分光計的調節原理和方法

楊潔 趙旦

摘要：分光計是大學物理實驗中常用的一種精確測定光線偏轉角的典型光學儀器，在光學研究中有廣泛的應用。由于其結構復雜，使用過程需要調節的部分較多，且不易掌握，本文以JJY型分光計為例，結合分光計的結構，探討分光計的調節原理和方法。

關鍵詞：分光計;望遠鏡;載物臺;分劃板

分光計實驗既能夠培養學生的基本實驗技能，又能培養學生應用理論知識解決實際問題的能力，因此它是大學物理實驗中的必做實驗。本節課實驗教學主要內容為分光計的調節與三棱鏡頂角的測量。由于儀器的結構比較復雜，注意事項多，分光計的調節過程需要花費大量時間，學生會出現做不完，做不出來，或者即使做出來但對調節原理并不清晰的情況，導致實驗效果并不理想。因此總結分光計調節原理和方法，對熟練掌握分光計使用十分重要。

1分光計的結構

分光計主要由望遠鏡、平行光管、載物平臺、讀數盤和底座等部分組成。為精確測量角度，需要先對分光計進行調節，使其達到待測狀態的標準：（1）望遠鏡能接收平行光;（2）平行光管能發出平行光;（3）望遠鏡的主光軸和平行光管的主光軸達到同軸等高并與分光計中心軸垂直。

2調節原理和方法

分光計的調節順序非常關鍵，使用時必須嚴格按操作程序調節。首先對系統進行粗調，由于調節平行光管時需要通過望遠鏡才能判斷是否出射的是平行光，因此在選取調節步驟時應該首先調節較為復雜的望遠鏡系統，該部分的調節是本實驗的難點。再調載物臺，最后調節略為簡單的平行光管系統。

2.1目測粗調

調節望遠鏡和平行光管的俯仰調節螺釘，使它們的光軸大致垂直于分光計中心軸，并兩個光軸共軸。關于載物臺的粗調，將載物盤下面的三個螺釘分別調到螺釘自身長度的一半，轉動載物臺，不斷調節三個螺釘直至觀察到載物盤與載物臺[1]之間的縫隙寬度均勻，即載物臺基本調平。

目測粗調非常重要，是細調過程的基礎，也是能否快速調好分光計的關鍵一步。因此需要細致耐心調節。

2.2細調

（1）望遠鏡系統能接收平行光

調節方法：轉動目鏡調焦手輪，以調節望遠鏡目鏡到分化板的距離，直至望遠鏡中能清晰地看到分劃板十字十字線，則目鏡焦距已調好;對望遠鏡的物鏡進行調焦，打開小燈的電源，推拉物鏡套筒，用“自準直法”進行，從望遠鏡中能清晰看到綠“+”字像，說明物鏡焦距也已調好。

（2）望遠鏡系統光軸與分光計中心軸垂直

調節原理：這是望遠鏡和載物臺兩個部分相互配合調節的過程。其調節是利用了如圖1所示的望遠鏡的自準直系統，假設望遠鏡光軸已垂直于分光計中心軸線，載物臺平面也平行于讀數盤平面，則底座平滑的雙面反射鏡放于載物臺上時鏡面與載物臺垂直，由圖1光路可知此時所觀測到的“+”字像與“+”字發光原物一定關于望遠鏡中心軸線對稱[2]，即“+”字像應成在分劃板上部十字線處，如圖2所示。當載物臺轉動180°時，通過雙面鏡的另一面所反射而成的“+”字像也會成在上述位置。如果“+”字像沒有成在分劃板的上部十字線處，則表示望遠鏡或載物臺至少有一個沒有調節好俯仰。

調節方法：為便于調節，平面鏡放置時使其底座與載物臺的兩個螺釘聯線垂直，而與另一個螺釘重合。如圖3所示，使平面鏡底座垂直與b、c螺釘連線，同時與a螺釘重合，這樣只需調節b、c螺釘即可改變平面鏡俯仰狀態。在望遠鏡能接收平行光的基礎上，根據反射定律，應用“各半調節法”進行調節。多次調節，逐漸逼近目標。最終將平面鏡兩面的綠十字像分別與分劃板“上部的十字線”重合。

（3）平行光管能出射平行光，其光軸與望遠鏡光軸共線并與分光計中心軸垂直

調節原理：平行光管部分的調節是以已調好的望遠鏡為標準來調節的，如果通過望遠鏡所觀測到的光線非常清晰，則出射光為平行光。強調一點：此調節過程，望遠鏡俯仰、焦距以及載物臺俯仰不可改變。平行光管俯仰調節，依賴于望遠鏡中分劃板的十字線，由于設計時分劃板中心水平十字線的位置恰是望遠鏡直徑位置，如果兩鏡共軸，則狹縫水平像應與分劃板中心水平十字線重合。

調節方法：開啟光源汞燈。只能調節平行光管單縫套筒的前后位置，直至望遠鏡中觀察到單縫像最清晰，此時單縫位于平行光管物鏡的焦平面上，出射光為平行光。調節狹縫寬度使之在望遠鏡視野中像寬度約為1mm。然后轉動狹縫至水平狀態，調節平行光管傾斜螺釘，使狹縫水平像與分劃板中心水平十字線重合，如圖4（a）所示，此時平行光管光軸與望遠鏡光軸共線，也就與分光計中心軸垂直。最后再把狹縫轉至鉛直位置如圖4（b）所示。即可進行后續的測量。

3總結與建議

分光計是一種精密的平面角測量儀器，對其調節過程中，需要實現望遠鏡系統與平行光管光軸共軸等高，均與中心軸垂直，并實現望遠鏡觀察到的分劃板十字線、綠色的“十”字像以及平行管狹縫像清晰。由于本實驗課內容難度較大，建議適當增加本節實驗時間，或者分兩次授課。讓學生熟悉實驗儀器，理解分光計調節原理，調節好分光計的同時增加學生自信心，也有利于提高大學生對物理實驗課的興趣。

參考文獻：

[1]黃建群，胡險峰，雍志華.大學物理實驗（第二版）[M].成都：四川大學出版社，2005：44.

[2]穆松梅.分光計的調節原理和調節技巧.科技創新導報[J].2012（21）：173