在實驗操作過程中依然困難重重，絲毫不顯輕松。本文給出了一種快捷有效的調(diào)節(jié)方法。

3 難點的解決方法

3.1 望遠鏡聚焦于無窮遠處的調(diào)節(jié)方法

在望遠鏡的分劃板上看不到綠色“十”字叉絲的反射像有時是由于望遠鏡的焦距沒調(diào)好，即使反射光線進入望遠鏡中也無法看到分劃板上的綠“十”字。此時，將平面鏡緊貼在望遠鏡的物鏡端，一般情況下，望遠鏡的光軸與其端口垂直，這樣就能基本保證望遠鏡的光軸垂直于平面鏡，綠色“十”字叉絲的反射像按圖1的分析就落在了望遠鏡的視野中。若看不到綠色“十”字叉絲或是看到的“十”字叉絲模糊不清，此時只需改變物鏡與叉絲間的距離，使叉絲正好位于物鏡焦平面的位置時，可以使叉絲反射像最清晰，望遠鏡也就聚焦于無窮遠處了。這一步調(diào)好了就不會出現(xiàn)原因一提到的反射光線進入望遠鏡中，卻看不到“十”字叉絲的情況。

3.2 望遠鏡光軸與儀器轉(zhuǎn)軸垂直的調(diào)節(jié)方法

在望遠鏡聚焦于無窮遠處的前提下，針對原因二提出的找不到綠色“十”字叉絲的情況，可以采用把雙面反射鏡直接貼到望遠鏡筒上。根據(jù)圖1分析，反射光一定能進入望遠鏡中，視場中就會出現(xiàn)清晰的綠“十”字。在視場中不丟掉綠“十”字的情況下，把雙面反射鏡慢慢地退回到平臺上，此過程需要不斷前后傾斜平面鏡，同時判斷平臺和望遠鏡筒的傾斜方向，并調(diào)節(jié)平臺下和望遠鏡正對的傾斜螺釘[1]，使綠“十”字回到視場中。根據(jù)調(diào)節(jié)經(jīng)驗，不能單單調(diào)平臺的傾斜調(diào)節(jié)螺釘，同時也要調(diào)望遠鏡的傾斜調(diào)節(jié)螺釘。否則容易出現(xiàn)兩個面的反射像相互制約，一個出現(xiàn)另一個丟失的情況。調(diào)節(jié)時需要采用半調(diào)法，此處的半調(diào)法和兩個面的反射像都出現(xiàn)在視場中時所采用的半調(diào)法[1]有所不同。前者因為看不到綠“十”字的移動，需要準確的判斷平臺和望遠鏡的傾斜方向。并各調(diào)平臺和望遠鏡的傾斜螺釘同樣的高度使綠“十”字穩(wěn)定地停留在視場中。有時在視場中看到的不是綠“十”字像，而是一個光環(huán)，調(diào)節(jié)時要使光環(huán)的中心不斷向視場中移動，綠“十”字就會隨著光環(huán)的移動出現(xiàn)在視場中。很多學生由于觀察不夠仔細或是沒有經(jīng)驗，卻認為找不到綠“十”字像。

一個面的反射像調(diào)好了，平面鏡轉(zhuǎn)180°采用同樣的調(diào)節(jié)方法使視場中出現(xiàn)綠“十”字。但也可能會有一個面的綠“十”字出現(xiàn)，另一個面的丟失的情況，要重復(fù)上述步驟，直到看到“十”字反射像。當平面鏡兩個面反射的綠“十”字像都能看到時，同樣采用半調(diào)法，此時不用判斷傾斜方向，調(diào)節(jié)變得比較容易。當兩個面反射的綠“十”字像都和分劃板上的調(diào)節(jié)用叉絲線重合時，望遠鏡光軸與儀器的中心轉(zhuǎn)軸相垂直。

3.3 平面鏡鏡面平行于儀器轉(zhuǎn)軸的調(diào)節(jié)

在上述調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，將平面鏡的位置在水平面內(nèi)改變。旋轉(zhuǎn)載物臺，使鏡面垂直于望遠鏡光軸，從望遠鏡中找到反射“十”字像，調(diào)節(jié)載物臺與鏡面正對的傾斜螺釘，使反射“十”字像與調(diào)節(jié)叉絲重合，另一面的反射“十”字像與調(diào)節(jié)叉絲也會是重合的，此時平面鏡鏡面與儀器轉(zhuǎn)軸垂直。

4 結(jié)論

本文提出的通過把雙面反射鏡貼近望遠鏡筒，可以快速地調(diào)整望遠鏡聚焦于無窮遠及使平面鏡兩個面反射的綠“十”字像出現(xiàn)在視場中，該方法在教學實踐中得到了驗證，提高了分光計的調(diào)整速度，保證了教學質(zhì)量。

[1]計晶晶，楊穎.醫(yī)用物理實驗[M].內(nèi)蒙古大學出版社，2010：50-53.

[2]張志雄.試論分光計的調(diào)節(jié)原理和調(diào)節(jié)方法[J].物理實驗，1986(3)：113-116.

[3]王小懷.分光計調(diào)節(jié)和使用中的困難及解決措施[J].實驗室研究與探索，2007，26(2)：35-37.

[4]楊百愚，馮大毅.分光計調(diào)整實驗中望遠鏡的調(diào)整技巧[J].大學物理，2005，4(4)：45-50.