第２ｓ卷第８期 宿州学院学报 Ｖｏ１．２５，Ｎｏ．８ ２ ０ １ ０年８月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｕｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ａｕｇ．２０１０ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－２００６．２０１０．０８．０３８ 分光计实验中望远镜调整难点剖析 韩修林 ， 阎瑾瑜２， 汤铁群 ， 丁智勇 （１．阜阳师范学院物理与电子科学学院，安徽阜阳２３６０４１； ２．许昌广播电视中等专业学校；河南许昌４６１００） 摘要：分光计实验中，需要调节望远镜能接收平行光及望远镜光轴与分光计的中心转轴垂直，这一步调节最关键也 最难调。通过引导学生对调节难点进行理论分析，不仅提高了调节速度，而且培养了学生理论联系实际、分析问题 和解决问题这一实践创新能力，为后续开展的设计性实验、研究性实验奠定竖实基础。 关键词：分光计；调整；望远镜 中图分类号：０４—３３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—２００６（２０１０）０８一Ｏ１１７—０３ 分光计是一种能精确测量角度的光学仪器。用 “十”字形透光的叉丝。如果“丰”字形分划板正好 它可以测定光线偏转角度，如反射角、折射角、衍射 处在物镜的焦平面上，从“十”字形透光的叉丝发出 角等，另有不少光学量（如光波波长、折射率、光栅 的光经物镜折射后成一平行光束。如果物镜前方有 常数等）可通过测量相关角度来确定。但使用分光 一平面反光镜将这一平行光反射回来，再经物镜成 计时必须经过一系列的精细调整才能得到准确的测 像在其焦平面上，那么从目镜中可以同时看到“丰” 量结果。在分光计的调整实验中，需要调整望远镜 字形叉丝和“十”字形叉丝的反射像，并且不应有视 光轴与分光计的中心轴垂直，这一步是最关键也最 差，这就是自准直望远镜适合于平行光的原理。 困难。虽然不少文献 对此都作了详细介绍，但 是学生在实验操作过程中，依然困难重重，丝毫不显 轻松。难点一：载物台放上双面镜目测粗调时，无论 双面镜哪个反射面对准望远镜，就是找不到绿“十” 字像；有时找到的不是绿“十”字像，而是一个光斑， 很多学生由于观察不够仔细，却认为找不到绿“十” 字像。难点二：目测粗调后，双面镜对准望远镜通过 目镜观察到一反射面有绿“十”字像，一反射面没有 铺 板 ｝ 绿“十”字像。如果要让学生解决这些问题，就必须 得引导学生分析这些问题产生的原因。 图１ 自准直望远镜结构 Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ａｕｔｏｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ １ 望远镜的调节原理 ２ 望远镜的调节原理分析 分光计的望远镜一般采用自准直望远镜，如图 １所示，它由物镜、叉丝、分划板和阿贝目镜组成，分 为了分析方便，自准直望远镜的光路可简化如 别装在三个套筒上，彼此可以相对滑动以便调节。 图２所示，分划板处在物镜的焦面上，望远镜光轴垂 中间的一个套筒里装有一块分划板，其上刻有“丰” 直于双面镜镜面。绿“十”字叉丝发出的平行光轴 字形叉丝，分划板下方与全反射小棱镜的一个直角 光线经物镜折射后，通过物镜像方焦点Ｆ入射到双 面紧贴着，在这个直角面上刻着一个透光“十”字叉 面镜反射面上，由绿“十”字发出过物镜光心（０） 丝小窗。棱镜的另一个直角面处开有小孔并装有一 的光线Ⅱ经物镜折射后，方向不变，直接人射到平面 小灯，小灯的光进入小孑Ｌ后经棱镜斜面反射照亮 镜反射面上。由于折射光线Ｉ”与Ⅱ＿．平行，它们经 平面镜反射后，反射光线Ｉ”与Ⅱ１＿也平行。过物镜 收稿日期：２０１０—０５—１０ 光心（０）作一条反射光线的平行线，则这条直线就 作者简介：韩修林（１９７８一），安徽泗县人，实验师，研究方 是反射光线的副轴，副轴与分划板（即焦平面）的交 向：物理实验。 