第16卷 第4期
2006年8月长 春 大 学 学 报JOURNALOFCHANGCHUNUNIVERSITYVol.16 No.4Aug.2006 文章编号:1009-3907(2006)04-0023-03
分光计实验研究
陈 红,张伟森,王德军,宋立军,张淑萍12345
(1、2、51北华大学公共基础部,吉林吉林 132013;31长春大学学校办公室,长春 130022;
41长春大学教务处,吉林长春)
摘 要:介绍了分光计的结构原理,,。分析,在此基础上,介绍了分光计的快速调节方法,。
关键词:分光计;;各半调节法
中图分类号:O43311 文献标识码:B
分光计是精确测定光线偏转角的仪器,也称测角仪。它是光学实验中常用的的实验仪器。光学中的许多基本量如波长、折射率都可以直接或间接地用光线的偏转角来表示,因而这些量都可以用分光计来测量。分光计的基本光学结构又是许多光学仪器(如棱镜光谱仪、光栅光谱仪、分光光度计、单色仪等)的基础。它在物理实验中既能够培养学生的基本实验技能,又能培养学生应用理论知识解决实际问题的能力,因此它是大学物理实验的必作实验。在观察有关现象和测量角度时,为获得正确的测量结果,必须保证让分光计的光学系统(准直管和望远镜)要适合平行光。即要求望远镜光轴与分光计的主轴垂直,以保证观察面是一个平面。这也是调节步骤中难度最大的。
1 分光计的结构原理
各种型号的分光计,其光学原理基本相同,主要部件包括望远镜、平行光管、载物台(台上安置分光用的三棱镜或光栅)、刻度盘和游标盘、底座五大部分。
1.1 望远镜
望远镜由物镜和目镜组成,物镜和目镜之间有分划板。分划板紧贴一个直角三棱镜,在棱镜的直角面上有一个被光源照亮的小绿十字,其中心位置与分划板刻线的上交点对称。
1.2 平行光管
它的作用是产生平行光。管的一端装有一个消色差的复合正透镜,另一端是装有狭缝的套管。
1.3 载物台
载物台是用来放置待测器件的。它的下方有三个螺钉,形成一个正三角,用来调节分光元件的方位。
1.4 刻度盘和游标盘
刻度圆盘的游标盘套在分光计的中心转轴上且可绕主轴转动。若圆盘转过一个角度,可以从游标读出这个角度的数值。圆盘面有720等分线,每格值为0.5°即30′。0.5°以下则需用游标来读数。
1.5 底座
底座的中心有沿铅直方向的转轴套,称为分光计的主轴。通过使用相应的止动螺钉和微调螺钉,可以使望远镜、刻度盘、游标盘、载物台等绕分光计主轴自由转动,或作微小转动,或固定不动。
收稿日期:2006-04-05
作者简介:陈红(1971-),女,吉林省吉林市人,北华大学公共基础部副教授,硕士,主要从事物理、光学方面的教学与研究。
2 分光计调节的过程
(1)粗调:a调节目镜,看清测量用十字叉丝;b用望远镜观察尽量远处的物体,调节物镜使远处物体的像和目镜中的十字叉丝同时清楚;c将载物台平面和望远镜轴尽量调成水平(目测)。
(2)细调:a将平面反射镜放在载物平台上应用自准值原理调望远镜适用平行光。所谓自准就是一个物体经过透镜和平面镜组合所成的像与物体在同一位置。分光计的调整是利用望远镜中一个小灯泡照亮的十字叉丝作为参照物,它所发出的光线,经过物镜折射后,到达载物台上的平面玻璃片,又经过平面玻璃片反射后折回,再通过物镜成像,这个像我们能够利用目镜去观察,在望远镜中观察到的就是一个清晰的像;b用各半调节法(逐次逼近法)(将观测面调成平面,观测平面与读数平面平行)。
(3)调节准直管使其产生平行光,,用光源照亮准直管狭缝,,,,使从望远镜看到清晰的狭缝像。?:拿两支铅笔,将它们前后排成竖行,用一只眼睛去观察,,这种现象称作视差。如果望远镜的物镜与目
[2]镜焦点不重合()时,望远镜视场中看到的像是模糊的或双影(即有视差)。调整准直管倾斜度,使
狭缝像的中心位于望远镜测量叉丝的交点上。这时准直管和望远镜的光轴平行,并近似重合。[1]
3 分光计调节技巧
在分光计调节中,难点是掌握使望远镜轴线与平台转轴垂直的方法与技巧。认真细致的粗调和“各半调节法”是实现这一调节的前提和基础。
