蓝华山

【摘要】分光仪的调整对初学者而言有一定难度，正因为如此，更应该系统的学习并掌握其调节方法，为后续实验打好基础。本文分析了具体操作中需要注意的一些事项，在粗调中如何做到聚焦于无穷远，如何判断望远镜以及载物台水平，如何从目镜中找十字像；对在微调中用到的分步到位法以及半调法进行了分析比较；最后对只能看到一个镜面反射的十字像这一问题进行了说明，并给出了操作建议。为大学物理实验教师提供一定的参考。

【关键词】分光仪 十字像 分步到位法 半调法

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）24-0246-02

分光仪是一种用来准确测量平行光束之间角度的仪器，分光仪的基本结构和调节原理与其它更复杂的光学仪器有许多相似之处，学习和使用分光仪可为今后使用精密光学仪器打下良好的基础。分光仪装置比较精密，结构比较复杂，调节要求也比较高，对于初学者有一定难度[1]。从操作考试来看，这个实验的及格率也是偏低。表1是我校物理实验公共课该实验的某次操作考试成绩情况，参考学生302人，60分以下的有86人，约占参考人数的28.5%，其中40分及以下的有45人，约占参考人数的14.9%，意味着有近15%的学生操作有很大的问题。其他学校的老师也指出了对于学生来说调节难度较大这一情况。我校在“分光仪的调整与使用”这一实验中设置了两个内容：（1）练习分光仪的调节；（2）测量三棱镜的顶角。测量三棱镜的顶角比较简单，重点是练习分光仪的调节。本文分析如何系统地进行调整。

一、粗调

粗调成功的标准是用望眼镜分别垂直对准两个光学面均能看到十字像。而要从任意一光学面均能看到十字像需要做到：（1）望眼镜调焦于无穷远；（2）望眼镜、载物台基本水平；（3）观察十字像时望眼镜与光学面基本垂直。

1.望眼镜调焦于无穷远

某些教材在粗调过程中没有这一步骤，然而如果目镜筒初始位置偏离太多，则可能造成十字像模糊不清甚至观测不到，对初次使用者来说可能会以为没有十字像，所以笔者认为在观测十字像之前对“聚焦于无穷远”进行初步调节很有必要。然而望远镜、载物台水平调节不到位也是看不到十字像的，所以粗调“望眼镜调焦于无穷远”不能以十字像为观测目标。如果有普通玻璃，可贴着望远镜物镜端，然后调节目镜筒使普通玻璃反射的十字像清晰；如果没有也可以对远处的目标进行调整，比如窗外的楼房、树木等等，如图1所示，把远处目标的像调清晰了，“望眼镜调焦于无穷远”的初步调节就算完成。

2.望远镜与载物台基本水平

粗调过程中，望远镜与载物台水平程度以两面都能看到十字像为目标，但调节过程不应以单面看到十字像为依据，单面看到十字像并不能保证望远镜与载物台水平。如图2所示，望远镜与光学面垂直能看到当面的十字像，但两者都是倾斜的。也就是说粗调两者水平时眼睛不应一直盯着目镜看有没有十字像，而应该直接目测两者是否水平。

（1）载物台基本水平

教材上介绍的方法是调节载物台下方的水平调节螺钉，使它们露出平台的螺纹数大致相同，即螺丝顶起的缝隙各处基本等厚。有的学生提出可否将水平调节螺钉调到最低，即载物台下方平台与载物台直接接触。由于载物台下方平台基本水平，如果载物台与下方平台直接接触，那么载物台也基本水平。作为简化粗调的效果是有的，但是会给后面的微调带来不便。在没有缝隙的情况下，微调载物台水平只能通过升高水平调节螺钉实现；而在有缝隙的情况下则可以升高或降低某一颗水平调节螺钉，微调操作更方便。笔者认为水平调节螺钉顶起的缝隙还是该有，但是缝隙不宜太大，缝隙太大不便于估计各处等厚，可以将各处缝隙的厚度调至2毫米左右，如此既方便微调升降水平调节螺钉，也不会给粗调载物台水平造成很大困难。

（2）望远镜基本水平

教材中给出指导方法：调节望远镜俯仰螺钉，使望远镜光轴基本水平。实际操作则需要自己寻找合适的参照物。由于观测面要与读值平面平行，所以可以观察望远镜与游标盘是否平行；如果游标盘与桌面平行，可以观察望远镜与桌面是否平行；如果望远镜支臂与游标盘平行，可以观察望远镜与其支臂是否平行。望远镜与游标盘是错开的，比较两者是否平行比较困难。望远镜与支臂较近而与桌面较远，以JJY1型分光仪为例，游标盘与支臂基本上都是水平的，所以笔者建议优先以支臂作为参照物。

3.望远镜与光学面基本垂直

完成以上两个步骤之后则需要检验望远镜分别正对两边光学面是否能看到十字像。望远镜与光学面是否正对仅凭目测也是不好判断的，笔者建议找十字像时缓慢旋转载物台，在转动过程中，总有一个位置是望远镜刚好正对光学面的。实际上，只要已聚焦无穷远、载物台与望远镜基本水平，望远镜与光学面接近正对就可以看到十字像。

