用光路分析實現(xiàn)分光計的快速調(diào)節(jié)

王仁洲

【摘 要】本文提出一種通過畫光路的方法，分析分光計中望遠鏡光軸與雙面鏡平面在不同的情況下，“十”字光源經(jīng)過物鏡和雙面鏡在分劃板上的成像位置及特點，并提出與之相對應(yīng)的快速調(diào)節(jié)方法。

【關(guān)鍵詞】分光計；望遠鏡；焦平面

【Abstract】By drawing the light path to analyze the position and characteristics of the reflected“+”light passing objective lens and bimirror under different configuration of the optical axis of the telescope and bimirror，we proposed the corresponding method for rapid adjustment.

【Key words】Spectrometer；Telescope；Focus-plane

分光計[1]的調(diào)節(jié)是大學(xué)物理實驗中學(xué)生最難以掌握的實驗之一。針對分光計調(diào)節(jié)的困難，作者在實驗教學(xué)實踐中，與其它一些研究者提出的教學(xué)方法[2-7]不同，采用光路分析的方法，讓學(xué)生理解分光計中的成像過程從而掌握分光計調(diào)節(jié)中的技巧，收到了非常好的教學(xué)效果。

1 光路分析及調(diào)節(jié)技巧

分光計調(diào)節(jié)的要求：望遠鏡的光軸，載物臺平面和平行光管的光軸都垂直于儀器的轉(zhuǎn)軸；而其中的一個難點是：將望遠鏡的光軸與雙面鏡平面調(diào)垂直。根據(jù)自準直望遠鏡的構(gòu)造，我們用一個凸透鏡代表望遠鏡中物鏡，凸透鏡的主軸即望遠鏡的光軸，用一個點表示位于透鏡的焦平面上的“十”字光源，對分光計調(diào)節(jié)過程中，可能出現(xiàn)的三種情況進行分析：

1.1 雙面鏡平面與望遠鏡的光軸垂直

從凸透鏡的焦平面上的點S畫兩條光線，光經(jīng)過透鏡后變成平行光射出[8]，該平行光經(jīng)雙面鏡的B平面反射后再經(jīng)透鏡會聚在焦平面上的S'點，此時物像恰好關(guān)于光軸對稱如圖1（a）所示，所以人從目鏡中觀察到此時“十”字光源的像與分劃板的上刻度線恰好重合。按分光計的調(diào)節(jié)步驟，將載物臺轉(zhuǎn)動180°，光線的傳播方向都不變，所以A平面反射回來的“十”字光源的像也與分劃板上刻度線重合，如圖1（b）所示。

1.2 雙面鏡平面豎直，望遠鏡的光軸和水平方向有一個夾角

同上，S發(fā)出的光仍然會聚在焦平面上，但物S與像S'不再關(guān)于凸透鏡的主軸對稱，如圖2（a）所示。此時，人從目鏡中觀察到“十”字光源的像在分劃板上刻度線的上方；將載物臺轉(zhuǎn)動180°，圖中光線的傳播方向也不變，A平面反射回來的“十”字光源的像與B面反射的像位置相同，如圖2（b）所示。若望遠鏡的光軸和水平方向的夾角變化時，經(jīng)雙面鏡反射后的兩個“十”字光源像的位置將會同向移動。分光計的調(diào)節(jié)過程中遇到這種情況，我們只需調(diào)節(jié)望遠鏡俯仰螺釘，將其中一個“十”字光源像的位置移動到與分劃板上刻度線重合的位置，另一面的“十”字光源像的位置自然也與分劃板上刻度線重合。