正确的调节方法必须先进行粗调,即一面用手来回旋转分光计的刻度盘或平台,使平台上平面镜法线方向在望远镜的轴线方向左右来回通过,同时用眼睛在望远镜附近上下来回移动,耐心地寻找,找到由平面镜反射回的光斑,这是寻找光斑的关键。找到光斑后,进一步要判断看到的光斑在望远镜的上方还是下方。从而有目的地调节望远镜的仰角或平台的倾斜度。使看到光斑的眼睛与望远镜在同一平面上(注意在调节仰
)。总之,先从望远镜外面找到光斑,然后逐步调节光斑角或倾斜度时必须同时看住光斑,以免光斑“跑掉”
接近望远镜轴线方向,最后让光斑进入望远镜内,再进一步在望远镜内调节。
看不见叉丝反射像主要是叉丝不在物镜
的焦平面上,望远镜没有出现平行光而造成
的。这时应调节叉丝与物镜的距离,即调节
调焦旋钮,使叉丝调到物镜的焦平面上后,通
过物镜产生平行光,由平面镜反射就能看到
叉丝反射像。旋转180°后,看不到反射光斑
的主要原因是望远镜轴线方向没有与分光计
中心旋转轴垂直,或平面镜面与分光计的旋
转轴不重合而引起的。在实验时很难区分是
望远镜还是平台引起的。因此,在调节时应
采用各调一半的方法。在实际操作中,各半
调节法如图1所示,将望远镜垂直对准平面
镜的一个反射面,就可以从望远镜视场中观
察到经平面镜反射回的亮绿“十”字叉丝,如
果亮绿十字叉丝与望远镜调整叉丝不重合,
图1 各半调节法调节望远镜倾斜使二叉丝间垂直距离减少一
半,再调节载物平台底脚螺丝使二叉丝重合。转动载物平面使平面镜转180°,使另—镜面对准望远镜。同理,使二叉丝垂直距离各调一半至重合。反复进行以上调整,直至不论转到哪一反射面,使十字叉丝均能和
[3]调整叉丝重合,即达到望远镜光轴与分光计主轴垂直,分光计调节完成。此方法称为各半调节法或逐次
逼近法。
由于望远镜的镜筒较长、直径不大、视场光阑又靠近目镜,所以望远镜的入射视场角一般是比较小
[4]的。正是由于望远镜入射视场角很小的缘故,给仪器的调节带来了诸多的困难。这是因为无论是小平面镜倾斜,还是望远镜的光轴偏离水平直线,当由平面镜反射回来的亮“+”字一旦超出望远镜的入射视场角的范围,从望远镜中就不可能观察到它。
这里介绍一个行之有效的极限调法。在把望远镜对到无限远的基础上,把平面镜正确放在平台上,如望远镜怎么转也无叉丝像,则可一边转动望远镜(保持望远镜的水平不变),一边调节平台的螺钉,比如向高处调,调到极限位置,如还找不到叉丝像就反方向向低处调,(同样,若平面镜保持水平方向不动,),这时平台(或望远镜)看起来已不水平,这时先恢复平台(或望远镜,)使叉丝的像总处在望远镜的视场中,看平台(或望远镜),,就可以很快完成望远镜的轴和分光计轴垂直的调节,。
,所以我们在实验的时候可以利用水平仪把载物台调平,,这样调节工作也容易得多。具体调节为:将水平仪置于刻度盘上中心轴与刻度尺的中间,调节底座下水平调节螺钉的高度,使刻度盘平面水平。再将水平仪置于载物台中央,调整螺钉的高度,使载物台平面水平,此时载物台平面即与中心转轴垂直。将平面镜置于载物台中央,使其一反射面正对望远镜,调节望远镜高低调节螺钉(不要调节载物台螺钉)使反射像进入望远镜视场。把平面镜转动180°反射像也一定在望远镜的视场范围内。[5]
4 结 语
光学实验中,分光计的调整是个难点,各半调节法(逐次逼近法)是一种比较好的分光计调节方法,只要深入理解操作要领,就可以迅速快捷地调好分光计。使用分光计时,应根据光学规律,分析清楚其道理,并预计将会出现的结果。当未出现预期的结果时,必须及时恢复到原来状态,重新思考后再动手。在实验中就会收到事半功倍的效果,给实验者带来很大的方便。
参考文献:
[1] 谷云高,王志安1分光计的调节[J]1邯郸师专学报,2004(9):50-511
[2] 林洪文1分类计实验与学生实验能力的培养[J]1西南科技大学高教研究,2004(3):44-451
[3] 史智平1分光计调节的理论和应用[J]1唐山师范学院学报,2001(3):47-501
[4] 马恩波1浅谈分光计的粗调[J]1物理通报,2000(11):341
[5] 张涛华,赵慈,孙凤兰1分光计调节方法的探讨[J]1物理通报,2002(7):261
