物理實驗教學(xué)中分光計調(diào)平方法和使用方法

1、物理實驗教學(xué)中分光計調(diào)平方法和使用方法分光計是一種常用的分光和精密測角的儀器，在利用光的反射、折射、衍射、干涉和偏振等原理進行的各項實驗中用做各種角度測量。例如：利用光的反射原理測量棱鏡的頂角，光的折射原理測量棱鏡的最小偏向角，從而計算棱鏡玻璃的折射率和色散率；和光柵配合，做光的衍射實驗，測量光波波長；和偏振片、波片配合，做光的偏振實驗等。它是大學(xué)物理實驗中光學(xué)部分一個重要、基本的測量儀器。使學(xué)生掌握基本的分光計調(diào)平方法和它的使用方法是分光計實驗教學(xué)中的重點和難點。在分光計實驗教學(xué)中，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)即使是在學(xué)生充分預(yù)習的基礎(chǔ)上，學(xué)生在實際操作中對分光計進行調(diào)平也具有很大的難度，耗時很長；并且，在

2、用分光計測三棱鏡折射率實驗中，在測量最小偏向角時，學(xué)生很難找到折射光線。針對這些問題，我們進行了分析和研究，在多次實驗和教學(xué)過程中總結(jié)出了一套行之有效的解決方法。在此，我們以浙江光學(xué) 儀 器 廠 生 產(chǎn) 的型 分 光 計 為 例 進 行介紹。分光計的調(diào)平過程眾所周知，分光計的調(diào)平主要是調(diào)節(jié)分光計的三個平面的水平。通常情況下，我們將調(diào)節(jié)步驟分為以下幾個步驟：調(diào)節(jié)載物臺平面和望遠鏡光軸水平粗調(diào)：首先對載物臺進行粗調(diào)，主要是對支撐載物臺平面的三根螺絲進行調(diào)節(jié)。為了能更方便地對三根螺絲的整體高度進行觀察和對比，我們所采用的方法是：一邊用手轉(zhuǎn)動載物臺，一邊觀察三根螺絲支撐平面的長度是否等長，根據(jù)實際情況

3、進行調(diào)節(jié)。這樣我們可以很快將三根螺絲支撐平面的長度調(diào)到大致等長。然后將望遠鏡轉(zhuǎn)到適合觀察的角度，觀察望遠鏡和載物臺平面是否平行，并根據(jù)實際情況對望遠鏡俯仰程度進行調(diào)節(jié)，使望遠鏡和載物臺平面大致平行。旋轉(zhuǎn)望遠鏡目鏡手輪，使視場清晰，以看清視場內(nèi)的兩橫一豎測量黑線為準。在對望遠鏡目鏡調(diào)焦時，并不是將望遠鏡對準遠處的物體來調(diào)焦，因為在望遠鏡里觀察遠處物體時有時看不清楚，而且在實驗室里很難找到相對較遠的物體。我們的做法是將進行細調(diào)時用的平面鏡直接貼在望遠鏡的另一端上，平面鏡此時是嚴格與望遠鏡光軸垂直的。根據(jù)垂直入射光線反射時的光路可知，此時反射回的十字叉絲像的水平線一定與調(diào)節(jié)用叉絲重合。再對望遠鏡目鏡

4、進行伸縮調(diào)節(jié)，當目鏡處在某個位置上時，我們會觀察到反射回來的清晰的綠色十字叉絲像。這樣的做法一可以對目鏡進行大致調(diào)焦；二可以讓學(xué)生很容易地觀察到反射回的十字叉絲像，提前對它有所認識，并很容易理解此時的光路是怎樣的；三能夠理解接下來的細調(diào)是根據(jù)什么原理進行的。細調(diào)：我們?nèi)匀皇褂弥鸫伪平髡{(diào)一半的方法對載物臺和望遠鏡進行細調(diào)。依據(jù)粗、細調(diào)相結(jié)合、細調(diào)中不時進行粗調(diào)的方法，要求學(xué)生必須在平面鏡的兩個反射面上均能看到叉絲，并再次對望遠鏡目鏡進行嚴格調(diào)焦至叉絲像與測量叉絲間無視差后，再進行細調(diào)。在進行細調(diào)時，嚴格按照逐次逼近各調(diào)一半的方法進行，不可一味盲目的調(diào)節(jié)一個螺絲。當某個反射面上的叉絲在視場中看不

