淺談分光計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的問題

楊端翠 唐國(guó)強(qiáng)

摘 要：在分光計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，最困難的問題是如何調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計(jì)中心軸垂直。針對(duì)這一難點(diǎn)問題，文章提出了一種切實(shí)可行的辦法。

關(guān)鍵詞：分光計(jì)；望遠(yuǎn)鏡；LED；調(diào)節(jié)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2018）18-0101-03

Abstract： In the experimental teaching of spectrometers， the most difficult problem is how to adjust the optical axis of the telescope perpendicular to the center axis of the spectrometer. In view of this difficult problem， the article proposes one kind of feasible method.

Keywords： spectrometer； telescope； LED； adjustment

一、概述

分光計(jì)是一種精密測(cè)量角度的光學(xué)儀器，分光計(jì)包括望遠(yuǎn)鏡、載物平臺(tái)，平行光管和讀數(shù)裝置、底座五部分構(gòu)成。其基本原理是，讓光線通過狹縫和聚焦透鏡形成一束平行光線，經(jīng)過光學(xué)元件的反射或折射后進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡物鏡并成像在望遠(yuǎn)鏡的焦平面上，通過目鏡進(jìn)行觀察和測(cè)量各種光線的偏轉(zhuǎn)角度，從而得到光學(xué)參量例如折射率、波長(zhǎng)、色散率、衍射角等。

分光計(jì)能進(jìn)行精確測(cè)量，必須經(jīng)過仔細(xì)調(diào)節(jié)：使平行光管發(fā)出平行光，望遠(yuǎn)鏡接受平行光（即聚焦至無窮遠(yuǎn)）；平行光管和望遠(yuǎn)鏡的光軸與分光計(jì)的轉(zhuǎn)軸垂直。而望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)是整個(gè)分光計(jì)調(diào)節(jié)的核心，它也是分光計(jì)儀器調(diào)節(jié)的難點(diǎn)。

二、望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)原理

分光計(jì)上采用的通常是阿貝式自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡， 其結(jié)構(gòu)如圖1所示。分光計(jì)中采用的是自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡，它由目鏡、分劃板和物鏡組成。分劃板上刻有雙十字叉絲，其底部粘有一塊全反射小棱鏡，鏡上涂有不透明膜，膜上刻有一空心十字窗口。若在物鏡前放一平面鏡，前后調(diào)節(jié)目鏡（連同分劃板）與物鏡的距離，使分劃板位于物鏡的焦平面上時(shí)，小燈泡發(fā)出的光透過十字空心叉形窗口經(jīng)物鏡折射后成平行光射向平面鏡，其反射光又經(jīng)物鏡后在分劃板上形成亮的十字像。如望遠(yuǎn)鏡與分光計(jì)轉(zhuǎn)軸垂直，此像將落在雙十字叉絲的上十字叉絲處。

調(diào)望遠(yuǎn)鏡時(shí)，首先目測(cè)粗調(diào)，使望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計(jì)轉(zhuǎn)軸大致垂直，要求在望遠(yuǎn)鏡目鏡視場(chǎng)中能看見雙面反射鏡的2個(gè)面都有反射回來的“十”字叉絲像。粗調(diào)目標(biāo)達(dá)到之后，然后再細(xì)調(diào)，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡傾斜度螺釘和載物臺(tái)上的調(diào)節(jié)螺釘， 逐步使“十”字叉絲的兩個(gè)反射像重合于叉絲的上交點(diǎn)，這就是“逐步減半”調(diào)整法。而學(xué)生普遍遇到的困難是粗調(diào)后看不到雙面反射鏡的2個(gè)面反射回來的“十”字叉絲像，或者只能找到1個(gè)面反射的“十”字像，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行下去。

三、望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)方法

針對(duì)怎樣調(diào)整望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計(jì)的中心軸垂直，實(shí)驗(yàn)課本中一般采用“逐步減半”調(diào)整法[1-3]，但前提是望遠(yuǎn)鏡粗調(diào)要成功，即從望遠(yuǎn)鏡中要能夠看到“十”字叉絲的兩個(gè)反射像，而關(guān)鍵是學(xué)生無法快速完成望遠(yuǎn)鏡粗調(diào)工作， 導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行下去。因此，學(xué)者王小懷[4]總結(jié)了分光計(jì)調(diào)節(jié)和使用中的困難及解決措施， 賈虎[5]撰寫分光計(jì)的一種新調(diào)節(jié)方法及儀器的改進(jìn)，葛松華，唐亞明[6]撰寫的分光計(jì)的一種簡(jiǎn)單調(diào)整方法，有效地提供學(xué)者們一些好方法，提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣。

