东北大学 物理实验分光计的调节与使实际体会详细过程

分光计的实验，整个的原理很简单，但是不要掉以轻心，其中的过程很繁琐，而且很需要细心。不要失去耐心，按照步骤，一步一步来，相信大家都会做好。

（1）实验准备中

首先是实验前的实验报告，由于时间的原因实验的第三个步骤“测量最小偏向角，并计算三棱镜的折射率”不做，所以“实验原理”、“实验步骤”、“实验记录”中有关最小偏向角的原理、步骤、表格均可以不写以及课后思考题可以只做第一题，其他两题做了不加分，错了要扣分。这个得到过老师的确认，所以可以放心地少写一部分，不过那样会显得整个页面写得比较空，所以尽量要把原理写得占满一页纸，另外由于这个书中原理部分比较少，所以一页就足够了，剩下的一页要留给实验步骤，实验步骤的内容可不是一页就可以写完的。因为可以少写一部分东西，所以剩下的东西要认真写，图推荐用尺规作图，给老师留的印象比较好。我当时检查报告的时候原理的图忘画了，不过老师后来看到后面步骤里画的图后也合格了。表格一定要规范，严格按照书中所给的形式画，这是老师强调过的，否则老师不满意的话……。

实验前可以上网找下相关的视频预习一下，网上关于分光计的视频还是有几个的，大都比较具体，推荐两个视频。

https://www.360docs.net/doc/d717899920.html,/v_show/id_XMTk3MjU1NDY4.html

https://www.360docs.net/doc/d717899920.html,/v_show/id_XMTY3NTIxNTI0.html

这两个视频都比较清晰，相比之下第二个视频讲解的要点更多一点，老师的讲解也很质朴。

注：https://www.360docs.net/doc/d717899920.html,/v_show/id_XMTY4MTI3ODYw.html 这个视频不推荐，整个视频并不是实际操作而是用大屏幕放的模拟实验。

大致上，视频看完，再结合视频好好理解一下书中内容，整个实验的流程就可以做到心里有数了。

进入教室，教室的布局是前面有一块黑板，教室其余部分的四个角以正方形摆着四张圆桌，每张圆桌以原心延伸出一个十字，十字的每条线上是一台分光计，圆心有一个汞灯。

实验器具，中心是分光计，左边是望远镜，右边是平行光管，中间是载物台，右上方是汞灯，右下方的盒子里放着三棱镜和平面反射镜，左边是盒子的盖，盒子与汞灯中间的是

望远镜后部小灯的开关，那个开关是图中分光计右面的分光计（未照出）的开关，该分光计的开关未照出，一会在其他的照片中会看到。

开关，拨动右部白色的小柱控制灯泡的亮/灭，可以观察目镜下方绿色的方框，如果是亮的则灯泡打开，如果是暗的则灯泡关闭。

盒子

盒子（打开后），黑色的是平面反射镜，塑料泡沫包着的是三棱镜

平面反射镜（照片提供：马超），拿的时候要用手拿住两边黑色的框，一定不要用手触摸镜子表面，如果镜子表面已有手印，可以事先与老师说明，一定不要擦掉，无论用什么擦都不可以。

三棱镜，上下两面为毛玻璃，侧面其中一面是毛玻璃，其余两面是光学面

光学面，可以观察到轻微的色散

光学面

毛玻璃

同样，实验前以及分光计调节时不要动三棱镜，不要把它从下面的塑料泡沫里拿出来，稍后会讲解三棱镜的正确拿法，检查一下是否有破损，如果有破损，一定要事先与老师说明情况，如果老师说并不影响实验，那么也可以拿这个三棱镜去做。

实验前分光计的所有旋钮尽量不要去碰，因为分光计的一些东西在挨着的上一次实验课已经调好，做实验的时候可以省不少事，如果之前动了的话会增加许多不必要的麻烦。

准备已经就绪，可以开始实验了。

（2）实验开始啦

根据老师的不同实验流程也不一样，由于柳艳老师指导的实验过程我并不清楚，这里只说胡勇老师指导的实验的整个流程。

胡勇老师指导的整个实验流程是分步来的，第一步是调节分光计使得平面反射镜两面反射的十字均可以在望远镜中看到，第二步是细调望远镜，使得光轴与分光计主轴垂直，第三步是细调平行光管并测量三棱柱的顶角。每步中老师先讲解，然后学生做，直到最后一名学生完成，该步结束。第一步大概用了40分钟，第二步实验过程老师给了40分钟左右调节，最后一步一直到下课。

