分光計(jì)調(diào)整中的困難和解決方法

陸改玲，計(jì)晶晶，陳 霞

內(nèi)蒙古包頭醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014060

0 引言

分光計(jì)實(shí)驗(yàn)既能夠培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能，又能夠培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，因此它是物理實(shí)驗(yàn)的必做實(shí)驗(yàn)。然而分光計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)于第一次接觸該儀器的學(xué)生并不是件容易的工作，對(duì)于醫(yī)學(xué)院校開(kāi)設(shè)這樣的實(shí)驗(yàn)其難度更大。因?yàn)獒t(yī)用物理學(xué)實(shí)驗(yàn)是一個(gè)基礎(chǔ)課，在學(xué)生入學(xué)后的第一個(gè)學(xué)期開(kāi)設(shè)。此期間，學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能還比較差，加上分光計(jì)裝置本身較精密、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，調(diào)節(jié)要求也較高，因此對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)難度很大。他們往往不能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)順利完成實(shí)驗(yàn)，這直接影響了實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量。為此，本人根據(jù)幾年的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，指出分光計(jì)調(diào)節(jié)的困難所在，并提出一個(gè)切實(shí)可行的調(diào)整方法。

1 分光計(jì)結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)要求[1]

使用分光計(jì)時(shí)必須經(jīng)過(guò)一系列的精細(xì)調(diào)整才能得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，分光計(jì)的調(diào)整要求有三點(diǎn)：一是望遠(yuǎn)鏡聚焦于無(wú)窮遠(yuǎn)，即望遠(yuǎn)鏡可接收平行光；二是望遠(yuǎn)鏡光軸和載物臺(tái)平面都應(yīng)于儀器轉(zhuǎn)軸垂直；三是平行光管能射出平行光束。在這三點(diǎn)要求中，第三點(diǎn)容易實(shí)現(xiàn)。最關(guān)鍵的就是第一、二點(diǎn)。第一點(diǎn)調(diào)整的前提是首先能看到反射的綠“十”字像，然后調(diào)望遠(yuǎn)鏡聚焦于無(wú)窮遠(yuǎn)。對(duì)第二點(diǎn)的調(diào)整一般教材采用半調(diào)法，但是使用這一方法有一個(gè)前提，即反射鏡旋轉(zhuǎn)一周從望遠(yuǎn)鏡中要能夠看到兩個(gè)“十”字叉絲反射像。然后再微調(diào)望遠(yuǎn)鏡和載物臺(tái)上的調(diào)節(jié)螺釘，逐步使“十”字叉絲的兩個(gè)反射像和分劃板上的調(diào)節(jié)用叉絲重合。實(shí)際操作中尋找“十”字叉絲反射像往往成為調(diào)節(jié)的難點(diǎn)。

1.1 分光計(jì)光路設(shè)計(jì)原理

圖1 望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖

當(dāng)物（“十”字叉絲）位于凸透鏡焦平面上時(shí)，它發(fā)出的光線通過(guò)透鏡后將成為一束平行光。若用與望遠(yuǎn)鏡主光軸垂直的平面鏡將此平行光反射回來(lái)，反射光再次通過(guò)凸透鏡后，將聚焦于凸透鏡的焦平面上，且像與物關(guān)于主光軸對(duì)稱，此像成為物的自準(zhǔn)直像，自準(zhǔn)直原理[1]是分光儀調(diào)整的基本原理之一。

1.2 望遠(yuǎn)鏡光軸與儀器轉(zhuǎn)軸垂直

達(dá)到調(diào)節(jié)要求二時(shí)，從圖2中可以看出:“十”字叉絲發(fā)出的光經(jīng)過(guò)平面鏡反射進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡后，其反射像出現(xiàn)在“十”字叉絲的對(duì)稱位置上。當(dāng)平面鏡旋轉(zhuǎn)180°時(shí)，像的位置不變。這正是望遠(yuǎn)鏡調(diào)整好了時(shí)的狀態(tài)。

