分光計(jì)快捷調(diào)整方法的探究

詹康生　馬穎　徐麗琴

摘 要： 本文結(jié)合分光計(jì)的結(jié)構(gòu)原理，分析分光計(jì)實(shí)驗(yàn)中的難點(diǎn)和初學(xué)者在分光計(jì)調(diào)節(jié)中經(jīng)常碰到的問題，提出分光計(jì)實(shí)驗(yàn)中初學(xué)者運(yùn)用目測(cè)法、各調(diào)一半法，實(shí)現(xiàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分光計(jì)快捷調(diào)整，從而順利完成實(shí)驗(yàn)操作，對(duì)教學(xué)實(shí)踐具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 分光計(jì) 目測(cè)粗調(diào) 各調(diào)一半

分光計(jì)又稱測(cè)角儀，是在不與被測(cè)光學(xué)元件接觸、不造成光學(xué)元件刮花前提下精密測(cè)量角度的儀器[1]，是光學(xué)測(cè)量中常用的基本儀器。分光計(jì)的調(diào)整思想、方法與技巧，在光學(xué)儀器中有一定的代表性，其結(jié)構(gòu)精密，操作訓(xùn)練要求嚴(yán)格。對(duì)于初次使用者來說，往往會(huì)遇到一些困難。本文就實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵點(diǎn)、難點(diǎn)及解決方法進(jìn)行探究，對(duì)實(shí)驗(yàn)者快捷調(diào)整、掌握分光計(jì)有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)作用。

1.認(rèn)真、仔細(xì)的目測(cè)粗調(diào)是分光計(jì)調(diào)整成功的前提和保證

調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡下方的望遠(yuǎn)鏡光軸俯仰調(diào)節(jié)螺釘，直至目測(cè)到望遠(yuǎn)鏡（圓柱體軸心線）與度盤（圓）平面平行；調(diào)節(jié)平行光管下方的平行光管光軸俯仰調(diào)節(jié)螺釘，直至目測(cè)到平行光管（圓柱體軸心線）與度盤（圓）平面平行；調(diào)節(jié)載物平臺(tái)下方3個(gè)調(diào)平螺釘[1]a■，a■，a■，直至目測(cè)到載物平臺(tái)（圓平面）與度盤（圓）平面平行；上述調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單的記為“望遠(yuǎn)鏡、平行光管、載物臺(tái)向度盤平面看齊”。目測(cè)技能對(duì)理工科學(xué)生來說極其重要，實(shí)際工作中常需對(duì)所測(cè)量物件目測(cè)其大小。土木專業(yè)技術(shù)人員在工地一線能目測(cè)“門的寬度、高度”、“房間的“長(zhǎng)、寬、高”；給排水專業(yè)技術(shù)人員在工地一線能目測(cè)各種管線的直徑等。這些技能在工作中令人刮目、起敬。目測(cè)本領(lǐng)需要在實(shí)驗(yàn)、生活中有意識(shí)地自我培養(yǎng)。

2.平面反射鏡的正確放置及其依據(jù)

載物臺(tái)用來放置待測(cè)物件。臺(tái)面下方裝有三個(gè)載物臺(tái)調(diào)平螺釘a■，a■，a■，如圖1所示[1]。三個(gè)調(diào)平螺釘用來調(diào)整臺(tái)面的傾斜度，松開載物臺(tái)鎖緊螺釘可升降、轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)。平面鏡的正確放置是：平面反射鏡與載物臺(tái)臺(tái)面上的一條溝槽線相垂直（載物臺(tái)臺(tái)面上有三條互成120°角的溝槽線）。其依據(jù)是：當(dāng)調(diào)節(jié)載物臺(tái)調(diào)平螺釘（例如螺釘a■）時(shí)，載物臺(tái)平面繞另外兩個(gè)螺釘（例如a■，a■）的連線旋轉(zhuǎn)，從而有效改變平面鏡反射的法線方向，使望遠(yuǎn)鏡中的叉絲像向上或向下移動(dòng)。

圖1 載物臺(tái)示意圖

如果目測(cè)粗調(diào)到位，由幾何關(guān)系可知：望遠(yuǎn)鏡光軸與平面反射鏡垂直，此時(shí)應(yīng)該可以在望遠(yuǎn)鏡中看到亮十字像（簡(jiǎn)稱叉絲像）。

如果此時(shí)在望遠(yuǎn)鏡中看不到叉絲像，則目測(cè)粗調(diào)不到位。需取下平面反射鏡，重新進(jìn)行目測(cè)粗調(diào)，直到按照要求放上平面反射鏡后，能在望遠(yuǎn)鏡中看到叉絲像，目測(cè)粗調(diào)這一步方可認(rèn)為完成。切記“認(rèn)真、仔細(xì)的目測(cè)粗調(diào)是分光計(jì)調(diào)整成功的前提和保證”，是本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，高質(zhì)量地完成目測(cè)粗調(diào)這一步，可達(dá)到事半功倍的效果。

