分光計(jì)調(diào)節(jié)的應(yīng)用

分光計(jì)調(diào)節(jié)的應(yīng)用

1學(xué)生對(duì)分光計(jì)的調(diào)節(jié)方法復(fù)雜光學(xué)分析器的調(diào)整和應(yīng)用是北京大學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一項(xiàng)重要的光學(xué)試驗(yàn)。分光計(jì)又名“測(cè)角儀”,是一種可以精確測(cè)量角度的儀器。利用光的反射和折射可以測(cè)棱鏡的頂角、最小偏向角、折射率、色散率;與光柵配合做光的衍射實(shí)驗(yàn)可以測(cè)光波波長(zhǎng)及光柵常數(shù);與偏振片波片配合可以做光的偏振實(shí)驗(yàn),因而分光計(jì)是光學(xué)測(cè)量的基本儀器。它的調(diào)節(jié)方法在光學(xué)儀器的調(diào)節(jié)中頗具代表性,大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中也將多次用到分光計(jì)。了解它的結(jié)構(gòu),掌握它的調(diào)節(jié)和使用方法,是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的基本要求。但是由于分光計(jì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,調(diào)節(jié)方法也很繁瑣,導(dǎo)致學(xué)生在做該實(shí)驗(yàn)時(shí),大部分時(shí)間都用在了對(duì)分光計(jì)的調(diào)節(jié)上,而使用它來(lái)測(cè)量三棱鏡的頂角和最小偏向角則只有很少的時(shí)間,以至于對(duì)測(cè)量三棱鏡頂角和最小偏向角的原理與操作模棱兩可,需要注意的事項(xiàng)也沒(méi)有注意到,甚至還有學(xué)生整堂實(shí)驗(yàn)課都沒(méi)有完成調(diào)節(jié)。筆者結(jié)合自身的教學(xué)實(shí)踐,對(duì)分光計(jì)的調(diào)節(jié)方法進(jìn)行了一定的優(yōu)化,可以將調(diào)節(jié)分光計(jì)的時(shí)間縮短10~20min,而且學(xué)生理解起來(lái)也比較容易,在一定程度上提高了實(shí)驗(yàn)效率和教學(xué)質(zhì)量。2分光機(jī)的“三垂直、三清晰”分光計(jì)必須經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)才能使用。按有關(guān)文獻(xiàn)中的說(shuō)法,分光計(jì)的調(diào)節(jié)要求就是兩個(gè)“三”,即“三垂直”、“三清晰”?！叭怪薄敝傅氖峭h(yuǎn)鏡光軸、平行光管光軸、載物臺(tái)臺(tái)面三者均與分光計(jì)主軸垂直;“三清晰”指的是望遠(yuǎn)鏡中分劃板上的“牛”字黑叉絲、被載物臺(tái)上放置的反射鏡或三棱鏡的光面反射回來(lái)的“十”字綠叉絲的像(以下簡(jiǎn)稱“綠十字”)、從平行光管的狹縫透射過(guò)來(lái)的亮線三者都要清晰。只有將分光計(jì)調(diào)至滿足以上要求,才處于可用狀態(tài)。3調(diào)節(jié)方法及改進(jìn)各種講義及文獻(xiàn)中對(duì)“三清晰”的調(diào)節(jié)方法都是一致的。即通過(guò)調(diào)節(jié)目鏡看清望遠(yuǎn)鏡中分劃板上的“?！弊趾诓娼z,使分劃板位于望遠(yuǎn)鏡物鏡的焦平面上以看清綠十字,使狹縫位于平行光管會(huì)聚透鏡的焦平面上以使從平行光管的狹縫透射過(guò)來(lái)的亮線清晰,此時(shí)平行光管射出的才是平行光。對(duì)于“三垂直”的調(diào)節(jié),從總體上看,各種講義及文獻(xiàn)都是按照先粗調(diào)再細(xì)調(diào)的方式進(jìn)行的。所謂粗調(diào)就是用眼睛觀察分光計(jì)有沒(méi)有達(dá)到大致“三垂直”的狀態(tài),如沒(méi)有,則通過(guò)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡、平行光管、載物臺(tái)下面的調(diào)平螺釘將其調(diào)到大致水平,然后進(jìn)行細(xì)調(diào)。對(duì)于細(xì)調(diào)的內(nèi)容,各種講義及文獻(xiàn)就有不同的說(shuō)法了。這也是無(wú)可厚非的,因?yàn)樽詈笾灰叭怪薄钡哪康膶?shí)現(xiàn)了,那么使用的是什么方法就不那么重要了。但是對(duì)于初次接觸分光計(jì)的學(xué)生來(lái)說(shuō),要在較短的時(shí)間內(nèi),對(duì)調(diào)節(jié)方法及涉及的原理有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí),那么就要求我們使用的方法不能太繁瑣,而且要容易理解。細(xì)調(diào)時(shí),先調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡和載物臺(tái),再調(diào)節(jié)平行光管。