分光计快速调节方法探讨

许 飞 朱江转（华东理工大学物理系，上海 200237）



分光计快速调节方法探讨

许 飞 朱江转
（华东理工大学物理系，上海 200237）

摘 要在分光计调节实验中，调节望远镜光轴与分光计中心轴相互正交是最关键也是最困难的一步，针对实验中经常出现的观察不到“十”字叉丝反射像的问题，本文提出了一个新的简单有效的调整方法——调节望远镜俯仰螺丝的同时不断地转动游标盘（连同载物台），在此过程中用眼睛一直观察望远镜视场是否有绿色十字像出现（简称“一看二动法”）．“一看二动法”快速找到两个绿色十字像后，再利用“减半逐步逼近法”进行细调，从而大大地提高了课堂的实验教学效率．

关键词分光计；“一看二动法”；快速调节；三棱镜；逐步减半逼近法

分光计是光学实验中最基本的光学仪器，可以用它来精确测定光线偏转角，如三棱镜的顶角、最小偏向角、光栅衍射角等，还可通过角度测量来测定其他一些光学量，如棱镜玻璃的折射率、光栅常量、光波波长等［1，2］；分光计也是摄谱仪、单色仪等光谱分析仪器的重要部件．分光计结构复杂，使用过程中必须要经过一系列精细的调整才能得到较高精度的测量结果．分光计的调节方法技巧在光学仪器中具有代表性，必须正确掌握．在分光计实验教学中，由于分光计结构复杂调节精度要求高，操作步骤繁多，如何让学生在规定的教学时间内理解分光计原理并掌握其调节技巧，成为教学中的重点和难点．本文提出了“一看二动法”调节方法，与通常调节方法相比更容易让学生接受和掌握，大大缩短实验调节时间，有助于整个实验教学过程在规定的时间内完成并取得了较好的效果．

1 分光计实验要求

分光计实验教学中，在分光计使用之前学生先对分光计进行调节，要求做到：（1）调节望远镜聚焦无穷远；（2）调节望远镜的光轴与分光计中心轴线正交；（3）载物台平面垂直于分光计的中心轴；（4）平行光管出射平行光，平行光管光轴垂直于分光计中心轴［3］．在这些调节要求中，望远镜光轴与分光计中心轴线相互正交这一调节是学生完成整个实验的前提．具体到实验当中，要求学生利用载物台上的三棱镜，在望远镜视场里快速找到三棱镜两个光面反射回来的绿色小十字像，并将其调至与分划板准线的上部十字线重合．由于分光计调节螺丝繁多，学生操作起来难度重重，通常会出现以下情况：①望远镜视场中找不到绿色小十字像；②找到一面的像却又丢失了另外一面的像．这些情况一直是实际教学中困扰学生的难题．［4，5］这一难题不仅影响了学生的实验兴趣，还影响实验能否在规定的时间内完成．因此，有很多文献［6－9］总结了各种快速调节分光计的方法与技巧，利用这些方法和技巧，提高了学生的课堂效率，加深了学生对实验的一些方法和技巧的理解掌握．我们在实验教学过程中，根据自己的经验也总结了一种学生比较容易掌握理解的方法，即“一看二动法”．这种方法在实验教学中对学生的分光计调节有一定的帮助．

2 分光计调节

在调节望远镜光轴与分光计中心轴线相互正交的过程中，先要求学生目测粗调，再用三棱镜完成细调．所谓“目测粗调”，是指用眼睛去观察望远镜、载物台以及平行光管是否大致水平，观察载物台上的三棱镜与望远镜、平行光管是否大致等高；实验中通过调节望远镜与平行光管的俯仰螺丝以及载物台的3个螺丝使其达到此要求．目测粗调，精确程度虽然不是很高，但这一步在整个实验中有着非常重要的作用．相关文献［10，11］指出，实验中借助水平仪辅助调节，将会缩短调节时间而且调节精度大大提高．中能够看到光面反射回来的清晰绿十字像，此时望远镜聚焦于无穷远处，或者说望远镜可以接受平行光了．准备工作做好以后，将三棱镜放置于载物台上，转动载物台，接下来采用本文提出的“一看二动法”能够保证在很短的时间内找到两个光面反射回来的绿色小十字像．方法如下：三棱镜放置位置如图1所示，使载物台下的三颗螺丝a，b，c中两两连线与三棱镜镜面正交，光滑面AC与BC面这里充当平面镜作用．放置完成以后，利用“一看二动法”寻找绿色十字像．“一看二动法”中“一看”是指在调节中用眼睛一直观察望远镜视场，观察是否有绿色十字像出现，“二动”是指一边调节望远镜俯仰螺丝一边转动游标盘（连同载物台）；望远镜俯仰螺丝调节时如图2（a）所示，从仰视状态调节到俯视状态，与此同时，另一只手调节游标盘（连同载物台）如图2（b）所示从正对望远镜的左边调节到正对望远镜的右边；调节过程中，由于望远镜的仰角是逐步调节，所以在慢慢调节望远镜仰角时要不断来回的转动载物台．在这个“二动”过程中，必然包括了望远镜与三棱镜镜面相互正交这一位置，视场中必能看到绿色十字像．当观察到视场中有绿色十字像出现后，再微调望远镜俯仰螺丝与载物台下方三个螺丝，具体方法

