同軸等高的快速調(diào)整方法改進(jìn)

韓修林　唐義甲　陳曙光

(阜陽師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院， 安徽 阜陽 236037)

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同軸等高的快速調(diào)整方法改進(jìn)

韓修林唐義甲陳曙光

(阜陽師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院， 安徽 阜陽 236037)

為了改進(jìn)工科教材中的同軸等高調(diào)整方法，提高調(diào)整速度，完善調(diào)整效果，提出了一種新的調(diào)整方法 —— 接收屏調(diào)整方法。介紹接收屏法的基本步驟，并進(jìn)行理論分析。

光具座； 同軸等高； 接收屏

根據(jù)教育部對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的基本要求，綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性或研究性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程重要的組成部分[1-2]。同軸等高調(diào)整是在光具座開展實(shí)驗(yàn)時(shí)必須用到的基礎(chǔ)技能。關(guān)于光具座的許多實(shí)驗(yàn)理論只有在近軸光線的條件下才能成立，即要求光線與光軸夾角很??；同時(shí)實(shí)驗(yàn)所要測(cè)量的光具座上各元件間的距離都是沿光軸計(jì)算長度，其長度即光具座上的標(biāo)尺刻度讀數(shù)。同軸等高是指調(diào)整光具座上所有光學(xué)元器件的中心，使其處于與導(dǎo)軌共面平行的同一軸線上，且令所有光學(xué)元器件的縱切面皆垂直于這一軸線。實(shí)驗(yàn)教材及文獻(xiàn)中對(duì)等軸同高調(diào)整的方法均有介紹，這些方法大都采用薄透鏡共軛成像、大像追小像逐次逼近的方法進(jìn)行調(diào)整[3-4]。在實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)這些方法仍有不足，不僅繁瑣，而且由于視差與像差的影響[5]，很難準(zhǔn)確確定大像與小像的中心，調(diào)整效果難以滿足實(shí)驗(yàn)調(diào)整要求。為此，我們依據(jù)光的直進(jìn)性(直線傳播性質(zhì))特點(diǎn)，提出一種簡便而快捷的同軸等高調(diào)整新方法 —— 接收屏調(diào)整方法，以提高調(diào)整速度，完善調(diào)整效果。下面以菲涅爾雙棱鏡測(cè)光波波長為例，詳細(xì)介紹這種調(diào)整方法。

1　接收屏調(diào)整方法步驟

根據(jù)同軸等高調(diào)整示意圖(見圖1)，介紹接收屏調(diào)整方法的基本步驟。

(1)將可調(diào)狹縫、菲涅爾雙棱鏡、透鏡、測(cè)微目鏡、像屏等光學(xué)元器件置于光具座上的滑塊上夾好，并攏，調(diào)整高低、左右位置，使光具座上各元器件中心大致在一條和導(dǎo)軌平行的直線上，并使各元器件的平面相互平行并垂直于導(dǎo)軌。這一步驟僅靠眼睛觀察而作出判斷，準(zhǔn)確度無法保證。

(2)先使可調(diào)狹縫靠近光源，將夾有像屏的滑座插到可調(diào)狹縫后面，上下左右調(diào)整光源的位置，使透過可調(diào)狹縫的光亮狹縫輪廓區(qū)域(以下簡稱光域)中心與像屏中心重合，保證像屏沿導(dǎo)軌前后移動(dòng)，且像屏上接收到的光域中心沒有明顯偏移。圖2所示為光域示意圖。

圖1　同軸等高調(diào)整示意圖

(3)取下像屏的滑座，使夾有雙棱鏡的滑座靠近狹縫，用白紙或毛玻璃白屏接收可調(diào)狹縫透過來的光域，確定光域中心位置，上下左右微調(diào)雙棱鏡的位置，使透過可調(diào)狹縫的光域中心與菲涅爾雙棱鏡中心重合。

(4)使夾有透鏡的滑座靠近雙棱鏡，用白紙或毛玻璃白屏接收由雙棱鏡透過來的光域，確定光域中心位置，上下左右微調(diào)透鏡的位置，使透過雙棱鏡的光域中心與透鏡中心重合。

(5) 使夾有測(cè)微目鏡的滑座靠近透鏡，用白紙或毛玻璃白屏接收由雙棱鏡透過來的光域，確定光域中心位置，上下左右微調(diào)測(cè)微目鏡的位置，使透過透鏡的光域中心與測(cè)微目鏡中心重合。