根據(jù)多年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生利用自準(zhǔn)直法對(duì)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行調(diào)試時(shí)，導(dǎo)致望遠(yuǎn)鏡粗調(diào)困難的原因主要有兩點(diǎn)，首先是照亮分光計(jì)自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡的鎢絲燈泡容易壞，鎢絲燈泡亮度不合適；其次課本寫的望遠(yuǎn)鏡粗調(diào)調(diào)整方法比較含糊，學(xué)生不易理解。從而導(dǎo)致學(xué)生無法按時(shí)完成分光計(jì)實(shí)驗(yàn)的調(diào)節(jié)，影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)進(jìn)度。針對(duì)小燈泡亮度不夠，而且燈泡易壞的缺陷，如圖2只要用一個(gè)LED發(fā)光二極管串聯(lián)一個(gè)電阻，通過dc插座接電源適配器，就可以克服上述缺陷。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有益于改造，它為分光計(jì)自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡的照明提供了合適的亮度，它不僅發(fā)光均勻穩(wěn)定，且壽命長(zhǎng)，節(jié)能環(huán)保，方便使用者調(diào)節(jié)，提高了實(shí)驗(yàn)效率。

如圖3所示，望遠(yuǎn)鏡目鏡的底部通過空心圓柱形金屬套筒固定連接LED照明系統(tǒng)，空心圓柱形金屬套筒里面是dc-005單孔插座，單孔插座正極接限流電阻一端，限流電阻另一端接LED的正極，LED的負(fù)極接單孔插座負(fù)極，空心圓柱形金屬套筒的外面插6v400mA的電源適配器，通過旋轉(zhuǎn)空心圓柱形金屬套筒就可以使它固定在分光計(jì)上。

針對(duì)課本寫的望遠(yuǎn)鏡粗調(diào)調(diào)整方法比較含糊問題，課本告訴學(xué)生粗調(diào)目標(biāo)是：經(jīng)雙平面反射鏡的2個(gè)面反射回來的“十”字叉絲像通過望遠(yuǎn)鏡的目鏡能清晰看到，否則，說明粗調(diào)不合格，必須重新進(jìn)行粗調(diào)，但并沒有提供具體的調(diào)節(jié)方法，針對(duì)這個(gè)問題，具體方法如下：若雙平面反射鏡的2個(gè)面反射回來的“十”字叉絲像都看不見如圖4a，則旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡傾斜度調(diào)節(jié)螺絲，且緩慢來回旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)，觀察目鏡視場(chǎng)中是否出現(xiàn)“十”字反射像，若望遠(yuǎn)鏡目鏡端已明顯傾斜，還未見“十”字叉絲反射像，則反向旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡傾斜度螺釘，目鏡視場(chǎng)中肯定會(huì)出現(xiàn)“十”字反射像；若只看見雙平面反射鏡的1個(gè)面反射回來的“十”字叉絲像如圖4b、4c，則旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡傾斜度調(diào)節(jié)螺絲把反射回來的“十”字叉絲像調(diào)到目鏡視場(chǎng)最上面或者最下面，則另一面反射回來的“十”字叉絲像肯定出現(xiàn)。然后采用“逐步減半逼近”調(diào)整法再進(jìn)行細(xì)調(diào)，將兩面“十”字反射像調(diào)至與叉絲的上交點(diǎn)重合處出，如圖4d，此時(shí)望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)工作已完成，可以繼續(xù)往下實(shí)驗(yàn)。

針對(duì)上述兩點(diǎn)采取改進(jìn)措施后，學(xué)生可以快速的實(shí)現(xiàn)分光計(jì)粗調(diào)目標(biāo)，然后利用“逐步減半”調(diào)整法進(jìn)行細(xì)調(diào)，學(xué)生完全可以在規(guī)定時(shí)間內(nèi)順利完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，取得了較好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

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[4]王小懷.分光計(jì)調(diào)節(jié)和使用中的困難及解決措施[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007，26（2）：35-37.

[5]賈虎.分光計(jì)的一種新調(diào)節(jié)方法及儀器的改進(jìn)[J].物理與工程，2009：27-32.

[6]葛松華，唐亞明.分光計(jì)的一種簡(jiǎn)單調(diào)整方法[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2006（06）：32-63.