分光计的全程有目的调节

【摘要】分光仪的调节很困难。最难的是，调节望远镜与分光仪中轴线的垂直。本文通过难点分离--调节望远镜聚焦于无穷远、调节望远镜光轴与分光计中心轴垂直，两个调节完全分离，加手机辅助的方法，规避找不到像的无目的状态，实现了学生全程有目的的调节。

【关键词】分光计;望远镜;载物台;手机

分光计，是一种重要的角度测量仪器。可以用来测量物质反射角、衍射角、折射率、色散率、光波波长等[1]。在使用分光计之测量各种数据之前，首先要掌握分光计的调节方法。而由于分光计的结构较复杂：有望远镜、平行光管、载物台、读数装置四个主要部分[2]，其中平行光管用来产生平行光，望远镜用来观察平行光，载物台用来放待测物体，读数装置用来读取实验时角度[3]。另外包括各种锁紧微调螺丝、焦轮达到19个。学生不容易掌握调节方法。

分光计使用之前首先要达到两个平行：出入射光都是“平行光”，并且，这个平行光全程都要“平行”于读数刻度盘。第一个平行：要求调节望远镜聚焦于无穷远、平行光管发射平行光;第二个平行：要求调节望远镜、平行光管、载物台上表面都与分光计中心轴垂直，即与载物台中轴垂直[4]。

分光计调节顺序：先粗调，再细调，细调是由望远镜到载物台，再平行光管。

1.粗调

粗调的好坏，往往决定了细调的效率。所以人们也想了很多方法改善，提高粗调的精度，比如加水准仪[5][6]， 加装广角系统，激光准直系统等[4]。只是这些方法需要新加附件，不易推广，增加了分光仪的复杂程度。还有将载物台调到最低，强制条平行[1]，只是这种方法的对待测物体高度有要求。

2.细调

由于所要做实验不同，调节用光学元件有多种：平面镜，双面平面镜，三棱镜，光栅等。

2.1 调节望远镜聚焦于无穷远

调节望远镜聚焦于无穷远，指的是入射望远镜的平行光聚焦于目镜分划板。用的是自准直法。都是首先调节目镜没有视差后，具体有多种调节方法：

（1）按要求将光学元件放到载物台上，如图1所示，粗调望远镜光轴与镜面垂直，旋转载物台，找到模糊的绿色“+”字叉丝像，松开目镜锁紧螺钉，伸缩目镜镜筒，至“+”字叉丝清晰成像于分划板上。

图1 载物台上光学物品的摆放

（2）将光学元件反射面紧贴在望远镜筒物镜前，如图2所示，伸缩目镜，至“+”字叉丝清晰成像。

图2

调整望远镜光轴垂直仪器主轴，要找到两次“+”字叉丝清晰像。对于熟练掌握分光仪调节的人来说，用第一种方法，聚焦无限远的同时，实现了其中一次成像。而第二种方法在调整望远镜光轴垂直仪器主轴时，还得再找一遍“+”字叉丝像。

对于初学者第一种方法有两个难点：

（1）由于常常由于没有粗调好望远镜光轴与镜面垂直，导致望远镜筒里找不到模糊“+”字叉丝像;

（2）粗调好垂直的，由于实验进度不同，有些打开了汞灯、钠灯，这些灯光干扰，初学者不知遮挡灯光，旋转载物台时候，非常微弱模糊的绿色“+”字叉丝像一晃而过，就错过了。

实验时有些同学卡在这一步达40分钟。教学体会是：不要将两个问题，粗调垂直、聚焦无限远，放在一起解决，互相增加难度。

所以对初学者，用第二种方法，规避了灯光干扰，直接找到“+”字叉丝像，实现了聚焦于无穷远。由于是清晰“+”字叉丝像，接下来调整望远镜光轴与镜面垂直时，只要粗调好垂直，“+”字叉丝像出现在镜筒，立刻会发现，减少了粗调难度。