责任编辑:钟 声
Astudyofspectrometerexperiment
CHENHong,ZHANGWei2sen,WANGDe2jun,SONGLi2jun,ZHANGShu2ping12345
(1、2、51PublicandBasicCoursesDepartment,BeihuaUniversity,Jilin132013,China;31SchoolOffice,Chang2chunUniversity,Changchun130022,China;41Dean’sOffice,ChangchunUniversity,Changchun130022,China)Abstract:Thespectrometerstructureprincipleisintroduced,thereasonfortheformationofreflectionimageinthespectrometerexperi2mentiselaborated,whichishelpfultounderstanditsworkprincipleandadjustmentmethod,andrespectivelyhalfadjustmentmethodofthespectrometerintheopticsexperimentisdiscussedandanalyzedtheoretically.Thedeparturecharacteristicsandthereasonofthecrisscrossimageinthespectrometeradjustmentareanalyzed.Afast2adjustingmethodofspectrometerisintroduced,whichiseffectivewhilebeingappliedforteaching.
Keywords:spectrometer;opticalaxis;respectivelyhalfadaptationmethod
第16卷 第4期
2006年8月长 春 大 学 学 报JOURNALOFCHANGCHUNUNIVERSITYVol.16 No.4Aug.2006 文章编号:1009-3907(2006)04-0023-03
分光计实验研究
陈 红,张伟森,王德军,宋立军,张淑萍12345
(1、2、51北华大学公共基础部,吉林吉林 132013;31长春大学学校办公室,长春 130022;
41长春大学教务处,吉林长春)
摘 要:介绍了分光计的结构原理,,。分析,在此基础上,介绍了分光计的快速调节方法,。
关键词:分光计;;各半调节法
中图分类号:O43311 文献标识码:B
分光计是精确测定光线偏转角的仪器,也称测角仪。它是光学实验中常用的的实验仪器。光学中的许多基本量如波长、折射率都可以直接或间接地用光线的偏转角来表示,因而这些量都可以用分光计来测量。分光计的基本光学结构又是许多光学仪器(如棱镜光谱仪、光栅光谱仪、分光光度计、单色仪等)的基础。它在物理实验中既能够培养学生的基本实验技能,又能培养学生应用理论知识解决实际问题的能力,因此它是大学物理实验的必作实验。在观察有关现象和测量角度时,为获得正确的测量结果,必须保证让分光计的光学系统(准直管和望远镜)要适合平行光。即要求望远镜光轴与分光计的主轴垂直,以保证观察面是一个平面。这也是调节步骤中难度最大的。
1 分光计的结构原理
各种型号的分光计,其光学原理基本相同,主要部件包括望远镜、平行光管、载物台(台上安置分光用的三棱镜或光栅)、刻度盘和游标盘、底座五大部分。
1.1 望远镜
望远镜由物镜和目镜组成,物镜和目镜之间有分划板。分划板紧贴一个直角三棱镜,在棱镜的直角面上有一个被光源照亮的小绿十字,其中心位置与分划板刻线的上交点对称。
1.2 平行光管
它的作用是产生平行光。管的一端装有一个消色差的复合正透镜,另一端是装有狭缝的套管。
1.3 载物台
载物台是用来放置待测器件的。它的下方有三个螺钉,形成一个正三角,用来调节分光元件的方位。
1.4 刻度盘和游标盘