2　接收屏法理論分析

靠近光源的狹縫相當(dāng)于光闌，會(huì)遮去光源外圍光線，只讓近軸光線通過；因此，透過狹縫的光域?yàn)榻S光域(見圖2)。由光的直線傳播理論可知，透過狹縫的光域中心在光源中心與狹縫中心的連線上。若像屏沿導(dǎo)軌前后移動(dòng)，像屏上接收到的光域中心沒有明顯偏移，那么光源中心與狹縫中心的連線一定就是與導(dǎo)軌共面平行的同軸等高線，即二者同軸等高。這一步調(diào)整很關(guān)鍵，應(yīng)當(dāng)耐心、仔細(xì)地反復(fù)調(diào)整，盡可能沿導(dǎo)軌前后移動(dòng)，保證像屏上接收到的光域中心不發(fā)生偏移。

用白紙或毛玻璃白屏接收光域，確定光域中心位置。這是因?yàn)椋准埢蛎ＡО灼聊馨l(fā)生漫反射，無論在哪個(gè)方位都能觀察到清晰的光域，便于確定光域的中心。顯然，調(diào)整光具座上的狹縫(物屏)等光闌后，使各光學(xué)元器件中心與光域中心重合，各光學(xué)元器件中心自然落到同軸等高線上，從而達(dá)到同軸等高的調(diào)整目的。

3　結(jié)　語

在光具座上進(jìn)行的一系列光學(xué)實(shí)驗(yàn)中, 同軸等高的調(diào)整是必不可少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其效果決定著實(shí)驗(yàn)最終的成敗。而傳統(tǒng)的調(diào)整方法需借助于薄透鏡，具有一定的局限性，且調(diào)整過程繁瑣、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，教學(xué)效果相對(duì)較差。

簡而言之，接收屏法是通過調(diào)整后面一個(gè)光學(xué)元件中心，使其處于前一個(gè)光學(xué)元件的光域中心位置來完成同軸等高的調(diào)整，其理論依據(jù)是光的直線傳播性質(zhì)。實(shí)踐證明，接收屏法具有準(zhǔn)確、快速、省時(shí)、簡便的特點(diǎn)。 這種方法既容易為學(xué)生理解接受，又可訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)用理論解決實(shí)際問題的能力。

[1] 霍劍青. 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)基本要求的指導(dǎo)思想和內(nèi)容解讀[J].物理與工程，2007，17(1)：5-9.

[2] 袁廣宇，朱德權(quán). 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)：一級(jí) [M]. 第2版.合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2009：147-152.

[3] 楊述武，賈玉民.普通物理實(shí)驗(yàn)：光學(xué)部分[M].第3版.北京：高等教育出版社，2000：20-24.

[4]梁錦安. 介紹一種光學(xué)系統(tǒng)共軸等高調(diào)節(jié)法[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2000(6):101-103.

[5] 姚啟鈞.光學(xué)教程[M].第4版.北京：高等教育出版社，2009：69.

RapidAdjustmentMethodImprovementofCoaxialIsohypse

HAN XiulinTANG YijiaCHEN Shuguang

(School of Physics and Electronic Engineering, Fuyang Normal College, Fuyang Anhui 236037, China)

Thispaperintroducesanewadjustmentmethodcalledreceivingscreenadjustmentmethodtoimprovecoaxialisohypseadjustmentinengineeringteachingmaterialsbyimprovingtheadjustmentspeedandperfectingadjustmenteffect.Thebasicstepsofthereceivingmethodareexplainedinthispaperandtheoreticalanalysisiscarriedout.

opticalbench;coaxialisohypse;receivingscreen

2015-11-30

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“耀變體多波段光變特征研究”(11273008)；安徽省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目“新型溯源系統(tǒng)下的國家級(jí)農(nóng)業(yè)科技園區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品電商應(yīng)用系統(tǒng)創(chuàng)新與示范”(1604A0702037)；阜陽師范學(xué)院基礎(chǔ)教育研究項(xiàng)目“中學(xué)物理課堂演示實(shí)驗(yàn)的研究與實(shí)踐”(2012JCJY21)

韓修林( 1978 — ) ，男，安徽泗縣人，碩士，實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)榛A(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

O484.5

A

1673-1980(2016)04-0120-02