1.3 望遠鏡的光軸水平，雙面鏡平面與豎直方向有一個夾角

如圖3（a）所示，S發(fā)出的光經(jīng)透鏡和雙面鏡反射，在焦平面上形成像S'，此時像在分劃板上刻度線的上方。將載物臺轉(zhuǎn)動180°，這時A面反射鏡反射回來的“十”字像應(yīng)在分劃板上刻度線的下方，并且A面與B面反射像位置關(guān)于上刻度線對稱，如圖3（b）所示。當載物平臺平面的轉(zhuǎn)軸與豎直方向夾角變化時，兩面的“十”字像將會相向移動。分光計的調(diào)節(jié)過程中看到該情況，我們只要調(diào)節(jié)載物平臺下的調(diào)平螺釘，使兩面的“十”字像相向移動到分劃板上刻度線上。

實際在分光計的調(diào)節(jié)過程中，我們遇到是望遠鏡的光軸不水平，雙面鏡平面又與豎直方向有夾角的情況：即從目鏡中觀察到，經(jīng)A B兩面反射得到的“十”字像位置既不相同也不關(guān)于上刻度線對稱。這時，我們先用各半調(diào)節(jié)法調(diào)節(jié)載物平臺下的調(diào)平螺釘，使兩個“十”字像相向移動到同一水平線上，再調(diào)節(jié)望遠鏡俯仰螺釘，將“十”字光源像的位置移動到與分劃板上刻度線重合的位置，即可將望遠鏡的光軸與雙面鏡平面調(diào)垂直。

2 結(jié)論

分光計的調(diào)節(jié)和使用是大學(xué)物理實驗和專業(yè)光學(xué)實驗的重要內(nèi)容。本文分析了望遠鏡的光軸與雙面鏡平面之間在不同情況下，“十”字光源的光成像在分劃板上的位置特點以及調(diào)節(jié)方法，有助于學(xué)生掌握分光計快速調(diào)節(jié)的技巧，大幅提高的課堂效率。

【參考文獻】

[1]李三龍.大學(xué)物理實驗[M].高等教育出版社，2012，2：128-131.

[2]王小懷.分光計調(diào)節(jié)和使用中的困難及解決措施[J].實驗室研究與探索，2007，26（2）：35 -37.

[3]夏湘芳，陳光偉，李陵伶.分光計的激光輔助調(diào)節(jié)裝置[J].物理實驗，2007，27（4）：34 -36.

[4]葛松華，唐亞明.分光計的一種簡單調(diào)整方法[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2006，4（6）：62 -63.

[5]李凡生.連通器輔助法快速調(diào)節(jié)分光計[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2011（1）：58-59.

[6]朱志立，郭娟，莫炯.分光計調(diào)整和使用的難點及解決方法[J].新鄉(xiāng)學(xué)院學(xué)報，2010，27（1）：84 -87.

[7]楊凡.快速調(diào)節(jié)分光計的方法[J].才智，2010（8）：48.

[8]姚啟鈞.光學(xué)教程[M].高等教育出版社，1989，10：185-192.

[責(zé)任編輯：薛俊歌]

【摘 要】本文提出一種通過畫光路的方法，分析分光計中望遠鏡光軸與雙面鏡平面在不同的情況下，“十”字光源經(jīng)過物鏡和雙面鏡在分劃板上的成像位置及特點，并提出與之相對應(yīng)的快速調(diào)節(jié)方法。

【關(guān)鍵詞】分光計；望遠鏡；焦平面

【Abstract】By drawing the light path to analyze the position and characteristics of the reflected“+”light passing objective lens and bimirror under different configuration of the optical axis of the telescope and bimirror，we proposed the corresponding method for rapid adjustment.

【Key words】Spectrometer；Telescope；Focus-plane

分光計[1]的調(diào)節(jié)是大學(xué)物理實驗中學(xué)生最難以掌握的實驗之一。針對分光計調(diào)節(jié)的困難，作者在實驗教學(xué)實踐中，與其它一些研究者提出的教學(xué)方法[2-7]不同，采用光路分析的方法，讓學(xué)生理解分光計中的成像過程從而掌握分光計調(diào)節(jié)中的技巧，收到了非常好的教學(xué)效果。

