分光計調(diào)整的實驗教學方法

作者簡介：任艷琴（1980-），女，漢族，山西汾陽人，碩士研究生，講師，研究方向：混沌同步。

摘 要：在大學物理實驗中，分光計重要的調(diào)節(jié)對初學者有較大的困難。本文將分光計的原理化繁為簡，指導學生應用透鏡基本的光路知識，通過現(xiàn)象指導實驗操作，既易于理解又有助于提高分光計的課堂教學效果。

關(guān)鍵詞：分光計；望遠鏡聚焦

中圖分類號：O433.1文獻標志碼：A文章編號：2095-9214（2016）10-0116-01

分光計是精確測定光學偏轉(zhuǎn)角的實驗儀器，光學中的許多基本量如波長，折射率都可以直接或間接地表現(xiàn)為光線的偏轉(zhuǎn)角，利用它可以測量波長、折射率等。分光計的調(diào)節(jié)既能夠培養(yǎng)學生的實驗技能，也可以提高學生解決實際問題的能力，但其調(diào)節(jié)要求較高，對初學者來說在規(guī)定時間內(nèi)掌握調(diào)節(jié)技巧有很大的困難。

一、分光計結(jié)構(gòu)

首先了解分光計的外部主要結(jié)構(gòu)；其次讓學生了解望遠鏡、平行光管的仰角螺釘和調(diào)焦手輪；最后介紹幾個相關(guān)的緊固螺釘，以及望遠鏡和平行光管調(diào)節(jié)需要達到的目的。

二、分光計調(diào)整的原理

（一）關(guān)于凸透鏡的光路原理

分光計以透鏡的成像原理為基礎，一束平行光經(jīng)過凸透鏡，會聚在焦平面上，根據(jù)光路可逆原理，焦平面的發(fā)光物體發(fā)出的光，經(jīng)過透鏡出射平行光，如圖1所示。

（二）分光計調(diào)節(jié)原理

分光計的調(diào)節(jié)原理概括為：平行光管發(fā)出平行光；望遠鏡對平行光聚焦；望遠鏡、平行光管的光軸等高且垂直儀器的公共軸。

在調(diào)整平行光管時需要通過望遠鏡才能判斷是否出射的是平行光，因此在選取調(diào)節(jié)步驟時應該首先調(diào)節(jié)望遠鏡（調(diào)節(jié)難點）。通常望遠鏡對平行光聚焦采用“自準法”，所謂自準法就是利用物距等于焦距產(chǎn)生平行光，再利用垂直于光軸的物鏡原路返回物屏成像的方法，如圖2所示。我們從假設出發(fā)根據(jù)看到的想象來判斷假設是否成立，便于初學者理解自準法。通過流程圖3來說明：

三、分光計調(diào)節(jié)中的難點

實踐教學中分光計調(diào)整的兩個難點：一是望遠鏡自準狀態(tài)下找平面反射鏡反射的“+”字像；二是調(diào)整望遠鏡的光軸與儀器的主軸垂直。結(jié)合分光計調(diào)節(jié)的難點和初學者實際調(diào)節(jié)過程中遇到的問題，給出比較容易理解和操作的方法：1.調(diào)節(jié)目鏡看清楚分劃板上的刻線。2.調(diào)節(jié)載物臺的三個螺釘，使載物臺基本保持水平。3.望遠鏡的仰角螺釘降到最低，望遠鏡筒在垂直于雙面反射鏡的位置，然后緩慢抬高望遠鏡的仰角螺釘同時小幅度地轉(zhuǎn)動望遠鏡的方位，直到找到綠色“+”為止，記下仰角螺釘?shù)母叨華。4.觀察十字是否清晰，如果不清晰，則調(diào)節(jié)望遠鏡調(diào)焦手輪。

在步驟2中粗調(diào)載物臺的水平，并不能實現(xiàn)嚴格水平，在此情形下我們觀察到的綠色十字像位于分劃板的視野邊緣，而將載物臺旋轉(zhuǎn)180度以后另外一個面的綠色“+”就超出了視野范圍，初學者無法找出綠色“+”字像，如果此時盲目的去調(diào)節(jié)望遠鏡或者是載物臺，可能會導致兩個面都沒有綠色“+”像，為此我們采取以下步驟：5.將載物臺旋轉(zhuǎn)180度，重復步驟2，記下仰角螺釘?shù)母叨菳，并比較兩邊的高度。6.如果B大于A，則將載物臺旋轉(zhuǎn)180度，降低仰角螺釘?shù)母叨葘ふ揖G色“+”字，記下仰角螺釘抬高幾圈，然后回調(diào)仰角螺釘，每回調(diào)一圈，綠色“+”字位置會發(fā)生變化，此時調(diào)節(jié)載物臺上的離手最近的螺釘，保持綠色“+”字的位置，在回調(diào)到的一半圈數(shù)時候，觀測一下反面有沒有綠色“+”字。如此反復直到兩個面同時出現(xiàn)綠色“+”字。然后采取各半調(diào)節(jié)的方式，把綠色“+”字調(diào)到上“+”字的位置。在調(diào)整過程中需要配合轉(zhuǎn)動載物臺和改變望遠鏡的俯仰角度，就要求學生手和眼睛的協(xié)調(diào)，才能準確地找到綠色“+”字的像，這對于學生實驗技能的培養(yǎng)是一個很好的訓練。

綜上所述，首先需要學生深入的理解實驗原理，仔細觀察實驗現(xiàn)象，對實驗現(xiàn)象進行分析和討論，做出正確的判斷，找到解決問題的方法。這種教學方式既培養(yǎng)學生的動手能力，又培養(yǎng)學生的分析問題、解決問題的能力，有效地提高了教學的課堂效果。

（作者單位：武漢紡織大學電子與電氣工程學院）

參考文獻：

[1]趙凱華，鐘錫華.光學[M].北京：北京大學出版社，1984

[2]熊永紅，張昆實.大學物理實驗[M].北京：科學出版社，2007

[3]馬紅玉等.分光計調(diào)節(jié)方法的改進[J].高校實驗室研究，2013