分光计实验中的载物台倾斜问题研究

董雪蔺

（常熟理工学院物理与电子工程学院，江苏常熟 215500）

分光计实验中的载物台倾斜问题研究

董雪蔺

（常熟理工学院物理与电子工程学院，江苏常熟 215500）

针对学生在分光计实验中提出的载物台倾斜问题，通过理论分析与实验验证得出载物台倾斜程度与可能产生的误差之间的对应关系，并提出应如何引导学生去处理类似的问题。

分光计；载物台；三棱镜顶角；实验教学

分光计是一种精密的测角仪，在测量之前必须按要求将分光计调整到可测量状态。而所谓的可测量状态，就是利用三棱镜或平面镜将观察平面与读值平面调节至相互平行，即载物台平面（对应于观察平面）应平行于刻度盘所在平面（对应于读值平面）。而在实际过程中，即使完全按照实验要求进行操作，也无法保证二者的严格平行。那么这种“不平行”将对测量结果产生多大的影响呢？笔者对此进行了分析研究，并指出了应当如何引导学生做好这一实验。

一、理论分析

自准法测量三棱镜顶角是一个典型的测角实验，其原理如图1所示。按要求将三棱镜置于载物台上，用“二分之一法”仔细调节望远镜的倾角和载物台下的三个螺钉，使望远镜位于T1、T2位置时，其光轴DO 与OE都能与三棱镜的反射面AB和AC相垂直。此时，通常认为分光计的载物台平面和读值平面就达到了相互平行。而望远镜从T1到T2所转过的角度φ就等于三棱镜顶角A的补角，即A=1 8 00—φ。但在实验操作中，由于存在各种系统误差或其它原因，故而不能保证望远镜光轴扫过的平面（观察平面）与读值平面严格平行，即载物台平面与刻度盘平面间存在一个夹角β。因而，望远镜光轴所转过角度φ0并不等于通过在刻度盘上读数再作计算得出的值φ。下面分析φ0和φ二者之间的具体关系，并估计由此带来的测量误差。

T 图1 分光计的测角原理

如图2所示，设载物台倾斜角度为β，∠C A D= φ0为望远镜实际转过的角度，∠C B D=φ为∠C A D =φ0在刻度盘平面内的投影。

图2 实际角与其投影的关系

现以测量三棱镜顶角为例来说明。设待测三棱镜实际顶角A=6 0°，相应的补角φ0=1 2 00，倾角β取不同数值时可得到测量数据如表1：

从表1中可看出，随着倾角β的增大，理论上可能产生的误差也越大。其中β=2°时，理论上可能产生的误差在［-1′49″，54″］之间。而一般情况下，依据人眼的分辨力，当物体倾斜的角度大于2°，人眼就能感觉出倾斜了。因此在实验中虽然无法保证将载物台调节至与刻度盘平面严格平行，但是结合人眼对载物台平面的观察能够将由此产生的测量误差控制在一个很小的范围内。

二、实验验证

三、问题总结

在分光计测量三棱镜顶角这一实验中，依照实验原理的要求，望远镜转过的平面与载物台平面相平行。但是在实际的实验操作中，即使严格运用二分之一调节法进行调节也无法保证两个平面严格平行，由此可能引入一定的误差。通过以上的理论分析与实验验证可知,载物台越是倾斜，相应的三棱镜顶角测量值的误差也会随之增大。但是依据人眼的分辨力，当倾斜角度大于2°时，人眼就能够观察到载物台的倾斜，从而采取措施予以调整，因此在实际操作中采用二分之一调节法再结合人眼对载物台水平状况的监督，虽然无法做到使载物台平面严格平行于刻度盘平面，但仍能将测量误差控制在可接受的范围内。

表1 不同倾角β下理论上可能产生的测量误差范围

表2 人眼观察到载物台水平的前提下的实验数据

四、教学改革

在实际的实验教学中除了指导学生按书本上的要求完成实验外，还应引导学生开动脑筋，多提出实验中可能存在的问题以及验证与解决的方法。

以分光计实验为例，载物台的倾斜问题是较容易被发现的，就此可按以下几步来引导学生：

（1）在讲解完实验原理和二分之一调节法后提出问题，让学生思考一下二分之一调节法是否能够满足本实验所要求的严格平行；

（2）如果无法满足那么会对测量结果产生怎样的影响，就此让学生自己设计实验步骤来予以验证；

（3）对所得的数据进行分析比较得出结果；

（4）实际的实验中如何来避免这一误差，如果无法避免又应对结果进行怎样的修正，使测量结果更加接近实际值。

总之，整个过程应以学生为主，教师只是从旁起辅导作用。要让学生不再是机械的按照书本去做实验，而是开动脑筋，更深入的参与到实验中来，从而提高学生提出问题、解决问题的能力，培养学生的创新能力。

［1］毛爱霞，刘汇慧，陈庆东.用分光计测量三棱镜折射率的几个问题［J］.大学物理实验，2009，22（2）：35-37.

［2］张平.大学物理实验［M］.南京：南京大学出版社，2008：90-91.

The Problem of Tilt Table in Spectrometer Experiment

DONG Xue-lan

(College of Physics＆Electronic Engineering,Changshu Institute of Technology,Changshu 215500,China)

According to the problem of the tilt table in spectrometer experiment discovered by students,this paper analyzes the relations between the degree of the tilt table and the possible differences existing in the results of experiments from both theoretical analysis and experimental verification,which gives students good guidance for dealing with the similar problems.

spectrometer；stage;vertex angle of triple prism;experiment teaching

O435.2

A

1008-2794（2010）12-0113-03

2010-11-06

董雪蔺（1978—），女，浙江余姚人，常熟理工学院物理与电子工程学院助教。