1 光路分析及調(diào)節(jié)技巧

分光計調(diào)節(jié)的要求：望遠鏡的光軸，載物臺平面和平行光管的光軸都垂直于儀器的轉(zhuǎn)軸；而其中的一個難點是：將望遠鏡的光軸與雙面鏡平面調(diào)垂直。根據(jù)自準直望遠鏡的構(gòu)造，我們用一個凸透鏡代表望遠鏡中物鏡，凸透鏡的主軸即望遠鏡的光軸，用一個點表示位于透鏡的焦平面上的“十”字光源，對分光計調(diào)節(jié)過程中，可能出現(xiàn)的三種情況進行分析：

1.1 雙面鏡平面與望遠鏡的光軸垂直

從凸透鏡的焦平面上的點S畫兩條光線，光經(jīng)過透鏡后變成平行光射出[8]，該平行光經(jīng)雙面鏡的B平面反射后再經(jīng)透鏡會聚在焦平面上的S'點，此時物像恰好關(guān)于光軸對稱如圖1（a）所示，所以人從目鏡中觀察到此時“十”字光源的像與分劃板的上刻度線恰好重合。按分光計的調(diào)節(jié)步驟，將載物臺轉(zhuǎn)動180°，光線的傳播方向都不變，所以A平面反射回來的“十”字光源的像也與分劃板上刻度線重合，如圖1（b）所示。

1.2 雙面鏡平面豎直，望遠鏡的光軸和水平方向有一個夾角

同上，S發(fā)出的光仍然會聚在焦平面上，但物S與像S'不再關(guān)于凸透鏡的主軸對稱，如圖2（a）所示。此時，人從目鏡中觀察到“十”字光源的像在分劃板上刻度線的上方；將載物臺轉(zhuǎn)動180°，圖中光線的傳播方向也不變，A平面反射回來的“十”字光源的像與B面反射的像位置相同，如圖2（b）所示。若望遠鏡的光軸和水平方向的夾角變化時，經(jīng)雙面鏡反射后的兩個“十”字光源像的位置將會同向移動。分光計的調(diào)節(jié)過程中遇到這種情況，我們只需調(diào)節(jié)望遠鏡俯仰螺釘，將其中一個“十”字光源像的位置移動到與分劃板上刻度線重合的位置，另一面的“十”字光源像的位置自然也與分劃板上刻度線重合。

1.3 望遠鏡的光軸水平，雙面鏡平面與豎直方向有一個夾角

如圖3（a）所示，S發(fā)出的光經(jīng)透鏡和雙面鏡反射，在焦平面上形成像S'，此時像在分劃板上刻度線的上方。將載物臺轉(zhuǎn)動180°，這時A面反射鏡反射回來的“十”字像應(yīng)在分劃板上刻度線的下方，并且A面與B面反射像位置關(guān)于上刻度線對稱，如圖3（b）所示。當載物平臺平面的轉(zhuǎn)軸與豎直方向夾角變化時，兩面的“十”字像將會相向移動。分光計的調(diào)節(jié)過程中看到該情況，我們只要調(diào)節(jié)載物平臺下的調(diào)平螺釘，使兩面的“十”字像相向移動到分劃板上刻度線上。

實際在分光計的調(diào)節(jié)過程中，我們遇到是望遠鏡的光軸不水平，雙面鏡平面又與豎直方向有夾角的情況：即從目鏡中觀察到，經(jīng)A B兩面反射得到的“十”字像位置既不相同也不關(guān)于上刻度線對稱。這時，我們先用各半調(diào)節(jié)法調(diào)節(jié)載物平臺下的調(diào)平螺釘，使兩個“十”字像相向移動到同一水平線上，再調(diào)節(jié)望遠鏡俯仰螺釘，將“十”字光源像的位置移動到與分劃板上刻度線重合的位置，即可將望遠鏡的光軸與雙面鏡平面調(diào)垂直。

2 結(jié)論

分光計的調(diào)節(jié)和使用是大學(xué)物理實驗和專業(yè)光學(xué)實驗的重要內(nèi)容。本文分析了望遠鏡的光軸與雙面鏡平面之間在不同情況下，“十”字光源的光成像在分劃板上的位置特點以及調(diào)節(jié)方法，有助于學(xué)生掌握分光計快速調(diào)節(jié)的技巧，大幅提高的課堂效率。

【參考文獻】

[1]李三龍.大學(xué)物理實驗[M].高等教育出版社，2012，2：128-131.