圖2 望遠(yuǎn)鏡光軸與儀器轉(zhuǎn)軸垂直

2 分光計(jì)調(diào)節(jié)困難

圖3 反射光偏離望遠(yuǎn)鏡筒的幾種情況

在分光計(jì)調(diào)整實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生遇到的主要困難就是在望遠(yuǎn)鏡的分劃板上看不到綠色“十”字叉絲的反射像。情況主要有三種：一是望遠(yuǎn)鏡接收到了反射光線，但是望遠(yuǎn)鏡沒(méi)有聚焦于無(wú)窮遠(yuǎn)處；二是望遠(yuǎn)鏡聚焦于無(wú)窮遠(yuǎn)處，但反射光線沒(méi)有進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡中，如圖3（a）（b）（c）；三是望遠(yuǎn)鏡沒(méi)有調(diào)節(jié)到聚焦無(wú)窮遠(yuǎn)，同時(shí)反射光線也沒(méi)有進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡中。以上三種情況可能出現(xiàn)同樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，就是雙面鏡哪個(gè)反射面對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，就是找不到綠“十”字像；針對(duì)這一難題，不少文獻(xiàn)[2-4]對(duì)此都作了詳細(xì)介紹， 但對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)都很難立刻掌握，在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中依然困難重重，絲毫不顯輕松。本文給出了一種快捷有效的調(diào)節(jié)方法。

3 難點(diǎn)的解決方法

3.1 望遠(yuǎn)鏡聚焦于無(wú)窮遠(yuǎn)處的調(diào)節(jié)方法

在望遠(yuǎn)鏡的分劃板上看不到綠色“十”字叉絲的反射像有時(shí)是由于望遠(yuǎn)鏡的焦距沒(méi)調(diào)好，即使反射光線進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡中也無(wú)法看到分劃板上的綠“十”字。此時(shí)，將平面鏡緊貼在望遠(yuǎn)鏡的物鏡端，一般情況下，望遠(yuǎn)鏡的光軸與其端口垂直，這樣就能基本保證望遠(yuǎn)鏡的光軸垂直于平面鏡，綠色“十”字叉絲的反射像按圖1的分析就落在了望遠(yuǎn)鏡的視野中。若看不到綠色“十”字叉絲或是看到的“十”字叉絲模糊不清，此時(shí)只需改變物鏡與叉絲間的距離，使叉絲正好位于物鏡焦平面的位置時(shí)，可以使叉絲反射像最清晰，望遠(yuǎn)鏡也就聚焦于無(wú)窮遠(yuǎn)處了。這一步調(diào)好了就不會(huì)出現(xiàn)原因一提到的反射光線進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡中，卻看不到“十”字叉絲的情況。

