分光計調(diào)節(jié)的應(yīng)用

分光計調(diào)節(jié)的應(yīng)用

1學(xué)生對分光計的調(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)實驗中的一項重要的光學(xué)試驗。分光計又名“測角儀”,是一種可以精確測量角度的儀器。利用光的反射和折射可以測棱鏡的頂角、最小偏向角、折射率、色散率;與光柵配合做光的衍射實驗可以測光波波長及光柵常數(shù);與偏振片波片配合可以做光的偏振實驗,因而分光計是光學(xué)測量的基本儀器。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)物理實驗中也將多次用到分光計。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)物理實驗課程的基本要求。但是由于分光計結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,調(diào)節(jié)方法也很繁瑣,導(dǎo)致學(xué)生在做該實驗時,大部分時間都用在了對分光計的調(diào)節(jié)上,而使用它來測量三棱鏡的頂角和最小偏向角則只有很少的時間,以至于對測量三棱鏡頂角和最小偏向角的原理與操作模棱兩可,需要注意的事項也沒有注意到,甚至還有學(xué)生整堂實驗課都沒有完成調(diào)節(jié)。筆者結(jié)合自身的教學(xué)實踐,對分光計的調(diào)節(jié)方法進(jìn)行了一定的優(yōu)化,可以將調(diào)節(jié)分光計的時間縮短10~20min,而且學(xué)生理解起來也比較容易,在一定程度上提高了實驗效率和教學(xué)質(zhì)量。2分光機的“三垂直、三清晰”分光計必須經(jīng)過調(diào)節(jié)才能使用。按有關(guān)文獻(xiàn)中的說法,分光計的調(diào)節(jié)要求就是兩個“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、載物臺臺面三者均與分光計主軸垂直;“三清晰”指的是望遠(yuǎn)鏡中分劃板上的“?！弊趾诓娼z、被載物臺上放置的反射鏡或三棱鏡的光面反射回來的“十”字綠叉絲的像(以下簡稱“綠十字”)、從平行光管的狹縫透射過來的亮線三者都要清晰。只有將分光計調(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“三清晰”的調(diào)節(jié)方法都是一致的。即通過調(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聚透鏡的焦平面上以使從平行光管的狹縫透射過來的亮線清晰,此時平行光管射出的才是平行光。對于“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有沒有達(dá)到大致“三垂直”的狀態(tài),如沒有,則通過調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡、平行光管、載物臺下面的調(diào)平螺釘將其調(diào)到大致水平,然后進(jìn)行細(xì)調(diào)。對于細(xì)調(diào)的內(nèi)容,各種講義及文獻(xiàn)就有不同的說法了。這也是無可厚非的,因為最后只要“三垂直”的目的實現(xiàn)了,那么使用的是什么方法就不那么重要了。但是對于初次接觸分光計的學(xué)生來說,要在較短的時間內(nèi),對調(diào)節(jié)方法及涉及的原理有一個清晰的認(rèn)識,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,先調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡和載物臺,再調(diào)節(jié)平行光管。對望遠(yuǎn)鏡和載物臺進(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)鏡和載物臺的工具,又是檢驗調(diào)節(jié)結(jié)果的工具。調(diào)節(jié)時,需將雙面反射鏡放置在載物臺上,只要雙面反射鏡的兩個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的上交點處(以下簡稱“標(biāo)準(zhǔn)位置”)重合,即望遠(yuǎn)鏡光軸與雙面反射鏡的兩個面都垂直,則望遠(yuǎn)鏡光軸和載物臺上與雙面反射鏡垂直的方向都達(dá)到與分光計主軸垂直的狀態(tài),但載物臺臺面上與雙面反射鏡平行的方向并不一定與分光計主軸垂直。對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上放置的問題。有不少文獻(xiàn)上要求雙面反射鏡垂直于兩個載物臺調(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,就有M、A、B3個螺釘可調(diào),雖然很多文獻(xiàn)都說明此時A、B2個螺釘中只需要調(diào)一個即可,但學(xué)生很容易搞混2個螺釘中調(diào)的是哪個。也有文獻(xiàn)對放置方法進(jìn)行了改進(jìn),即將雙面反射鏡平行于兩個載物臺調(diào)平螺釘?shù)倪B線(如圖2所示),此時就只需用“半調(diào)法”調(diào)節(jié)M和C2個螺釘即可,這樣調(diào)好以后,以上2個文獻(xiàn)中又要求將平面鏡按照圖3和圖4的位置放置再進(jìn)行調(diào)節(jié),實際上這是沒有必要的。只要按照圖2的方式放置,使用“半調(diào)法”調(diào)節(jié)平面鏡對著的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)鏡光軸和載物臺面與A、B2個螺釘?shù)倪B線相垂直的方向就已經(jīng)與分光計主軸垂直了,下面需要調(diào)節(jié)的就只剩下載物臺臺面上與A、B兩個螺釘?shù)倪B線相平行的方向,此時只需再將平面鏡按照圖1的方式放置,通過“半調(diào)法”調(diào)節(jié)A、B2個螺釘使此時雙面反射鏡的兩面反射回的綠十字在標(biāo)準(zhǔn)位置即可。至此分光計的望遠(yuǎn)鏡和載物臺部分就已經(jīng)調(diào)好了,而平行光管的調(diào)節(jié)相對于前兩者的調(diào)節(jié)來說,就顯得簡單多了,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際上,整個分光計的調(diào)節(jié)難點就在將望遠(yuǎn)鏡光軸和載物臺細(xì)調(diào)至與分光計主軸垂直的部分,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)都是比較簡單的。所以,整個分光計調(diào)節(jié)的順利與否直接取決于細(xì)調(diào)望遠(yuǎn)鏡光軸和載物臺的過程完成情況。而在進(jìn)行望遠(yuǎn)鏡和載物臺細(xì)調(diào)時,雙面反射鏡的放置又有著很大的關(guān)系。經(jīng)過優(yōu)化后的方法即主張先將雙面反射鏡平行于載物臺下的任意兩顆螺釘?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)鏡光軸和載物臺臺面就都達(dá)到了垂直于分光計主軸的狀態(tài),整個分光計調(diào)節(jié)的難點也就被輕而易舉地突破了。5調(diào)節(jié)初次接觸分光計分光計在大學(xué)物理實驗