[2]王小懷.分光計調(diào)節(jié)和使用中的困難及解決措施[J].實驗室研究與探索，2007，26（2）：35 -37.

[3]夏湘芳，陳光偉，李陵伶.分光計的激光輔助調(diào)節(jié)裝置[J].物理實驗，2007，27（4）：34 -36.

[4]葛松華，唐亞明.分光計的一種簡單調(diào)整方法[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2006，4（6）：62 -63.

[5]李凡生.連通器輔助法快速調(diào)節(jié)分光計[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2011（1）：58-59.

[6]朱志立，郭娟，莫炯.分光計調(diào)整和使用的難點及解決方法[J].新鄉(xiāng)學(xué)院學(xué)報，2010，27（1）：84 -87.

[7]楊凡.快速調(diào)節(jié)分光計的方法[J].才智，2010（8）：48.

[8]姚啟鈞.光學(xué)教程[M].高等教育出版社，1989，10：185-192.

[責(zé)任編輯：薛俊歌]

【摘 要】本文提出一種通過畫光路的方法，分析分光計中望遠鏡光軸與雙面鏡平面在不同的情況下，“十”字光源經(jīng)過物鏡和雙面鏡在分劃板上的成像位置及特點，并提出與之相對應(yīng)的快速調(diào)節(jié)方法。

【關(guān)鍵詞】分光計；望遠鏡；焦平面

【Abstract】By drawing the light path to analyze the position and characteristics of the reflected“+”light passing objective lens and bimirror under different configuration of the optical axis of the telescope and bimirror，we proposed the corresponding method for rapid adjustment.

【Key words】Spectrometer；Telescope；Focus-plane

分光計[1]的調(diào)節(jié)是大學(xué)物理實驗中學(xué)生最難以掌握的實驗之一。針對分光計調(diào)節(jié)的困難，作者在實驗教學(xué)實踐中，與其它一些研究者提出的教學(xué)方法[2-7]不同，采用光路分析的方法，讓學(xué)生理解分光計中的成像過程從而掌握分光計調(diào)節(jié)中的技巧，收到了非常好的教學(xué)效果。

1 光路分析及調(diào)節(jié)技巧

分光計調(diào)節(jié)的要求：望遠鏡的光軸，載物臺平面和平行光管的光軸都垂直于儀器的轉(zhuǎn)軸；而其中的一個難點是：將望遠鏡的光軸與雙面鏡平面調(diào)垂直。根據(jù)自準直望遠鏡的構(gòu)造，我們用一個凸透鏡代表望遠鏡中物鏡，凸透鏡的主軸即望遠鏡的光軸，用一個點表示位于透鏡的焦平面上的“十”字光源，對分光計調(diào)節(jié)過程中，可能出現(xiàn)的三種情況進行分析：

1.1 雙面鏡平面與望遠鏡的光軸垂直

從凸透鏡的焦平面上的點S畫兩條光線，光經(jīng)過透鏡后變成平行光射出[8]，該平行光經(jīng)雙面鏡的B平面反射后再經(jīng)透鏡會聚在焦平面上的S'點，此時物像恰好關(guān)于光軸對稱如圖1（a）所示，所以人從目鏡中觀察到此時“十”字光源的像與分劃板的上刻度線恰好重合。按分光計的調(diào)節(jié)步驟，將載物臺轉(zhuǎn)動180°，光線的傳播方向都不變，所以A平面反射回來的“十”字光源的像也與分劃板上刻度線重合，如圖1（b）所示。