3.“各調(diào)一半”法調(diào)整望遠(yuǎn)鏡光軸，使之與分光計(jì)的中心軸垂直

平面反射鏡仍豎直置于載物臺(tái)上，如果望遠(yuǎn)鏡的光軸與分光計(jì)的中心軸相垂直，而且平面鏡反射面又與中心軸平行，則轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)一圈時(shí)，從望遠(yuǎn)鏡中可以兩次觀察到由平面鏡反射鏡前后兩個(gè)面反射回來的亮十字像與分劃板準(zhǔn)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(zhǔn)線的位置關(guān)系

若望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計(jì)中心軸不垂直，平面鏡反射面也不與中心軸相平行，則轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)時(shí)，從望遠(yuǎn)鏡中觀察到的兩個(gè)亮十字反射像必然不會(huì)同時(shí)與分劃板準(zhǔn)線的上部十字線重合，而是一個(gè)偏低，一個(gè)偏高，此時(shí)需采用“各調(diào)一半”調(diào)節(jié)法進(jìn)行調(diào)整。具體調(diào)整方法為：如從望遠(yuǎn)鏡中看到準(zhǔn)線與亮十字像不重合，它們的交點(diǎn)在高低方面相差一段距離h，如圖2（a）所示。此時(shí)調(diào)整望遠(yuǎn)鏡高低傾斜螺釘使差距減小為h/2（即調(diào)一半），如圖2（b）所示。再調(diào)節(jié)載物臺(tái)下的（與平面鏡垂直溝槽線下）水平調(diào)節(jié)螺釘（例如螺釘a■），消除另一半距離，使準(zhǔn)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(tái)旋轉(zhuǎn)180°，使望遠(yuǎn)鏡對(duì)著平面鏡反射鏡的另一面，采用同樣的“各調(diào)一半”方法調(diào)節(jié)。如此反復(fù)調(diào)整，直至轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)時(shí)，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(zhǔn)線的上部十字線重合為止。這時(shí)望遠(yuǎn)鏡光軸和分光計(jì)的中心軸相垂直，常稱這種方法為“各調(diào)一半”調(diào)整法。簡(jiǎn)單地記為：

眼睛在望遠(yuǎn)鏡上盯住亮十字反射像；手分別調(diào)整二個(gè)調(diào)平螺釘移動(dòng)亮十字線一半直至圖2（c）所示（望遠(yuǎn)鏡下方的望遠(yuǎn)鏡光軸俯仰調(diào)節(jié)螺釘、載物臺(tái)調(diào)平螺釘（例如螺釘a■）；轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)每180°亮十字反射像都在圖2（c）所示。

特別提醒分光計(jì)初次使用者：轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)每180°，亮十字反射像都在圖2（c）所示的位置后，“不要再旋轉(zhuǎn)”望遠(yuǎn)鏡下方的望遠(yuǎn)鏡光軸俯仰調(diào)節(jié)螺釘，否則“前功盡棄”。

4.分光計(jì)調(diào)整中遇到的幾個(gè)問題及解決

分光計(jì)結(jié)構(gòu)精密，初學(xué)者在調(diào)整過程中往往會(huì)遇到各種各樣的問題，在此僅就常見的問題及解決方法進(jìn)行探究。

問題1：亮十字反射像、十字刻度線不能調(diào)到同時(shí)清晰：

眼睛在望遠(yuǎn)鏡上盯住亮十字反射像，發(fā)現(xiàn)亮十字反射像（一般為綠色十字叉絲像）模糊不清晰，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡上目鏡調(diào)節(jié)旋鈕，發(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡上目鏡調(diào)節(jié)旋鈕，都不能調(diào)到亮十字反射像、十字刻度線同時(shí)清晰。解決之道為：眼睛在望遠(yuǎn)鏡上盯住亮十字反射像，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡上目鏡調(diào)節(jié)旋鈕直至亮十字反射像最清晰；再松開望遠(yuǎn)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(dòng)直至十字刻度線也最清晰，這時(shí)亮十字反射像、十字刻度線同時(shí)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(diào)整：

①狹縫線太寬的調(diào)整：眼睛在望遠(yuǎn)鏡上盯住狹縫像，調(diào)節(jié)狹縫裝置上的狹縫寬度調(diào)節(jié)螺釘，狹縫線寬度隨之改變。

②狹縫線與地面不垂直的調(diào)整：眼睛在望遠(yuǎn)鏡上盯住狹縫像，再松開狹縫裝置鎖緊螺釘，再旋轉(zhuǎn)狹縫裝置，此時(shí)狹縫線方向隨之改變，調(diào)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(diào)整：眼睛在望遠(yuǎn)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(shí)狹縫線清晰度隨之改變，調(diào)整至滿意后，再擰緊狹縫裝置鎖緊螺釘。

分光計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)于初次使用者來說，相對(duì)困難。但只要認(rèn)真、仔細(xì)、高質(zhì)量地完成好目測(cè)粗調(diào)、正確放置平面鏡、掌握運(yùn)用好“各調(diào)一半”法等實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，虛心學(xué)習(xí)、認(rèn)真分析、尋找解決方法，將取得滿意的實(shí)驗(yàn)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬穎，詹康生等.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教程（第2版）.北京：清華大學(xué)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(shí)驗(yàn)室.《實(shí)驗(yàn)室科學(xué)》，2009.04.

[3]馬穎，徐麗琴，詹康生.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)綜合性項(xiàng)目設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)踐初探.《物理與工程》，2009.06.

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