刻度圆盘的游标盘套在分光计的中心转轴上且可绕主轴转动。若圆盘转过一个角度,可以从游标读出这个角度的数值。圆盘面有720等分线,每格值为0.5°即30′。0.5°以下则需用游标来读数。
1.5 底座
底座的中心有沿铅直方向的转轴套,称为分光计的主轴。通过使用相应的止动螺钉和微调螺钉,可以使望远镜、刻度盘、游标盘、载物台等绕分光计主轴自由转动,或作微小转动,或固定不动。
收稿日期:2006-04-05
作者简介:陈红(1971-),女,吉林省吉林市人,北华大学公共基础部副教授,硕士,主要从事物理、光学方面的教学与研究。
2 分光计调节的过程
(1)粗调:a调节目镜,看清测量用十字叉丝;b用望远镜观察尽量远处的物体,调节物镜使远处物体的像和目镜中的十字叉丝同时清楚;c将载物台平面和望远镜轴尽量调成水平(目测)。
(2)细调:a将平面反射镜放在载物平台上应用自准值原理调望远镜适用平行光。所谓自准就是一个物体经过透镜和平面镜组合所成的像与物体在同一位置。分光计的调整是利用望远镜中一个小灯泡照亮的十字叉丝作为参照物,它所发出的光线,经过物镜折射后,到达载物台上的平面玻璃片,又经过平面玻璃片反射后折回,再通过物镜成像,这个像我们能够利用目镜去观察,在望远镜中观察到的就是一个清晰的像;b用各半调节法(逐次逼近法)(将观测面调成平面,观测平面与读数平面平行)。
(3)调节准直管使其产生平行光,,用光源照亮准直管狭缝,,,,使从望远镜看到清晰的狭缝像。?:拿两支铅笔,将它们前后排成竖行,用一只眼睛去观察,,这种现象称作视差。如果望远镜的物镜与目
[2]镜焦点不重合()时,望远镜视场中看到的像是模糊的或双影(即有视差)。调整准直管倾斜度,使
狭缝像的中心位于望远镜测量叉丝的交点上。这时准直管和望远镜的光轴平行,并近似重合。[1]
3 分光计调节技巧
在分光计调节中,难点是掌握使望远镜轴线与平台转轴垂直的方法与技巧。认真细致的粗调和“各半调节法”是实现这一调节的前提和基础。
正确的调节方法必须先进行粗调,即一面用手来回旋转分光计的刻度盘或平台,使平台上平面镜法线方向在望远镜的轴线方向左右来回通过,同时用眼睛在望远镜附近上下来回移动,耐心地寻找,找到由平面镜反射回的光斑,这是寻找光斑的关键。找到光斑后,进一步要判断看到的光斑在望远镜的上方还是下方。从而有目的地调节望远镜的仰角或平台的倾斜度。使看到光斑的眼睛与望远镜在同一平面上(注意在调节仰
)。总之,先从望远镜外面找到光斑,然后逐步调节光斑角或倾斜度时必须同时看住光斑,以免光斑“跑掉”
接近望远镜轴线方向,最后让光斑进入望远镜内,再进一步在望远镜内调节。
看不见叉丝反射像主要是叉丝不在物镜
的焦平面上,望远镜没有出现平行光而造成
的。这时应调节叉丝与物镜的距离,即调节
调焦旋钮,使叉丝调到物镜的焦平面上后,通
过物镜产生平行光,由平面镜反射就能看到
叉丝反射像。旋转180°后,看不到反射光斑
的主要原因是望远镜轴线方向没有与分光计
中心旋转轴垂直,或平面镜面与分光计的旋
转轴不重合而引起的。在实验时很难区分是
望远镜还是平台引起的。因此,在调节时应
采用各调一半的方法。在实际操作中,各半
调节法如图1所示,将望远镜垂直对准平面
镜的一个反射面,就可以从望远镜视场中观
察到经平面镜反射回的亮绿“十”字叉丝,如
果亮绿十字叉丝与望远镜调整叉丝不重合,
图1 各半调节法调节望远镜倾斜使二叉丝间垂直距离减少一
半,再调节载物平台底脚螺丝使二叉丝重合。转动载物平面使平面镜转180°,使另—镜面对准望远镜。同理,使二叉丝垂直距离各调一半至重合。反复进行以上调整,直至不论转到哪一反射面,使十字叉丝均能和
[3]调整叉丝重合,即达到望远镜光轴与分光计主轴垂直,分光计调节完成。此方法称为各半调节法或逐次
逼近法。
由于望远镜的镜筒较长、直径不大、视场光阑又靠近目镜,所以望远镜的入射视场角一般是比较小
[4]的。正是由于望远镜入射视场角很小的缘故,给仪器的调节带来了诸多的困难。这是因为无论是小平面镜倾斜,还是望远镜的光轴偏离水平直线,当由平面镜反射回来的亮“+”字一旦超出望远镜的入射视场角的范围,从望远镜中就不可能观察到它。