图1　细调过程中三棱镜的放置

图2　“一看二动法”调节示意图

完成目测粗调以后，可利用三棱镜的一个光面紧贴望远镜物镜，旋转目镜、伸缩镜筒使望远镜如下：（1）先转动载物台观察三棱镜两个反射面是否都能看到反射十字像，还是能看到一个面反射的十字像，如果有一个面能看到，则先调节看不到的那一面；（2）采用二动法调节，看到十字像出现在视野中后，调节载物台上离观察者最近的那颗螺丝，例如观察图1中的BC面，则只调节c螺丝，采用减半调节法，使十字像从视野边缘移动到离视野中心一半处，然后调节望远镜仰角螺丝，使十字像移动到视野中心；（3）再转动载物台，使望远镜对准另一个反射面，同样采用减半调节法只调节载物台上离自己最近的那颗螺丝和望远镜仰角调整十字像到视野中心位置；（4）再利用逐步减半法调节两个镜面反射十字像到上面叉丝位置．此时望远镜光轴和分光计中心轴线已经完全正交．

3 结语

在分光计实验教学过程中，在目测粗调以后，利用“一看二动法”，学生能够很快地找到小绿色十字像，再利用“减半逐步逼近法”进行细调，完成望远镜光轴和分光计中心轴线相互正交的过程，只需要10分钟左右的时间．在华东理工大学物理实验教学中心，我们对实验班C51和D51的48名学生进行实践教学，在实验室关灯的情况下，利用本文介绍的“一看二动法”，约有40名学生能够在10分钟左右的时间内通过望远镜清晰地找到十字反射像以完成望远镜光轴与分光计中心轴线相互正交的调节，（专家意见：本文叙述的重点是“一看二动”快速调节方法，该方法省略了反光镜而直接使用三棱镜进行调节，但三棱镜对亮十字的反射是比较弱的，实际实验中学生是否能很快观察到还有待商榷，因此请作者给出实际实验教学中是实践效果，例如通过对××班多少学生的教学实践取得了什么样的教学效果．）从而让学生均有充足的时间完成后续的顶角和最小偏向角的测量等实验内容，进一步提高学生的学习效率，培养学生对物理实验的浓厚兴趣．

参考文献

［1］ 杨之昌，马世红．漫谈教学用分光计［J］．物理实验，2007，27（2）：40－41．

［2］ 蒋学华．测量透明液体折射率的一种实验方法［J］．大学物理，2002，21（5）：33－34．

［3］ 张兆奎，缪连元，张立．大学物理实验［M］．北京：高等教育出版社，2011：102－104．

［4］ 李伟，潘玲珠．分光计调节难点剖析［J］．实验科学与技术，2008，6（3）：27－28．

［5］ 高海林．分光计调节中的难点突破［J］．实验室科学，2007（6）：154－155．

［6］ 张士欣，等．基础物理实验［M］．北京：科学技术出版社，1992：136

［7］ 余建立．一种快速调节分光计的方法［J］．巢湖学院学报，2006（03）：148－150．

［8］ 高海林．分光计调节中的难点突破［J］．实验室科学，2007（06）：154－155．

［9］ 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．

［10］ 罗洁．分光计调整实验中难点的解决方法［J］．中国科技信息，2009（16）：228，230．

［11］ 尤德红．水平仪在分光计调节中的应用［J］．技术物理教学，2008，16（4）：43－44．

A METHOD FOR RAPIDLY ADJUSTING SPECTROMETERS

Xu Fei Zhu Jiangzhuan
（Department of Physics，East China University of Science and Technology，Shanghai 200237）

AbstractIn the experiment of spectrometer adjustment，it is very important and difficult to adjust optical axis of telescope perpendicular to central axis of spectrometer．A simple and effective method called“one－looking and two－moving”is presented in this article for the problem of no reflected cross－shaped image visible that often appears in the experiment．According to this method，we rotate the cursor disc constantly while adjusting telescope pitch screw，and meanwhile we observe whether cross－shaped image appears in the visual field of the telescope．After the green cross image is found by the“one－looking and two－moving”method，the“bothhalf”method is used to do fine－tuning．With the help of the above methods，the efficiency of the experimental teaching is greatly improved．

Key wordsspectrometer；“one－looking and two－moving”method；rapidly adjusting；triple prism；“both－half”method

通讯作者：朱江转，女，助理实验师，主要从事物理实验教学管理，研究方向为非线性光学．jzzhu＠ecust．edu．cn

作者简介：许飞，男，实验师，主要从事物理实验教学管理，研究方向为ZnO薄膜的制备及光电性质研究．xfei＠ecust．edu．cn

收稿日期：2015－05－05