整个过程中“消视差”并不要求，因为眼睛太累了。

第一步，分光计的粗调以及十字像的寻找。

图1（你可以看到上方那个白色的小柱，那就是该分光计开关的一部分，开关一般处于分光计的左侧）

1.大致调整分光计，首先是望远镜目镜的调整，旋动目镜处的旋钮（图1中的“1”）使得看到的分划板中有两条水平的线以及一条竖直的线，轻微旋动目镜处旋钮使得分划板的三条线清晰。

注：图1中的“2”为小灯泡所在处，很容易损坏所以不要碰（扣分点）。

图2

2.调整望远镜大致水平，旋动倾角调节旋钮（图2中的“1”）可以调节望远镜倾斜的角度，视线与望远镜同一高度观察是否水平。转动望远镜时一定要转动三角架（图2中的“2”），不可以转动后面的手柄，也不可以转动镜筒（扣分点）。

3.调节载物台。

载物台表面有三条刻线，下方有三颗调节螺钉，在调节载物台水平之前，要先使刻线对准螺钉（扣分点），然后拧动下方三颗螺钉，使得上下之间的夹缝大致相等（最好不要把所有螺丝都旋到底部使上下面接触，那样可能会找不到十字像）。

图3 即使是粗调，也要仔细调节，尽量使调节符合要求，否则后续步骤会很难做。

4.载物台也调节完毕后，把平面反射镜放在载物台上，此时要按照图中所示位置放置（扣分点）。

图4

这也是为什么刻线要对准螺钉的原因。

拨开开关，放好反射镜后旋动载物台，旋动载物台时不要旋动上表面，会使得刻线与螺钉的位置发生错动（扣分点）。可以捏住最下方的固定螺钉（即图3中的“1”或者上图最下方的那个螺钉）转动载物台，使得平面镜的其中一面对准望远镜，在快对准望远镜的时候，视线往望远镜的目镜里面看，慢慢旋动载物台，观察是否有一个绿色十字（老师说根据望远镜的不同有可能出现黄色十字）映在分划板上（绿色十字不一定要很清晰，可以是一个模糊的像），如果有，那么将载物台旋转至反射镜另一面对准望远镜，重复上述步骤观察是

否有绿色十字映在分划板上，如果都有，那么恭喜你，你的粗调很成功，该步的实验已经完成了。

如果只有一面观察到了绿色十字，视频中有一个方法是拧动望远镜的倾角调节螺钉使得该像位于分划板最上方，转到另一面观察是否有像，如果没有将载物台转回，调节螺钉使得十字像位于分划板的最下方观察是否有像，一般两次中会有一次在原来没有十字的那面观察到十字像，如果两次均没有找到，那么重新粗调一次吧。

注：此时不要调节载物台上的调节螺钉。

如果两面均没有观察到绿色十字，那么旋到其中一面，缓慢转动倾角调节螺钉，观察是否有十字像出现，同时不时的转动下望远镜，因为有的时候或许是因为反射镜没有完全对准望远镜，此时即使转动螺钉也不会发现十字像。如果怎么做都发现不了，重新粗调试试，同时试着把载物台上表面调高一些或者调低一些，如果你感觉你的载物台过低或过高的话。图3中的夹缝是已经找到像时的夹缝，可以参考一下。两边都找到像之后可以示意老师检查，检查合格后就可以等待下一步操作了。当然如果你预习地很充分也可以试着做一做接下来的步骤，那样会省去一些时间。此时第一步完成。

找十字像的过程是个很靠运气的过程，因为光学器件是很灵敏的，稍微一动，可能就差了很远。或许有的人开始就两个都找到了，或许有的人调了半天一个也没找到，这都是很正常的现象，我在找像的时候开始只是找到了一个，当时按照视频所教的方法并没有见效，后来重新粗调一次以后发现两边均有像了，所以说粗调也很重要，要重视它。如果没有找到，不要着急，重新回忆一下步骤，让眼睛放松一下，重新来一次。这步老师的要求不是特别严，