3.2 望遠(yuǎn)鏡光軸與儀器轉(zhuǎn)軸垂直的調(diào)節(jié)方法

在望遠(yuǎn)鏡聚焦于無(wú)窮遠(yuǎn)處的前提下，針對(duì)原因二提出的找不到綠色“十”字叉絲的情況，可以采用把雙面反射鏡直接貼到望遠(yuǎn)鏡筒上。根據(jù)圖1分析，反射光一定能進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡中，視場(chǎng)中就會(huì)出現(xiàn)清晰的綠“十”字。在視場(chǎng)中不丟掉綠“十”字的情況下，把雙面反射鏡慢慢地退回到平臺(tái)上，此過(guò)程需要不斷前后傾斜平面鏡，同時(shí)判斷平臺(tái)和望遠(yuǎn)鏡筒的傾斜方向，并調(diào)節(jié)平臺(tái)下和望遠(yuǎn)鏡正對(duì)的傾斜螺釘[1]，使綠“十”字回到視場(chǎng)中。根據(jù)調(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn)，不能單單調(diào)平臺(tái)的傾斜調(diào)節(jié)螺釘，同時(shí)也要調(diào)望遠(yuǎn)鏡的傾斜調(diào)節(jié)螺釘。否則容易出現(xiàn)兩個(gè)面的反射像相互制約，一個(gè)出現(xiàn)另一個(gè)丟失的情況。調(diào)節(jié)時(shí)需要采用半調(diào)法，此處的半調(diào)法和兩個(gè)面的反射像都出現(xiàn)在視場(chǎng)中時(shí)所采用的半調(diào)法[1]有所不同。前者因?yàn)榭床坏骄G“十”字的移動(dòng)，需要準(zhǔn)確的判斷平臺(tái)和望遠(yuǎn)鏡的傾斜方向。并各調(diào)平臺(tái)和望遠(yuǎn)鏡的傾斜螺釘同樣的高度使綠“十”字穩(wěn)定地停留在視場(chǎng)中。有時(shí)在視場(chǎng)中看到的不是綠“十”字像，而是一個(gè)光環(huán)，調(diào)節(jié)時(shí)要使光環(huán)的中心不斷向視場(chǎng)中移動(dòng)，綠“十”字就會(huì)隨著光環(huán)的移動(dòng)出現(xiàn)在視場(chǎng)中。很多學(xué)生由于觀察不夠仔細(xì)或是沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，卻認(rèn)為找不到綠“十”字像。

一個(gè)面的反射像調(diào)好了，平面鏡轉(zhuǎn)180°采用同樣的調(diào)節(jié)方法使視場(chǎng)中出現(xiàn)綠“十”字。但也可能會(huì)有一個(gè)面的綠“十”字出現(xiàn)，另一個(gè)面的丟失的情況，要重復(fù)上述步驟，直到看到“十”字反射像。當(dāng)平面鏡兩個(gè)面反射的綠“十”字像都能看到時(shí)，同樣采用半調(diào)法，此時(shí)不用判斷傾斜方向，調(diào)節(jié)變得比較容易。當(dāng)兩個(gè)面反射的綠“十”字像都和分劃板上的調(diào)節(jié)用叉絲線重合時(shí)，望遠(yuǎn)鏡光軸與儀器的中心轉(zhuǎn)軸相垂直。

3.3 平面鏡鏡面平行于儀器轉(zhuǎn)軸的調(diào)節(jié)

在上述調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，將平面鏡的位置在水平面內(nèi)改變。旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)，使鏡面垂直于望遠(yuǎn)鏡光軸，從望遠(yuǎn)鏡中找到反射“十”字像，調(diào)節(jié)載物臺(tái)與鏡面正對(duì)的傾斜螺釘，使反射“十”字像與調(diào)節(jié)叉絲重合，另一面的反射“十”字像與調(diào)節(jié)叉絲也會(huì)是重合的，此時(shí)平面鏡鏡面與儀器轉(zhuǎn)軸垂直。

4 結(jié)論

本文提出的通過(guò)把雙面反射鏡貼近望遠(yuǎn)鏡筒，可以快速地調(diào)整望遠(yuǎn)鏡聚焦于無(wú)窮遠(yuǎn)及使平面鏡兩個(gè)面反射的綠“十”字像出現(xiàn)在視場(chǎng)中，該方法在教學(xué)實(shí)踐中得到了驗(yàn)證，提高了分光計(jì)的調(diào)整速度，保證了教學(xué)質(zhì)量。

[1]計(jì)晶晶，楊穎.醫(yī)用物理實(shí)驗(yàn)[M].內(nèi)蒙古大學(xué)出版社，2010：50-53.

[2]張志雄.試論分光計(jì)的調(diào)節(jié)原理和調(diào)節(jié)方法[J].物理實(shí)驗(yàn)，1986(3)：113-116.

[3]王小懷.分光計(jì)調(diào)節(jié)和使用中的困難及解決措施[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007，26(2)：35-37.

[4]楊百愚，馮大毅.分光計(jì)調(diào)整實(shí)驗(yàn)中望遠(yuǎn)鏡的調(diào)整技巧[J].大學(xué)物理，2005，4(4)：45-50.