二、微调

粗调的目标是使载物台与望远镜基本水平，从目镜上能看到两个面的十字像。微调的目标则是将两个面的十字像均调至与分划板上方十字准线重合，实际上就是望远镜严格水平，两个光学面严格竖直。通用的方法有两个：（1）分步到位法；（2）半调法。

1.分步到位法

在望远镜正对双平面镜某一镜面时，假设载物台倾斜导致十字像竖直位移偏离了a，望远镜倾斜导致十字像竖直位移偏离了b，则十字像竖直位移偏离了a+b；在望远镜正对双平面镜另一镜面时，载物台倾斜将导致十字像竖直位移偏离-a，望远镜倾斜导致十字像偏离b，十字像竖直位移偏离-a+b。假如载物台严格水平，a=0，兩镜面反射的十字像等高。所以可以分两步调节：第一步调节载物台水平，具体操作是仔细观察每一面反射的像在分划板上的位置，调节当面水平调节螺钉，使当面反射的像向另一面反射的像靠近一半的垂直距离。理论上只需要这样调节一次便可使两面反射的像在同一高度。第二步调节望远镜水平，具体操作是调节望远镜俯仰螺钉，使当面十字像与分划板上方十字准线重合，由于第一步已使两面十字像在同一高度，而第二步并没有改变载物台水平程度，理论上另一面十字像也与分划板上方十字准线重合。实际操作只能看到当面的十字像，另一面的像只存在于记忆中，一半的垂直距离也只能目测估计，无法进行准确的测量，所以需反复调节。

2.半调法

具体操作方法为：一、用望远镜找到双平面镜一面反射的像，先调当面调平螺钉，使像向分划板上方十字准线靠近一半的垂直距离，再调望远镜俯仰螺钉，使像与上方十字准线重合。此步骤完成后望远镜与镜面是垂直的，但是可能是如圖2所示的情形。二、用望远镜找到另一面反射的像执行以上同样的操作。如图3所示需降低当面调平螺钉（减小镜面与竖直方向的夹角），升高望远镜俯仰螺钉（减小望远镜与水平方向的夹角）。反复进行这两个步骤，直至每一面的十字像均与上方十字准线重合。

3.两种方法的比较

理论上分步到位法先调载物台水平，再调望远镜水平，两步可完成；半调法第一步操作将减小望远镜与水平方向及镜面与竖直方向的夹角，完成后当面十字像与上方十字准线重合，第二步操作中“调载物台水平调节螺钉使像向上方十字准线靠近一半的垂直距离”其实也就是向另一面的十字像靠近一半的垂直距离。因此半调法第二步操作效果和分步到位法一样，所以也是两步可完成。

实践上则会受诸多因素影响，对分步到位法而言，影响较大的是两面的像不能同时存在，调节过程缺乏参照物。但第二步完成后十字像与上方十字准线重合，第二次操作时“另一面像”的位置其实也就是上方十字准线的位置。半调法第一次第一步就已经将十字像调到了上方十字准线位置，不存在缺乏参照物的情况，但一半的距离仍需估计。因此两种方法都需要反复调节且所需要的次数差不多。

综上所述，两种方法没有优劣之分，在教学过程中可任选一种方法。

三、只能看到一个镜面反射的十字像怎么办

关于这个问题，已有作者进行过分析[2]，笔者认为还有需要补充的。如果只能看到一个镜面反射的十字像，说明望远镜与此镜面基本垂直，但是望远镜和载物台并不水平。应该仔细观察望远镜和载物台，如果肉眼能分辨哪里偏高或偏低则直接再次调整；如果肉眼已无法分辨则说明另一个像偏离视野不多，但是无法确定偏上还是偏下。可尝试调节望远镜俯仰螺钉使十字像靠近上边缘或下边缘再观察是否可以看到另一面的十字像，如图4所示，实十字表示当面看到的十字像，虚十字表示另一镜面反射的十字像。在左图中另一镜面反射的十字像不在视野，调节俯仰螺钉将十字像调至下边缘则对准另一面镜面时十字像下降进入视野。如果还是看不到说明望远镜或载物台离水平相差较大，建议仔细观察直接调整而不是借助十字像作微调，如果仍然看不出载物台与望远镜不水平，也可先把载物台三颗水平调节螺钉调至最低使载物台与下方平台直接接触，微调时通过升高载物台的水平调节螺钉使载物台进一步水平[3]。

四、 结语

本文分析了在粗调中具体操作需要注意的一些事项，对微调常用的两种方法进行了比较，分步到位法与半调法本质是一样的。对只能看到一个镜面反射的十字像这一问题进行了说明，并给出了操作建议。

参考文献：

[1] 张怀作.大学物理实验[M]. 北京： 科学出版社， 2011： 136.

[2] 吴兴达，徐秋燕，吕群松. 分光仪十字像调节过程的光路分析[J]. 实验室科学，2017，20（2）：54-56.

[3]陈丽娜 .分光计调节的一种简单方法[J] .实验科学与技术，2011，9（1）：20-21.