2.2 调节望远镜光轴与分光计中心轴垂直

调节望远镜光轴与分光计中心轴垂直，要使两个反射面都看到“+”字叉丝清晰像，并且与分划板上“上十字”重合。难点是先找到像。

首先看第一个反射面。按标准要求放置好双面平面镜、光栅或三棱镜等，再次粗调，用肉眼观察这些物体的反射面，是否与望远镜垂直，调节垂直。调节的结果有两个，一个看到“+”字叉丝像，一个看不到。看到的，只要按照“各半法”继续调节。

对于初学者这时往往忽视粗调重要性，导致不垂直。有经验者也有一定概率粗调失败，肉眼相对误差较大[4]。这时只有向下或向上微调望远镜倾斜螺钉，同时旋转载物台，看不到像，再向相反方向微调，转载物台。[7]这种微调程度方向的具有不确定性，初学者不好把握。

图3 手机辅助调节垂直示意图，及手机成像示意图

笔者从尺读度望远镜的调节得到灵感，采用人人都有的手机辅助。如图3.1所示，将手机调至白屏，放在望远镜目镜一端，光通过望远镜筒达到反射镜面上，旋转载物台，利用人眼的大视野，找到手机成像—圆形手机像素点群。如图3.2所示，人眼要在手机成像和筒内壁成像同心时，停止移动。这时如果人眼在目镜水平下方，可以微调望远镜倾斜螺钉，使目镜端降一点，同时调载物台上扬一点。各半法的一种体现。反之向相反方向调节。总之，最后使手机成像与目镜等高。这种方法找“+”字叉丝像有的放矢，不需经验判断调整程度方向，学生容易掌握。

旋转载物台，找第二个十字叉丝像，找到的继续用各半调节法调节，如果找不到第二个叉丝像，重复先前的步骤，手机辅助。

唯一需要注意的是，无论怎么调节，结果都不要使望远镜和载物台明显脱离水平。

由于不同光学元件调节不能互相代替[8]，为了避免二次调垂直，如果做“用最小偏向角法测三棱镜材料的折射率”实验，就要用三棱镜调垂直，如果做 “用透射光栅测定光波波长”实验，调垂直光学元件就要用光柵。接下来是平行光管的调节，较简单。伸缩竖直狭缝，调好的望远镜中看到清晰像，就实现了平行光的调节;狭缝旋转九十度，调节狭缝使其与望远镜分划板中央水平线重合，就实现了与望远镜共轴，即与分光仪中轴线垂直[9]。

3.结论

分光仪作为光学中一种重要的基础性仪器，它结构复杂，调节困难。最难的是，调节望远镜与分光仪中轴线的垂直。本文通过难点分离，手机辅助的方法，规避了找不到像的无目的状态，实现学生全程有目的的调节。其实，所有的难点都是对初学者，实验课短短的几小时，不足以使学生熟练掌握一台仪器。目前有的虚拟现实技术，用电脑软件架构出分光仪，如果这种软件在有条件的地方推广，学生在自己的电脑上随时练习长时间，相信这些困难将不攻自破。

参考文献

[1]陈丽娜.分光仪调节的一种简单方法[J].实验科学与技术，2011，9（1）：20-21.

[2]王兴福，葛智勇，张文，张海燕.分光计调节创新教法[J].科技信息，2009，26（11）：128+107.

[3]胡孝博，聂丽青，刘扬正.分光计的快速调整方法探索[J].南京工程学院学报（ 自然科学版），2008，6（1）：69-72.

[4]王小怀.分光计调节和使用中的困难及解决措施[J].实验室研究与探索，2007，26（2）：35-37.

[5]许飞，罗锻斌.分光计调节实验中的教学方法探讨[J].大学物理实验，2013，26（4）：35-36.

[6]葛松华，唐亚明.分光计的一种简单调整方法[J].实验科学与技术，2006，4（6）：62-63.

[7]诸挥明，梁路光，付妍.分光计实验中望远镜和载物台调整的一种快速方法[J].大学物理实验，2006，19（1）：51-54.

[8]王 敏.分光计的调节难点、调节方法及其迁移应用[J].电子世界，2014，36（1）：87.

[9]陈群宇.分光计的简单调节方法[J].实验科学与技术，2013，11（5）：207-208.

作者简介：杨静瑜（1983—），女，蒙古族，毕业于东北师范大学，实验师，现供职于沈阳师范大学实验教学中心，专修凝聚态物理。