對(duì)望遠(yuǎn)鏡和載物臺(tái)進(jìn)行細(xì)調(diào)需要利用雙面反射鏡。雙面反射鏡既是幫助我們調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡和載物臺(tái)的工具,又是檢驗(yàn)調(diào)節(jié)結(jié)果的工具。調(diào)節(jié)時(shí),需將雙面反射鏡放置在載物臺(tái)上,只要雙面反射鏡的兩個(gè)反射面反射回的綠十字與望遠(yuǎn)鏡分劃板上的“?！弊趾诓娼z的上交點(diǎn)處(以下簡(jiǎn)稱“標(biāo)準(zhǔn)位置”)重合,即望遠(yuǎn)鏡光軸與雙面反射鏡的兩個(gè)面都垂直,則望遠(yuǎn)鏡光軸和載物臺(tái)上與雙面反射鏡垂直的方向都達(dá)到與分光計(jì)主軸垂直的狀態(tài),但載物臺(tái)臺(tái)面上與雙面反射鏡平行的方向并不一定與分光計(jì)主軸垂直。對(duì)于如何能順利地找到雙面反射鏡的兩面反射回的綠十字,很多文獻(xiàn)都從光路的角度進(jìn)行了分析,這里不再重復(fù)。我們主要討論雙面反射鏡如何在載物臺(tái)上放置的問(wèn)題。有不少文獻(xiàn)上要求雙面反射鏡垂直于兩個(gè)載物臺(tái)調(diào)平螺釘?shù)倪B線(如圖1所示),在將望遠(yuǎn)鏡中的綠十字調(diào)至標(biāo)準(zhǔn)位置時(shí),就有M、A、B3個(gè)螺釘可調(diào),雖然很多文獻(xiàn)都說(shuō)明此時(shí)A、B2個(gè)螺釘中只需要調(diào)一個(gè)即可,但學(xué)生很容易搞混2個(gè)螺釘中調(diào)的是哪個(gè)。也有文獻(xiàn)對(duì)放置方法進(jìn)行了改進(jìn),即將雙面反射鏡平行于兩個(gè)載物臺(tái)調(diào)平螺釘?shù)倪B線(如圖2所示),此時(shí)就只需用“半調(diào)法”調(diào)節(jié)M和C2個(gè)螺釘即可,這樣調(diào)好以后,以上2個(gè)文獻(xiàn)中又要求將平面鏡按照?qǐng)D3和圖4的位置放置再進(jìn)行調(diào)節(jié),實(shí)際上這是沒(méi)有必要的。只要按照?qǐng)D2的方式放置,使用“半調(diào)法”調(diào)節(jié)平面鏡對(duì)著的C螺釘和望遠(yuǎn)鏡調(diào)平螺釘M將雙面反射鏡兩面反射回的綠十字調(diào)至標(biāo)準(zhǔn)位置之后,望遠(yuǎn)鏡光軸和載物臺(tái)面與A、B2個(gè)螺釘?shù)倪B線相垂直的方向就已經(jīng)與分光計(jì)主軸垂直了,下面需要調(diào)節(jié)的就只剩下載物臺(tái)臺(tái)面上與A、B兩個(gè)螺釘?shù)倪B線相平行的方向,此時(shí)只需再將平面鏡按照?qǐng)D1的方式放置,通過(guò)“半調(diào)法”調(diào)節(jié)A、B2個(gè)螺釘使此時(shí)雙面反射鏡的兩面反射回的綠十字在標(biāo)準(zhǔn)位置即可。至此分光計(jì)的望遠(yuǎn)鏡和載物臺(tái)部分就已經(jīng)調(diào)好了,而平行光管的調(diào)節(jié)相對(duì)于前兩者的調(diào)節(jié)來(lái)說(shuō),就顯得簡(jiǎn)單多了,按照一般講義中講的方法調(diào)節(jié)即可,這里不再重復(fù)。4基于“半調(diào)法”的雙面反射鏡安裝實(shí)際上,整個(gè)分光計(jì)的調(diào)節(jié)難點(diǎn)就在將望遠(yuǎn)鏡光軸和載物臺(tái)細(xì)調(diào)至與分光計(jì)主軸垂直的部分,其他部分的的調(diào)節(jié)如“三清晰”、“三垂直”的粗調(diào)、平行光管的細(xì)調(diào)都是比較簡(jiǎn)單的。所以,整個(gè)分光計(jì)調(diào)節(jié)的順利與否直接取決于細(xì)調(diào)望遠(yuǎn)鏡光軸和載物臺(tái)的過(guò)程完成情況。而在進(jìn)行望遠(yuǎn)鏡和載物臺(tái)細(xì)調(diào)時(shí),雙面反射鏡的放置又有著很大的關(guān)系。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的方法即主張先將雙面反射鏡平行于載物臺(tái)下的任意兩顆螺釘?shù)倪B線,使用“半調(diào)法”調(diào)節(jié)平面鏡對(duì)著的螺釘和望遠(yuǎn)鏡調(diào)平螺釘使雙面反射鏡兩面反射回的綠十字都落在望遠(yuǎn)鏡分劃板上的標(biāo)準(zhǔn)位置;然后再將雙面反射鏡垂直于載物臺(tái)下剛剛平行的兩顆螺釘放置,使用“半調(diào)法”調(diào)節(jié)這兩顆螺釘使雙面反射鏡兩面反射回的綠十字都落在望遠(yuǎn)鏡分劃板上的標(biāo)準(zhǔn)位置。這樣望遠(yuǎn)鏡光軸和載物臺(tái)臺(tái)面就都達(dá)到了垂直于分光計(jì)主軸的狀態(tài),整個(gè)分光計(jì)調(diào)節(jié)的難點(diǎn)也就被輕而易舉地突破了。5調(diào)節(jié)初次接觸分光計(jì)分光計(jì)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)