分光计调节技巧分析和装置改进

赖学辉，熊正烨，师文庆，李永强，黄存友，张海康

(广东海洋大学 理学院，广东 湛江 524088)

·仪器设备研制、改进、维护·

分光计调节技巧分析和装置改进

赖学辉，熊正烨，师文庆，李永强，黄存友，张海康

(广东海洋大学 理学院，广东 湛江 524088)

在大学物理实验中，学生难以掌握分光计的调节技巧，导致在实际调节过程中花费的时间过长。在分析调节技巧的基础上，提出对仪器进行简单的改装，即增加一个粗调辅助器件。通过在望远镜筒上安装两条细丝，其连线作为辅助的基准线，可使学生更容易掌握分光计的调节技巧，更快速地完成分光计的调节。

分光计；实验技巧；物理实验；教学

分光计是一种测量角度的精密仪器，在材料光学特性测量等诸多领域有较广泛的应用[1-2]。分光计实验是大学物理实验课程中的基础实验[3]。分光计由望远镜、平行光管、载物平台和读数系统组成，是较精密的仪器，结构相对复杂，调节难度较高。在分光计的调节中，一般要先完成望远镜和载物台的粗调。这种粗调在大多数情况下是用目测来进行的，对有经验的教师来说，几分钟内就可完成。但对毫无经验的学生来说，可能捣鼓半小时还未能在望远镜的视场中找到反射光标。本文讨论分光计实验粗调教学中遇到的困难，并提出解决方法。

1 分光计调节教学中所遇到的困难

在实验教材中，一般都会强调分光计粗调的方法和必要性，而分光计粗调通常有以下三种方法：

1)先将平行光管对准光源，再目测并调节平行光管，望远镜及载物平台尽量垂直于旋转主轴，也就是使这三者大致处于水平状态。这步很重要，此步骤的好坏将决定整个调节是否顺利，并可以减少后面调节的盲目性[4]。

2)目测粗调。目测调整望远镜光轴(调整倾仰调节螺丝)、平行光管(调整倾仰调节螺丝)、载物台平面(调台面下三支撑螺丝等高)，使三者大致垂直于分光计中心转轴。目测粗调是重要的一步，是进一步细调的基础，可以缩短调整时间[5]。

3)根据眼睛粗略估算，调节望远镜和平行光管上的高低倾斜的调整螺丝，使望远镜、平行光管大致呈水平状态；调节载物台下的三个水平调节螺丝，使载物台也大致呈水平状态。这一步粗调是细调的前提，也是细调成功的保证[6]。

综观以上的三种粗调方法，都是以目光的估计来进行判断。对于没有经验的学生来说，由于没有固定可靠的标准，很多学生说粗调调好了，但还是找不着反射光标；或是能在双面镜的一面找到反射像，在另一面找不着反射像。其主要原因是分光计的粗调没有真正调好，同时由于望远镜视场太小，使得学生在有限视场内不能及时地找到反射叉丝，调节起来有一定困难。

2 实验设备和加装

针对上述现象，我们对实验设备进行简单的加装。以浙江光学仪器制造有限公司的JJYI型分光计为例，安装方法是：首先，根据以上存在的问题，在载物台上放双面镜，先让有经验的老师将分光计调好；然后，在分光计的望远镜筒上一前一后安装A、B两条细线，使A、B的重合线与调整后的双面镜中十字反射像横线重合，并将两条细线固定。这两条固定线就作为调准的基准线。实际上，相当于望远镜内所发出的光线就在这两条基准线所在的平面上。装置的光路示意图如图1所示。

图1 加装两基准线侧视光路示意图

3 调节原理分析

在载物台上放双面镜，双面镜与a、b二脚连线即y轴垂直，如图2所示。图2中，a、b、c脚为载物台下方的调节螺钉。由于AB连线相当于望远镜的倾角线，因此用目光看AB线重合，适当转动载物台，并调节望远镜下方的倾仰调节螺丝和载物台的a、b脚，在AB重合线附近找双面镜中的十字反射像。找到十字反射像后，若反射像在AB重合线的下方，如图3所示。

图2 双面镜和载物平台

图3 十字反射像在重合基准线下方

出现该现象既可能是载物台y轴水平调节不够好，也可能是望远镜水平调节不够好，还可能是两种兼具。光路示意图如图4所示。

图4 十字反射像出现在重合基准线下方可能的光路

如何判断到底是望远镜未调水平还是载物台未调水平而导致如图3所示的结果呢？这时，只需将载物台旋转180o，观察双面反射镜中另一面的十字反射像。若望远镜水平基本调好，双面镜另一面的反射像必然会出现在重合线的上方；若载物台水平基本调好，则双面镜另一面的反射像仍然会出现在重合线的下方，光路示意图如图4(b)所示。