点为反射光线的副焦点。反射光线Ｉ”与Ⅱ”经物镜 １１７ 折射后，会聚于副焦点，因而副焦点位置就是分划板 上绿“十”字像位置 ｊ。由几何知识知 １＝Ｌ３（两 角对应边平行），／２＝ ４（两角为平行同位角），而 ／＿３： ４（反射定律），故 １＝Ｌ２，故绿“十”字叉 丝与绿“十”字叉丝像关于光轴对称，而绿“十”字透 光叉丝与分划板上调整十字叉丝关于光轴对称，故 绿“十”字像与分划板上调整十字叉丝重合。由图２ 还可以看出无论平面镜处于物镜一倍焦距内还是一 倍焦距外，副轴、副焦点位置都不变，因而绿“十”字 就处在目镜焦面上。然后让平面反射镜镜面紧贴望 远镜物镜前端，这时双面镜镜面将大致垂直于望远镜 光轴（因为仪器制造时镜筒底面是与镜筒轴线垂直 的）。若分划板与物镜的焦平面不重合，通过目镜什 么也看不到，或只能看到一个光斑，就松开目镜套筒 紧锁螺钉，前后移动目镜套简，直到通过目镜可以观 察到清晰绿“十”字像为止。这样分划板就处于物镜 焦面上。把双面镜放到载物台上，若无论平面镜哪个 反射面对准望远镜，仍找不到绿“十”字像，就让一个 反射面对准望远镜（目镜视场很暗就说明平面镜反射 像与调整十字叉丝都重合。因此，只要光轴垂直双 面镜镜面，绿“十”字像与调整十字又丝就重合。又 因为双面镜两反射侧面平行，若转动载物台，无论双 面镜哪个反射面对准望远镜，绿“十”字像与调整十 字叉丝都重合，说明光轴都垂直镜面，由几何知识 知，此时双面镜镜面一定平行中心转轴，光轴一定垂 直中心转轴。因此，无论平面镜哪个反射面对准望 远镜，分划板上的绿”十”字像都与调整十字叉丝都 重合，望远镜光轴就一定与分光计的中心轴垂直，这 就是望远镜的调节原理的理论依据。 图２望远镜的调节原理光路图 Ｆｉｇ．２ ｏｐｔｉｃａｌ ｍａｐ ｏｆ ｔｅｌｅｓｃｏｐｅｇ ａｊｕｓｔｍｅｎｔ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ３望远镜的调节难点理论分析 难点一分析，由图２分析知，若分划板不处在物 镜的焦面上，绿“十”字像就不能成在分划板上，通 过目镜就观察不到绿“十”字像或只观察到一个光 斑；若分划板不处在目镜的焦面上，分划板上“丰” 字形又丝和绿“十”字像就有很大视差，通过目镜就 观察到的就不是”十”像，而是一个光斑。若分划 板既不处在目镜也不处在物镜的焦面上，通过目镜 那肯定什么也观察不到；若分划板既处在目镜也处 在物镜的焦面上，但是光轴与中心轴倾斜过大，使反 射光线进入不了望远镜物镜而无法成像，也会观察 不到绿“十”字像。这些就是难点一存在的原因。 难点一的解决：打开小灯电源，调节目镜调焦手 轮，让分划板上“丰”字形又丝十分清晰，这样分划板 １１８ 面已对准了望远镜），调节望远镜高低螺丝让前端升 高，寻找“十”像，若不见“十”像，就调节望远镜高低 螺丝让前端降低，一定能找到“十”像。 难点二分析，由图２分析知，若望远镜的光轴与 中心转轴不垂直，双面镜至少有一个反射面与光轴 不垂直。假设双面镜反射面相对光轴后仰，相当于 让图２中的双面镜绕垂直纸面水平轴顺时针转过一 个角度，反射光线向上偏转，故副轴向上偏转，副焦 点上移，绿“十”字像上移到上“十”字又丝上方，若 平面镜反射面相对光轴后仰角度很大，反射光线进 入不了望远镜物镜孔而无法成像；假设平面镜反射 面相对光轴前倾后仰，相当于让图２中的平面镜绕 垂直纸面水平轴逆时针转过一个角度，反射光线向 下偏转，故副轴向下偏转，副焦点下移，绿“十”字像 上移到上“十”字叉丝上方，若平面镜反射面相对光 轴前倾后仰角度很大，反射光线进入不了望远镜物 镜孔而无法成像。这就是难点二存在的原因。 难点二的解决：将有“十”像的一面（以下称正 面）对准望远镜，通过调节望远镜水平调节螺钉或 载物台调平螺丝，使“十”像与分划板上调整十字叉 丝重合。紧接调节望远镜水平调节螺钉让“十”像 向下移动一段距离，调节载物台调平螺丝让“十”像 向上移动一段相同距离，重新与分划板上调整十字 叉丝重合，如果将载物平台旋转１８０。仍看不见 “十”像，就重复一次以上操作。