1.2 雙面鏡平面豎直，望遠鏡的光軸和水平方向有一個夾角

同上，S發(fā)出的光仍然會聚在焦平面上，但物S與像S'不再關(guān)于凸透鏡的主軸對稱，如圖2（a）所示。此時，人從目鏡中觀察到“十”字光源的像在分劃板上刻度線的上方；將載物臺轉(zhuǎn)動180°，圖中光線的傳播方向也不變，A平面反射回來的“十”字光源的像與B面反射的像位置相同，如圖2（b）所示。若望遠鏡的光軸和水平方向的夾角變化時，經(jīng)雙面鏡反射后的兩個“十”字光源像的位置將會同向移動。分光計的調(diào)節(jié)過程中遇到這種情況，我們只需調(diào)節(jié)望遠鏡俯仰螺釘，將其中一個“十”字光源像的位置移動到與分劃板上刻度線重合的位置，另一面的“十”字光源像的位置自然也與分劃板上刻度線重合。

1.3 望遠鏡的光軸水平，雙面鏡平面與豎直方向有一個夾角

如圖3（a）所示，S發(fā)出的光經(jīng)透鏡和雙面鏡反射，在焦平面上形成像S'，此時像在分劃板上刻度線的上方。將載物臺轉(zhuǎn)動180°，這時A面反射鏡反射回來的“十”字像應(yīng)在分劃板上刻度線的下方，并且A面與B面反射像位置關(guān)于上刻度線對稱，如圖3（b）所示。當載物平臺平面的轉(zhuǎn)軸與豎直方向夾角變化時，兩面的“十”字像將會相向移動。分光計的調(diào)節(jié)過程中看到該情況，我們只要調(diào)節(jié)載物平臺下的調(diào)平螺釘，使兩面的“十”字像相向移動到分劃板上刻度線上。

實際在分光計的調(diào)節(jié)過程中，我們遇到是望遠鏡的光軸不水平，雙面鏡平面又與豎直方向有夾角的情況：即從目鏡中觀察到，經(jīng)A B兩面反射得到的“十”字像位置既不相同也不關(guān)于上刻度線對稱。這時，我們先用各半調(diào)節(jié)法調(diào)節(jié)載物平臺下的調(diào)平螺釘，使兩個“十”字像相向移動到同一水平線上，再調(diào)節(jié)望遠鏡俯仰螺釘，將“十”字光源像的位置移動到與分劃板上刻度線重合的位置，即可將望遠鏡的光軸與雙面鏡平面調(diào)垂直。

2 結(jié)論

分光計的調(diào)節(jié)和使用是大學(xué)物理實驗和專業(yè)光學(xué)實驗的重要內(nèi)容。本文分析了望遠鏡的光軸與雙面鏡平面之間在不同情況下，“十”字光源的光成像在分劃板上的位置特點以及調(diào)節(jié)方法，有助于學(xué)生掌握分光計快速調(diào)節(jié)的技巧，大幅提高的課堂效率。

【參考文獻】

[1]李三龍.大學(xué)物理實驗[M].高等教育出版社，2012，2：128-131.

[2]王小懷.分光計調(diào)節(jié)和使用中的困難及解決措施[J].實驗室研究與探索，2007，26（2）：35 -37.

[3]夏湘芳，陳光偉，李陵伶.分光計的激光輔助調(diào)節(jié)裝置[J].物理實驗，2007，27（4）：34 -36.

[4]葛松華，唐亞明.分光計的一種簡單調(diào)整方法[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2006，4（6）：62 -63.

[5]李凡生.連通器輔助法快速調(diào)節(jié)分光計[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2011（1）：58-59.

[6]朱志立，郭娟，莫炯.分光計調(diào)整和使用的難點及解決方法[J].新鄉(xiāng)學(xué)院學(xué)報，2010，27（1）：84 -87.

[7]楊凡.快速調(diào)節(jié)分光計的方法[J].才智，2010（8）：48.

[8]姚啟鈞.光學(xué)教程[M].高等教育出版社，1989，10：185-192.

[責(zé)任編輯：薛俊歌]