分光計的調節原理和調節技巧

穆松梅

摘 要:在讓學生了解分光計結構和深入剖析各個部分測量原理的基礎上來講授分光計的調節方法,會達到事半功倍的教學效果

關鍵詞:分光計結構原理調節技巧待測狀態

中圖分類號:TH74 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)07(c)-0173-01

分光計是光學中的基本儀器,可以由它來精確地測量平行光的角度偏轉,從而計算出其它光學量,如折射率、色散率等。由于分光計的構成包括了光學系統、讀數裝置和載物平臺,在測量角度前必須使得這幾部分協調一致,達到所要求的待測狀態,所以分光計的調整是測量前必須完成的首要步驟。

由于分光計的調節過程比較繁瑣,單純地讓學生記住調節步驟,學生很難從根本上掌握調節方法,所以在調整分光計前,有必要利用一些時間讓學生了解分光計的的結構和工作原理,讓學生知曉使分光計達到待測狀態的基本要求,學生知其然并知其所以然,才會從根本上理解各步驟的調節目的和要達到的要求。這一過程可以利用圖示和實物儀器相結合來講解,將分光計的四個主要部分的構造、功能、應該達到的狀態逐一分解開來交待清楚。

調整分光計,主要是要達到以下要求:

(1)各部位傾角的調節,目的是讓平行光管中心軸線、望遠鏡的中心軸線垂直于分光計讀數盤的中心軸線,讓載物臺平面平行于分光計讀數盤平面。只有這樣,通過待測物體所觀測到的光線才會方向準確,使測量得到較高的精確度。

(2)光學系統的調節,要使望遠鏡系統能夠聚焦到無限遠處,觀測到平行光線,同時要使平行光管能夠產生平行光線,提供必要的觀測光源。

明確了以上要求,就可以分步講解調節方法了。

1 粗調

(1)用目測的方法調節平行光管、望遠鏡、載物臺的傾斜角度,使各部分在視覺上粗略地達到水平要求,為進一步細調打下基礎。粗調的重點是調節好載物臺的水平,這決定后面尋找“+”像的難易程度。

(2)望遠鏡目鏡的調焦。目的是使望遠鏡鏡筒中安放的分劃板能處于望遠鏡目鏡的焦平面上,使觀測者能清晰看到分劃板處所成的像。只需旋轉目鏡鏡筒調焦,能清晰看到分劃板上的叉絲即可。

2 細調

細調就是精確調節兩光學鏡筒的“聚焦”情況,使望遠鏡能精確聚焦到無限遠處,接收平行光線,使平行光管精確地產生平行光線。細調的另一個目的是精確地調整平行光管、載物臺、望遠鏡的傾斜角度,使入射光與出射光所形成的平面與讀數盤平面平行,達到精確測量的目的。

2.1 使望遠鏡能聚焦到無限遠處,準確接收平行光線

假設分劃板正處于望遠鏡物鏡的焦平面處,那么緊貼分劃板的棱鏡上的“+”字透光窗口所發出的光線經望遠鏡物鏡后是平行光線,再經載物臺上的雙面鏡反射后仍是平行光線,又經物鏡折射后,出射光線會匯聚于物鏡焦平面上,即分劃板上,則通過目鏡觀測到的“+”字像就會非常清晰且無視差。反之,如果目鏡中看到的“+”字像不清晰或有視差,說明返回的光線不是平行光線,也就是分劃板的位置沒有在物鏡的焦平面上。這樣就可以以“+”字像的清晰程度和有無視差為標準,仔細調節分劃板套筒到望遠鏡物鏡的距離,直到看到清晰的“+”字像且無視差為止,此時已將分劃板調整到物鏡的焦平面上了。