若重复三四次仍看 不见“十”像，就反过来调节望远镜水平调节螺钉让 “十”像向上移动一段距离，调节载物台调平螺丝让 “十”像向下移动一段相同距离，重新与分划板上十 字叉丝重合，如果将载物平台旋转１８０。仍看不见 “十”像，就重复一次以上操作。这样反复几次将一 定能看到“十”像（除非粗调偏差太大），然后用逐 次各半调节法，将望远镜的光轴与仪器中心轴调节 垂直。这样做因为：将正面对准望远镜，通过调节 望远镜水平调节螺钉或载物台调平螺丝，使“十”像 与分划板上调整十字又丝重合。此时的光路仅有两 种情况 ｊ（图３ａ、ｂ所示）。 螺丝让“十”像向下移动一段距离，调节载物台调平 螺丝让“十”像向上移动一段相同距离，对于图３ａ， 平面镜反射面与中心转轴、望远镜光轴与水平面夹 水平线 角都将减小，这样反复几次，光轴就与中心转轴垂直 载物台 了，达到了调节要求；对于图３ｂ，平面镜反射面与中 心转轴、望远镜光轴与水平面夹角都将增大，这样 光轴就与中心转轴之间倾斜程度会越来越大，必须 反来调节望远镜高低螺丝让“十”像向上移动一段 ： 距离，调节载物台调平螺丝让“十”像向下移动一段 相同距离，这样光轴就与中心转轴之间倾斜程度会 越来越小，很快相互垂直达到调节要求。俐 ～ ４ 结束语 （ｂ） 分光计望远镜调节原理的分析加深了学生对分 ＋ 光计调节原理的理解，让学生对分光计精妙的设计 赞叹不已，使学生创造性思维得到了很好锻炼。引 线 导学生运用调节原理的理论知识分析并解决调节过 程中所遇到的问题，不但加快调节分光计的速度，让 大多数学生在不用教师的帮助下，就能完成分 光计的调节，避免了将大量时间花在调节分光计上， 而匆忙完成实验内容，提高了实验课质量，培养了学 ⑦ 生理论联系实际，分析问题、解决问题能力及实践创 新的精神。也为后续开展的设计性实验、研究性实 ＋ 水 线 验奠定坚实基础。 载物台 参考文献： ［Ｉ］吴泳华，霍剑青．大学物理实验：第一册［Ｍ］．２版．北京： （ｄ） 高等教育出版社，２００５：２１４—２１９． 图３ 望远镜的光轴与中心转轴垂直调整原理 ［２］陈怀琳，邵义全．普通物理实验指导［Ｍ］．北京：北京大 Ｆｉｇ．３ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｌｅｌｓｃｏｅｏｐ ｔｉｃａｌ ｓｘｉｓ ａｎｄ ｔｈｅ 学出版社，２０００：５６—６８． ［３］杨述武．普通物理实验［Ｍ］．北京：高等教育出版社， ｃｅｎｔｅｒｖｅｒ ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｘｉｓ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ２０００：２１～２９． 当载物台旋转１８０。时，“十”像均在望远镜目 ［４］姚启钧．光学教程［Ｍ］．２版．北京：高等教育出版社， 镜的视场外（图３ｃ、ｄ所示）。由图可以看出，在图 １９９９：１９０—１９２． ３ａ、ｂ两种情况下，双面镜反射面与中心转轴、望远 ［５］张锐波．分光计调整难点原理图析［Ｊ］．山西师范大学学 镜光轴与水平面夹角都为６。若调节望远镜高低 报：自然科学版，２００５，１９（１）：６１—６３． （上接第５９页）中由于各参数的控制及相关联系较 ［２］史佩栋．实用桩基工程手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出 为复杂，实际操作中必须将各种因素综合考虑。清 版社，１９９９：３１０． 孔时务必做到孔内沉碴控制在设计及规范要求，满 ［３］王海婴．大学基础物理学［Ｍ］．北京：高等教育出版社。 足成桩后桩基检测合格率达１００％，避免成桩后孑Ｌ ２Ｏ０４：Ｉ３８—１７３． 底注浆处理方案。 ［４］廖培涛，韦兴标．二次灌浆在电解槽沉降基础加固复位 中的应用［Ｊ］。探矿工程，２００９（７）：５３—５６． 参考文献： ［５］韦兴标．桩底地基灌浆加固施工实践［Ｊ］．探矿工程， ［１］中国建筑科学研究院．ＪＧＪ９４—２００８，建筑桩基技术规 ２０ｏ４（９）：３０—３２． 范［Ｓ］．中国建筑工业出版社，２００８． １１９
