測量微變量時光杠桿的快速準確調節方法＊

陳 華

（興義民族師范學院 貴州 興義 562400）

在大學物理實驗中，常常會使用到光杠桿與望遠鏡配合測量微變量.如楊氏模量的測量和金屬線脹系數的測量.這類實驗的測量原理為根據光的空間傳播規律，利用光杠桿和望遠鏡將難以測量的微變量放大成可觀測量進行實驗.因此開始測量前，需要將望遠鏡和光杠桿按要求調節好.如果對微變量測量原理理解不夠深入，在實驗操作中就會出現調節達不到測量要求或是調節時間過長，導致實驗失敗.結合多年教學經驗，總結出了測量微變量時光杠桿的快速準確調節方法.

1 測量原理及測量要求

使用光杠桿法測量微變量的測量原理圖如圖1所示.如果光杠桿的后足向上移動一定距離Δl時，鏡面轉過角度為α，法線轉過角度也為α.讀數望遠鏡中觀察到十字叉絲對應標尺上的讀數由A1變化為A2，微小形變量按照該測量原理，要求實驗前應調節望遠鏡與標尺垂直、光杠桿上平面鏡位置要與望遠鏡等高、且平面鏡鏡面應該與水平面垂直.此外還需要調節好望遠鏡，通過望遠鏡能夠清晰地觀察到標尺在光杠桿平面鏡中的像.

圖1 光杠桿測量原理

2 調節方法

2.1 調垂直

調節光杠桿上平面鏡鏡面與水平面垂直；調節標尺鉛直、望遠鏡水平，即是要滿足標尺與望遠鏡光軸垂直.

2.2 調等高

調節望遠鏡與平面鏡位置等高.確定好望遠鏡與平面鏡間的距離，上下移動望遠鏡，使望遠鏡上準星與平面鏡上邊緣平齊，如圖2所示.

圖2 調節望遠鏡與平面鏡等高

圖3 調節望遠鏡 十字叉清晰

2.3 找平面鏡中標尺的像

觀察平面鏡中是否有標尺的像，由于鏡面很小不容易觀察，可以采用一種簡便的方法來尋找.調節觀察者視線與平面鏡法線平齊，同時用一根手指在標尺表面緩慢移動，如果能夠在平面鏡中觀察到手指的移動即能在平面鏡中觀察到標尺的像.這一步調節很重要，如果這一步驟沒有調節好，那么要在望遠鏡中觀察到標尺的像就會十分困難，甚至根本找不到標尺的像.

2.4 望遠鏡聚焦調節

先調節望遠鏡目鏡，使視場明亮、十字叉絲清晰，如圖3所示.

然后調節聚焦旋紐，同時通過目鏡觀察是否出現標尺的像.調節聚焦旋紐時應該沿順時針方向旋動，中途不能換方向，一直旋到盡頭都未找到標尺像時，再將聚焦旋紐沿逆時針方向旋動.

聚焦調節過程中可能會出現圖4（a）所示的情況，通過望遠鏡看到的是光杠桿下半部分，說明望遠鏡位置低于平面鏡位置，這時應該將望遠鏡位置適當調高，而光杠桿位置保持不動.

如果出現圖4（b）所示的情況，通過望遠鏡看到的是光杠桿上半部分，說明望遠鏡位置高于平面鏡位置，這時應該將望遠鏡位置適當調低.然后繼續調節聚焦旋紐，很快就能觀察到標尺的像了.

圖4

3 結語

本文介紹了測量微變量時光杠桿的快速準確調節方法.該方法符合微變量測量原理，減少了實驗誤差引入項，使測量結果更加準確；并且實際操作時實驗儀器調節簡便、快捷，有效避免調節達不到測量要求或是調節時間過長，導致實驗失敗的情況發生.對實驗教學具有積極的指導作用.

1 楊述武.普通物理實驗1.北京：高等教育出版社，2009.159