由于我们不能直接地感知望远镜中射出光线的路径，通过加装两条基准线后，根据两点一线的原理，就可使学生直观地感知望远镜的出射光线，从而使分光计的调节变得简单明了。这与在望远镜中加装激光器[7]以直观显示出射光有异曲同工之妙。

4 具体调节方法和实验教学效果

通过前面的讨论，直接用眼睛是容易看到十字反射像的。检查双面反射镜前后两面反射的十字反射像，若两反射像高度不同时，选择较低的一面反射像，通过调节望远镜的俯仰角，使该反射像与两条细重合线重合。

将载物台旋转180o，可观测到另一面的十字反射像。设重合线与十字反射像距离为h，则用各半调节法消除h(即调节载物台下如图2所示的a或b两螺丝之一，使h缩短为h/2；再调望远镜的俯仰角，使反射像与两条细重合线重合)。

转动载物台，回到刚才的一面，用同样的各半调节法，使反射像与两条细重合线重合。反复几遍后，当正反两面反射像高度都与两条细重合线基本重合，则认为望远镜光轴已经基本垂直于中心转轴，且载物台的y轴亦垂直于中心转轴。

将双面镜在载物台上转动90o，使镜面与y轴平行放置，观测到十字反射像后，适当调节螺丝c，使反射像与两条细重合线重合。至此，粗调就算结束。

经过这样调节后适当旋转载物台，一定能在望远镜视场中看到十字反射像，且反射像与分划板上的十字叉丝基本重合。

通过加装了粗调的辅助设备，可使初次接触分光计的操作者能较快上手，因为教师在讲解粗调时可以给学生一个明确的操作标准。而完成了粗调后，再进入细调时，上下反射十字光标像就会在望远镜视场内了，而且光标高度与分划板上的叉丝线已基本重合，很快就可以完成细调，使望远镜光轴严格地垂直于中心转轴。这使初次使用分光计的学生们能够快速顺利完成实验。

5 结束语

通过系统分析分光计的调节原理，在分光计的望远镜上加装了辅助调节器件。根据两点一线的原理，可使学生直观地感知望远镜的出射光线，从而使分光计的调节变得简单明了。

加装辅助调节器件后，教师可给学生很明确的调节标准指导，而不再是用估计的方法，可使学生很快掌握分光计的调节技巧。

给分光计加装的辅助调节器件，不需要改变实验仪器的基本结构，简单方便。该改装可有效地解决学生分光计调节时间过长的问题。

[1] 熊正烨，徐家跃，李永强，等. 四硼酸锂晶体的介电频域谱研究[J].广东海洋大学学报, 2013, 33(1): 89-92.

[2]王钢,冯饶慧,崔新图，等.稀土彩色日光灯在光学实验中的应用[J].物理实验，2014,34(1):27-29.

[3] 张书敏，许景周，李冀. 普通物理实验[M].北京：科学出版社，2011.

[4] 周殿清.大学物理实验教程[M].武汉：武汉大学出版社，2005.

[5] 周瑞华.大学物理实验教程[M]. 北京:国防工业出版社,2010.

[6] 张兆奎，缪连元，张立主.大学物理实验[M].北京：国防工业出版社,2001.

[7] 夏湘芳,陈光伟,李陵伶.分光计的激光辅助调节装置[J].物理实验，2007,27(4)：34-36.

Analysis of Adjustment Technique and Apparatus Improvement of Spectrometer

LAI Xuehui，XIONG Zhengye，SHI Wenqing，LI Yongqiang，HUANG Cunyou，ZHANG Haikang

(School of Science，Guangdong Ocean University，Zhanjiang 524088, China)

It is difficult for students to master the adjustment skills of spectrometer in the university physics experiment, which leading to spend too much time in the actual adjustment process. Based on the analysis on the adjustment skills, some simple instrument modifications are put forward, that is adding some auxiliary devices. Through the installation of two filaments in the telescope barrel, the line of two filaments can be seen as a datum line of telescope barrel. This can make it easier for students to master the adjusting skills of the spectrometer, so the students can complete spectrometer adjusting more quickly.

spectrometer; experiment technique; physics experiment; teaching

2014-10-08；修改日期: 2014-10-28

赖学辉(1965-)，男，助理实验师，主要从事大学物理实验教学和研究工作。

熊正烨(1972-)，男，博士，副教授，研究方向：电子材料与辐射物理。

TH741

B

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.02.068