5、見時，立即停止細調(diào)，重新粗調(diào)載物臺水平和望遠鏡的俯仰程度。這樣粗、細調(diào)結(jié)合起來后，可使學(xué)生極少犯極端的調(diào)節(jié)某個螺絲或某個面而不顧及 整 體 水 平 程 度 的錯誤。望遠鏡光軸與準直管光軸水平在這個步驟中，由于望遠鏡光軸已經(jīng)和載物臺平面相互平行，不能再調(diào)節(jié)望遠鏡的俯仰來破壞這種相互水平，所以要求學(xué)生只可對望遠鏡進行左右位置調(diào)節(jié)，而不做其他調(diào)節(jié)。因此只能對準直管進行調(diào)節(jié)。在對準直管的結(jié)構(gòu)進行講解時，由于準直管和望遠鏡的結(jié)構(gòu)有很多相似之處，可將望遠鏡和準直管并在一起，將兩者進行對比，分析它們的異同，使學(xué)生更容易理解這兩種部件，也使接下來的準直管調(diào)節(jié)變得更容易。在整個調(diào)節(jié)過程中，會多次要求學(xué)生調(diào)節(jié)反射

6、回的十字叉絲像與測量叉絲間無視差，但很多學(xué)生在學(xué)完分光計之后都對這個概念沒有實際印象。在準直管的調(diào)節(jié)部分，我們特地在這里插入這個學(xué)習環(huán)節(jié)，使學(xué)生在調(diào)焦完成和故意破壞一點的兩種情況下，前后水平移動眼睛，來觀察像和測量叉絲之間的距離是否有變化，進行對比觀察，從而理解無視差的概念。由于分光計的調(diào)節(jié)方法步驟繁多，在講解完后，學(xué)生還是無法記住并按順序完成每個調(diào)節(jié)步驟，所以可采用講解一段就讓學(xué)生操作一段的方法進行。教學(xué)中還可使用分光計示教儀進行示范，它能將教師分光計的望遠鏡視場中的圖像在屏幕上清晰地顯示給學(xué)生觀看，使學(xué)生對整個過程都能事先有個清晰的認識，而不再盲目地進行調(diào)節(jié)。測三棱鏡玻璃折射率時快速觀察到

7、折射光線的方法在利用分光計測量三棱鏡玻璃折射率時，我們需要找到鈉光經(jīng)過三棱鏡兩次折射后的光線，學(xué)生在載物臺上放置三棱鏡時，如果不事先分析折射時的光路，就很可能在放置時讓入射角偏?。ㄈ鐖D），使得第一次折射后的光線進入了三棱鏡的毛面而無法觀察到出射光線。所以在放置三棱鏡時，一定要強調(diào)入射光線的入射角盡可能大一些，這樣才能保證能從望遠鏡中觀察到兩次折射后的折射光線。由圖可看出，在相同入射角的情況下，入射部位靠近頂角時較靠近底部時更易觀察到折射光線。在觀察到折射光線后，我們再緩慢移動載物臺、望遠鏡跟蹤觀察，從而確定最小偏向角的位置。讀數(shù)問題在分光計的讀數(shù)過程中，學(xué)生經(jīng)常有兩個地方容易犯錯。一是在度刻度

8、線上容易將它們讀成整刻度線，對此我們只有在實驗中反復(fù)強調(diào)這一易錯的地方，并檢查學(xué)生的實驗數(shù)據(jù)以判斷他們是否犯了這種錯誤。二是在望遠鏡過零刻度線時的讀數(shù)問題，對此，我們要求學(xué)生在前后兩次的讀數(shù)中要做到數(shù)據(jù)是增還是減心中有數(shù)，當?shù)谝淮巫x數(shù)偏大（假設(shè)為°）而且第二次讀數(shù)增加時，我們認為讀數(shù)是一直增加的，當?shù)诙巫x數(shù)時顯示為°時，我們將讀數(shù)仍然記為°（°°），認為讀數(shù)是從°、°一直增加到°的（如圖）。反之，當?shù)谝淮巫x數(shù)偏小，而讀數(shù)又一直減小時，我們將第一次的較小的數(shù)據(jù)加°，然后再與第二次的較大的數(shù)據(jù)進行計算。通過這樣講解和在分光計上進行讀數(shù)演示后，學(xué)生對分光計的測角原理和讀數(shù)規(guī)則都能很好的掌握了。結(jié)束語在分光計的調(diào)平過程、三棱鏡玻璃折射率的測量和分光計的讀數(shù)過程中，我們采用了從實際教學(xué)經(jīng)驗中總結(jié)的方法和心得，使教學(xué)效果得到了很大的提高。參考文獻章韋芳，李大創(chuàng)，訾振發(fā)大學(xué)物理實驗北京：人民郵電出版社，：楊述武，趙立竹，沈國土普通物理實驗（光學(xué)部分