我们在实验过程中也有几个人没有找到像寻求了老师的帮忙，老师也会帮，不过请求老师帮忙之前一定要注意上述扣分点有没有做错的地方，一旦被老师发现了是要扣分的。

实际观察到的绿色十字第二步，细调望远镜，使得光轴与分光计主轴垂直

从该步开始，老师的要求变得严格起来。从这步开始运气的成分变得不是那么重要了，虽然也有一些在里面，但是其影响的只是完成时间的长短而已，更重要的是细致和耐心。

1.首先我们需要看到清晰的绿色十字，由于被调节过的原因，大部分观察到的绿色十字一开始就是非常清晰的，并不需要调节，不过如果有例外，那么

旋开望远镜的锁紧螺钉（图1的“3”），手捏住图1中1与4中间的部分，缓缓地推/拉，使看到的绿色十字变得清晰。完成后暂时不要拧紧锁紧螺钉。

预习的话应该知道，该步采用的是对半调节使望远镜的光轴与分光计主轴垂直，不过在调节之前还有一件事要做，在大部分视频中都没有提到过，那就是调节分划板“横平竖直”。

2.在可以观测到绿色十字的范围内轻微转动载物台，观察绿色十字的运动轨迹是否与分划板平行，如果绿色十字从其中一条横线的上方运动到了该横线的下方，那么说明绿色十字的运动轨迹与分划板的准线并不平行，此时轻微旋动分划板（图1中的“4”，往你感觉能调平行的方向旋动），再转动载物台，观察是否平行，如果不平行继续旋动，直到平行为止，此时尽量不要碰到刚才经过推/拉调节好的筒以及目镜，如果碰到了，观察图像是否清晰，如果不清晰则重新调节。全部调节完成后旋紧锁紧螺钉，分划板调节完成。

在这之中有个问题，我们在调节分划板的时候是以载物台为基准调节的，而载物台只是在最初粗调了一下，那样的话分划板就并不是真正的横平竖直了。实际上确实是这样，我们只是保证在绿色十字转动的过程中运动轨迹能与分划板的准线保持水平，而并不是调节分划板真正的横平竖直，实际上在我调节完成后自己测了一下，载物台与分光计中心轴并不垂直，所以分划板显然不是真正的横平竖直。不过，即使分划板横线与载物台并不是严格地与分光计的中心轴垂直，这并不会太大地影响实验结果，所以整个实验过程中并未调节过载物台与分光计中心垂直。

调整分划板“横平竖直”结束以后就要开始整个实验中最繁琐，最考验人的步骤了，即调节望远镜的光轴与分光计主轴垂直，最终的目标是使得无论反射镜的哪个面对准望远镜，观察到的绿色十字都要对准分划板的调整用准线（上方的那条）。

让我们继续看图4（下方）

这里记作刻线1所对准的螺钉为螺钉1，刻线2所对准的螺钉为螺钉2，刻线3所对准的螺钉为螺钉3.

我们在进行对半调节的时候，由于不需要调节载物台与分光计主轴垂直，所以整个过程中用不到螺钉3.

3. 旋转载物台使得分划板上出现绿色十字，旋紧载物台的固定螺钉（上图中最下面的那个，顺时针），此时若反射镜为图中所示位置，则调节螺钉2，反之，则调节螺钉1，总之是调节与望远镜距离较近的那个，注意若旋转过去的话螺钉1是在相反地一边（如此图螺钉1旋转过去是在左边），要注意，否则有可能会不小心旋到螺钉3。调节1/2，再调

节望远镜倾角调节螺钉，调节1/2使得十字像与调整用准线重合，松开固定螺钉，旋转到反射镜另一面，重复上述步骤（注意螺钉位置相反），一直到无论转到哪边，绿色十字的横线均与调整用准线重合，则该步完成。

调节1/2的时候也是大致调节，通过多次调节使得精确度逐渐上升，注意此时绿色十字距离调整用准线越来越近，此时的调节会变得越发的困难，调节的程度需要越来越微小，此时不妨试试双手同时转动，更好控制调节的程度避免调节过头，另外，调节载物台的调节螺钉的时候要注意，眼睛要看着望远镜的里面，直到手松开螺钉之前眼睛不要离开，那么因为有的时候手松开以后螺钉偶尔会往回旋转一个微小的角度，如果此时需要调节的程度已经非常小，这个角度造成的影响会变得相当大，如果贸然就移开视线进而调节望远镜的螺钉的话，会造成怎么也调不好的情况。整个步骤老师给了整整40分钟来调节，所以不要着急，一点一点地哪怕是一丝一丝地调，也一定要每次都确实地调整成功，偶尔让眼睛休息一下，否则眼睛看得时间过长也会造成精度的降低。该步骤在实验前老师讲得非常细，实验中并不会进行详细的指导，所以要听仔细，否则实验的时候会很吃亏。调节完成后，再仔细地检查2~3次，然后示意老师检查（如果调节得不好的话会扣分，所以之前一定要仔细地检查），合格后可以等待下一步骤的进行，预习充分，很有把握的话可以继续进行后续步骤（平行光管的调节），不过该步骤中老师会要求不要动平行光管，所以如果真的想先做的话尽量不要让老师看到。此时第二步完成。

（3）调节平行光管光轴与分光计主轴垂直以及三棱镜顶角的测量。

完成了第二步以后整个实验就进行了大半了，最后一步相对来说就比较简单，可以说是三步中最简单的一步。