这里介绍一个行之有效的极限调法。在把望远镜对到无限远的基础上,把平面镜正确放在平台上,如望远镜怎么转也无叉丝像,则可一边转动望远镜(保持望远镜的水平不变),一边调节平台的螺钉,比如向高处调,调到极限位置,如还找不到叉丝像就反方向向低处调,(同样,若平面镜保持水平方向不动,),这时平台(或望远镜)看起来已不水平,这时先恢复平台(或望远镜,)使叉丝的像总处在望远镜的视场中,看平台(或望远镜),,就可以很快完成望远镜的轴和分光计轴垂直的调节,。
,所以我们在实验的时候可以利用水平仪把载物台调平,,这样调节工作也容易得多。具体调节为:将水平仪置于刻度盘上中心轴与刻度尺的中间,调节底座下水平调节螺钉的高度,使刻度盘平面水平。再将水平仪置于载物台中央,调整螺钉的高度,使载物台平面水平,此时载物台平面即与中心转轴垂直。将平面镜置于载物台中央,使其一反射面正对望远镜,调节望远镜高低调节螺钉(不要调节载物台螺钉)使反射像进入望远镜视场。把平面镜转动180°反射像也一定在望远镜的视场范围内。[5]
4 结 语
光学实验中,分光计的调整是个难点,各半调节法(逐次逼近法)是一种比较好的分光计调节方法,只要深入理解操作要领,就可以迅速快捷地调好分光计。使用分光计时,应根据光学规律,分析清楚其道理,并预计将会出现的结果。当未出现预期的结果时,必须及时恢复到原来状态,重新思考后再动手。在实验中就会收到事半功倍的效果,给实验者带来很大的方便。
参考文献:
[1] 谷云高,王志安1分光计的调节[J]1邯郸师专学报,2004(9):50-511
[2] 林洪文1分类计实验与学生实验能力的培养[J]1西南科技大学高教研究,2004(3):44-451
[3] 史智平1分光计调节的理论和应用[J]1唐山师范学院学报,2001(3):47-501
[4] 马恩波1浅谈分光计的粗调[J]1物理通报,2000(11):341
[5] 张涛华,赵慈,孙凤兰1分光计调节方法的探讨[J]1物理通报,2002(7):261
责任编辑:钟 声
Astudyofspectrometerexperiment
CHENHong,ZHANGWei2sen,WANGDe2jun,SONGLi2jun,ZHANGShu2ping12345
(1、2、51PublicandBasicCoursesDepartment,BeihuaUniversity,Jilin132013,China;31SchoolOffice,Chang2chunUniversity,Changchun130022,China;41Dean’sOffice,ChangchunUniversity,Changchun130022,China)Abstract:Thespectrometerstructureprincipleisintroduced,thereasonfortheformationofreflectionimageinthespectrometerexperi2mentiselaborated,whichishelpfultounderstanditsworkprincipleandadjustmentmethod,andrespectivelyhalfadjustmentmethodofthespectrometerintheopticsexperimentisdiscussedandanalyzedtheoretically.Thedeparturecharacteristicsandthereasonofthecrisscrossimageinthespectrometeradjustmentareanalyzed.Afast2adjustingmethodofspectrometerisintroduced,whichiseffectivewhilebeingappliedforteaching.
Keywords:spectrometer;opticalaxis;respectivelyhalfadaptationmethod