2.2 同時調整望遠鏡及載物臺的傾斜角度,這是整個調整過程的難點

這兩項調節是利用了望遠鏡的自準直系統。

假設望遠鏡光軸已垂直于分光計中心軸線,載物臺平面也平行于讀數盤平面,則底座平滑的雙面反射鏡放于載物臺上時,鏡面與載物臺垂直,由此可以推斷,此時所觀測到的“+”字像與“+”字發光原物一定關于望遠鏡中心軸線對稱,即“+”字像應成在分劃板上部叉絲上。當載物臺轉動180°時,通過雙面鏡的另一面所反射而成的“+”字像也會成在上述位置。反之,如果“+”字像沒有成在分劃板的上部叉絲上,則表示望遠鏡或載物臺至少有一個沒有調整好傾斜角度或者二者均沒有調整好傾斜角度。基于以上原理,當“+”字像不在分劃板上部叉絲上時,就可以同時調節望遠鏡及載物臺的傾角螺絲,使兩面反射的“+”字像都達到目標位置。

以前多用“各半法”來調節這兩部分的傾角,是利用漸次趨近的方式達到調節目標位的,容易掌握但比較繁瑣,需要反復調節。下面的方法會更簡捷一些:通過分析可以知道,當載物臺有前后方向的傾斜時,雙面鏡的兩個面反射的“+”字像必然不會在同一高度,而這個高度差是由鏡面垂線方向的兩顆調節螺釘的高度不同造成的,調節一顆螺釘時,兩面的“+”字像會沿相反方向上下移動,由此,就可以調節其中的一顆螺釘,同時轉動載物臺觀察兩面的像,使其達到同一高度,此時載物臺上沿鏡面垂線上的兩顆螺釘已經等高,鏡面垂直于載物臺平面,載物臺無前后方向傾斜。再分析望遠鏡,如果望遠鏡光軸沒有與雙面鏡平面垂直,則“+”字像一定不會成在分劃板上部叉絲上,或高或低,而調節望遠鏡傾角調節螺釘時,“+”字像會向同方向移動,這樣,在上步調好兩面“+”字像等高的基礎上,再調節望遠鏡的傾角調節螺絲,讓“+”字像達到分劃板上部叉絲位置就可以了,此時,望遠鏡傾角調好。

最后,要調節載物臺上與鏡面重合的螺釘的高度,使載物臺平面無左右方向的傾斜,平行于讀數盤平面。將鏡面在載物臺上轉過90°角,觀察望遠鏡中的“+”字像,調節原來與鏡面重合的那顆螺釘,使“+”字像與分劃板上部叉絲重合,此時載物臺平面與讀數盤平面平行。

2.3 平行光管產生平行光及傾斜角度的調節

平行光管部分的調節是以已經調整到待測狀態的望遠鏡為標準來調節的,由于望遠鏡已經處于聚焦到無限遠處可以觀察平行光線的狀態,那么如果通過望遠鏡所觀測到的光線非常清晰,則光源為平行光。由此,只需調節平行光管單縫套筒的前后位置,當望遠鏡中觀察到單縫像呈最清晰狀態時,則平行光管出射光即為平行光,此時,單縫應該是位于平行光管物鏡的焦平面上。

平行光管傾斜角度的調節,依賴于望遠鏡中分劃板的叉絲,由于設計時分劃板中心水平叉絲的位置恰是望遠鏡直徑位置,將望遠鏡孔徑一分為二,同時,平行光管的狹縫也應該在平行光管的直徑上,把平行光管孔徑一分為二,如果兩鏡共軸,則狹縫水平像應與分劃板中心水平叉絲重合。所以,平行光管傾斜角度的調節,只需把狹縫轉動呈水平狹縫,通過望遠鏡觀察狹縫像的位置,調節平行光管傾角調節螺絲,使狹縫像與分劃板中心水平叉絲重合,再調節平行光管水平調節螺絲使狹縫像被中心豎直叉絲平分,然后將平行光管狹縫轉到豎直方向,即完成了平行光管傾角的調節,平行光管與望遠鏡共軸。

3 結語

實驗是在理解原理基礎上的操作過程,相信通過以上剖析和分解各個步驟的原理,分光計的調節就不會是那樣高深莫測了,會讓學生思路清晰地完成整個實驗過程,并將這個過程和調節方法牢記在心。

參考文獻

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