同轴等高的快速调整方法改进

韩修林　唐义甲　陈曙光

(阜阳师范学院物理与电子工程学院， 安徽 阜阳 236037)



同轴等高的快速调整方法改进

韩修林唐义甲陈曙光

(阜阳师范学院物理与电子工程学院， 安徽 阜阳 236037)

为了改进工科教材中的同轴等高调整方法，提高调整速度，完善调整效果，提出了一种新的调整方法 —— 接收屏调整方法。介绍接收屏法的基本步骤，并进行理论分析。

光具座； 同轴等高； 接收屏

根据教育部对大学物理实验课程的基本要求，综合性实验、设计性或研究性实验项目是大学物理实验课程重要的组成部分[1-2]。同轴等高调整是在光具座开展实验时必须用到的基础技能。关于光具座的许多实验理论只有在近轴光线的条件下才能成立，即要求光线与光轴夹角很小；同时实验所要测量的光具座上各元件间的距离都是沿光轴计算长度，其长度即光具座上的标尺刻度读数。同轴等高是指调整光具座上所有光学元器件的中心，使其处于与导轨共面平行的同一轴线上，且令所有光学元器件的纵切面皆垂直于这一轴线。实验教材及文献中对等轴同高调整的方法均有介绍，这些方法大都采用薄透镜共轭成像、大像追小像逐次逼近的方法进行调整[3-4]。在实践中，我们发现这些方法仍有不足，不仅繁琐，而且由于视差与像差的影响[5]，很难准确确定大像与小像的中心，调整效果难以满足实验调整要求。为此，我们依据光的直进性(直线传播性质)特点，提出一种简便而快捷的同轴等高调整新方法 —— 接收屏调整方法，以提高调整速度，完善调整效果。下面以菲涅尔双棱镜测光波波长为例，详细介绍这种调整方法。

1　接收屏调整方法步骤

根据同轴等高调整示意图(见图1)，介绍接收屏调整方法的基本步骤。

(1)将可调狭缝、菲涅尔双棱镜、透镜、测微目镜、像屏等光学元器件置于光具座上的滑块上夹好，并拢，调整高低、左右位置，使光具座上各元器件中心大致在一条和导轨平行的直线上，并使各元器件的平面相互平行并垂直于导轨。这一步骤仅靠眼睛观察而作出判断，准确度无法保证。

(2)先使可调狭缝靠近光源，将夹有像屏的滑座插到可调狭缝后面，上下左右调整光源的位置，使透过可调狭缝的光亮狭缝轮廓区域(以下简称光域)中心与像屏中心重合，保证像屏沿导轨前后移动，且像屏上接收到的光域中心没有明显偏移。图2所示为光域示意图。

图1　同轴等高调整示意图

(3)取下像屏的滑座，使夹有双棱镜的滑座靠近狭缝，用白纸或毛玻璃白屏接收可调狭缝透过来的光域，确定光域中心位置，上下左右微调双棱镜的位置，使透过可调狭缝的光域中心与菲涅尔双棱镜中心重合。

(4)使夹有透镜的滑座靠近双棱镜，用白纸或毛玻璃白屏接收由双棱镜透过来的光域，确定光域中心位置，上下左右微调透镜的位置，使透过双棱镜的光域中心与透镜中心重合。

(5) 使夹有测微目镜的滑座靠近透镜，用白纸或毛玻璃白屏接收由双棱镜透过来的光域，确定光域中心位置，上下左右微调测微目镜的位置，使透过透镜的光域中心与测微目镜中心重合。

2　接收屏法理论分析

靠近光源的狭缝相当于光阑，会遮去光源外围光线，只让近轴光线通过；因此，透过狭缝的光域为近轴光域(见图2)。由光的直线传播理论可知，透过狭缝的光域中心在光源中心与狭缝中心的连线上。若像屏沿导轨前后移动，像屏上接收到的光域中心没有明显偏移，那么光源中心与狭缝中心的连线一定就是与导轨共面平行的同轴等高线，即二者同轴等高。这一步调整很关键，应当耐心、仔细地反复调整，尽可能沿导轨前后移动，保证像屏上接收到的光域中心不发生偏移。

用白纸或毛玻璃白屏接收光域，确定光域中心位置。这是因为，白纸或毛玻璃白屏能发生漫反射，无论在哪个方位都能观察到清晰的光域，便于确定光域的中心。显然，调整光具座上的狭缝(物屏)等光阑后，使各光学元器件中心与光域中心重合，各光学元器件中心自然落到同轴等高线上，从而达到同轴等高的调整目的。

3　结　语

在光具座上进行的一系列光学实验中, 同轴等高的调整是必不可少的一个重要环节，其效果决定着实验最终的成败。而传统的调整方法需借助于薄透镜，具有一定的局限性，且调整过程繁琐、费时费力，教学效果相对较差。

简而言之，接收屏法是通过调整后面一个光学元件中心，使其处于前一个光学元件的光域中心位置来完成同轴等高的调整，其理论依据是光的直线传播性质。实践证明，接收屏法具有准确、快速、省时、简便的特点。 这种方法既容易为学生理解接受，又可训练学生应用理论解决实际问题的能力。

[1] 霍剑青. 大学物理实验课程教学基本要求的指导思想和内容解读[J].物理与工程，2007，17(1)：5-9.

[2] 袁广宇，朱德权. 大学物理实验：一级 [M]. 第2版.合肥：中国科学技术大学出版社，2009：147-152.

[3] 杨述武，贾玉民.普通物理实验：光学部分[M].第3版.北京：高等教育出版社，2000：20-24.

[4]梁锦安. 介绍一种光学系统共轴等高调节法[J]. 实验室研究与探索，2000(6):101-103.

[5] 姚启钧.光学教程[M].第4版.北京：高等教育出版社，2009：69.

RapidAdjustmentMethodImprovementofCoaxialIsohypse

HAN XiulinTANG YijiaCHEN Shuguang

(School of Physics and Electronic Engineering, Fuyang Normal College, Fuyang Anhui 236037, China)

Thispaperintroducesanewadjustmentmethodcalledreceivingscreenadjustmentmethodtoimprovecoaxialisohypseadjustmentinengineeringteachingmaterialsbyimprovingtheadjustmentspeedandperfectingadjustmenteffect.Thebasicstepsofthereceivingmethodareexplainedinthispaperandtheoreticalanalysisiscarriedout.

opticalbench;coaxialisohypse;receivingscreen

2015-11-30

国家自然科学基金项目“耀变体多波段光变特征研究”(11273008)；安徽省科技攻关计划项目“新型溯源系统下的国家级农业科技园区的农产品电商应用系统创新与示范”(1604A0702037)；阜阳师范学院基础教育研究项目“中学物理课堂演示实验的研究与实践”(2012JCJY21)

韩修林( 1978 — ) ，男，安徽泗县人，硕士，实验师，研究方向为基础物理实验教学。

O484.5

A

1673-1980(2016)04-0120-02