分光计的调整及光栅常数测定
分光计调整及光栅常数测量(精编文档).doc
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南昌大学物理实验报告
课程名称：大学物理实验.
实验名称：分光计调整及光栅常数测量.
学院：信息工程学院专业班级：通信152
学生姓名：宋县锋.
学号：6102215068 序号：23 .
实验地点：
311 .
实验时间：第12周星期3下午 3.45开始.
三、实验仪器：
分光计、光源、光栅、自准镜
四、实验内容和步骤：
.分光计调整
（1）熟悉分光计各调节螺钉作用后，目视粗调载物台、望远镜及平行光管基本水平。
（2）用自准直法将望远镜调焦到无穷远
（3）载物台转轴与望远镜光轴垂直的调节
在望远镜视场中能够看到平面反射镜两面反射回的像。
规律：
平面反射镜两面反射回的像都在视场上方（或下方）时，只需调节望远镜的俯仰调节螺钉。
平面反射镜两面反射回的像一面在视场上方另一面在视场下方时，只需调节载物台的水平调节螺钉。
注意：认定上、下方的像之间的距离后，将在视场上方的像下调1/2距离，或将在视场下方的像上调1/2距离。
调节平行光管
打开光源放在狭缝前，望远镜对准平行光管。
左右移动目镜，观测不同颜色，记录数据。
五、实验数据与处理：=
λ绿光546.07nm =
λ黄光（光1=589.59nm；光2=589.0nm）
初始左右
白0°180°
紫344°50′164°45′
绿341°10′161°8′
黄1 340°11′160°11′
黄2 339°15′159°12′。
分光计的调整与光栅常数测量
实验3.7 分光计的调节与使用实验简介实验目的实验仪器实验原理调节要点实验目的•掌握分光计的测量原理及调节方法•用反射法测定三棱镜的顶角•用最小偏向角法测定三棱镜材料的折射率实验仪器•本次实验用到的仪器有分光计、平面镜、三棱镜和钠光源。
•分光计（又名分光测角仪）是用来精确测量角度的仪器。
分光计是光学实验的基本仪器之一，通过角度的测量可以计算媒质折射率、光波波长等相关的物理量，检验棱镜的棱角是否合格、玻璃砖的两个表面是否平行等。
1.分光计的结构2.分光计的调节测量前应调节分光计，达到：•望远镜聚焦到无穷远，望远镜的光轴对准仪器的中心转轴并与中心转轴垂直。
•平行光管出射平行光，且光轴与望远镜的光轴共轴。
•待测光学元件的表面与中心转轴平行。
1) 目视粗调⑤ 调节望远镜俯仰调节螺钉 平行光管俯仰调节螺钉望远镜支架 平行光管水平调节螺钉望远镜水平调节螺钉 ④松开望远镜锁紧螺钉 ③松开游标盘锁紧螺钉 锁紧载物台升降锁紧螺钉②调节 载物盘水平调节螺钉 ① 移动底座载物盘水平、望远镜俯仰调节的特例 平面镜两侧面的反射像分别位于和 时，只需调节望远镜的俯仰调节螺钉d d平面镜两侧面的反射像同时位于或 时，只需调节载物盘的水平调节螺钉d d⑵ 2) 用自准直法将望远镜调焦到无穷远 叉丝像分划板视场 透光窗反射像旋转目镜调节鼓轮⑴伸缩目镜筒 ⑶观察不到反射像的原因•目镜中观察到的叉丝和透光窗中黑色十字的像模糊。
（转动目镜调节鼓轮）•望远镜没有聚焦于无穷远。
（松开目镜筒锁紧螺钉，前后移动目镜筒）•平面反射镜的镜面与望远镜的光轴不垂直。
俯视侧视转动载物台或望远镜调节望远镜俯仰或载物盘水平调节螺钉3) 调节望远镜光轴与中心转轴垂直①放置平面镜②拨动游标盘③调节载物盘水平调节螺钉或望远镜俯仰调节螺钉载物盘水平、望远镜俯仰的各半调节d调节载物盘水平调节螺钉d/2调节望远镜俯仰调节螺钉4) 调节平行光管•平行光管由狭缝和准直透镜组成。
南昌大学物理实验报告-分光计调整及光栅常数测量
2 243 ゜ 3'
63 ゜ 1'
南昌大学物理实验报告 姓名：罗程 学号：5902616003 序号：17 班级：能动 161 班 实验名称：分光计调整及光栅常数测量 实验目的: 1.加深对光栅分光原理的理解。 2.用透射光栅测定光栅常量； 3.熟悉分光计的使用方法。 实验仪器：望远镜，载栅其衍射的明条纹满足光栅方程 d sin k （k=0,1,2…）
3.测光栅常量 d,已知绿光λ=546.07nm
衍射光谱级数（K）
左侧衍射光角坐标 左
-1
1
265 ゜ 39' 249 ゜ 51'
-2 275 ゜ 18'
右侧衍射光角坐标 右
85 ゜ 36' 69 ゜ 50'
95 ゜ 16'
2 k左 -k左 - k左
15 ゜ 48'
32 ゜ 15'
16 ゜ 7.5' 3.932
注意事项： 1.测量中光栅位置不可移动，测量中应记下中央明条纹的位置； 2.光学仪器镜头及光栅不可用手摸，轻放轻拿；
3.若度盘 0 刻线过游标 0 刻线，θ=（360 ゜+小）- 大 。
4.游标盘左右读数可消除偏心差， （1 - 2）/ 2 。
原始数据如下：
2 k右 -k右 - k右
15 ゜ 46'
32 ゜ 15'
2 k (2 k左 2 k右）/ 2
15 ゜ 47'
32 ゜ 15'
k 2 k / 2
d
k sin
（mm）
d (d1 d2 ) / 2 (mm)
7.5 ゜ 23.5' 3.977 3.9545
分光镜的调整和光栅常数的测量实验报告
南昌大学物理实验报告课程名称：大学物理实验实验名称：分光计的调节和光栅常数的测量学院：信息工程学院专业班级：计算机科学与技术学生姓名：学号：实验地点：座位号：实验时间：一、实验目的：1.了解分光计的基本结构和原理；2.掌握分光计的调整要求和调整方法；3.调整分光计，使其达到最佳工作状态，可进行精密测量；4.用调整好的分光计测三棱镜的顶角；5.观察光栅衍射现象，理解光栅衍射基本规律；学会用分光计测光栅常数。
二、实验原理：①分光计的调节和使用分光计主要由五个部分构成：底座、平行光管、自准直望远镜、载物台和读数装置。
不同型号分光计的光学原理基本相同。
JJY型分光计如图3-7-1所示。
1．底座分光计底座（17）中心固定有一中心轴，望远镜、度盘和游标盘套在中心轴上，可绕中心轴旋转。
2．平行光管平行光管安装在固定立柱上，它的作用是产生平行光。
平行光管由狭缝和透镜组成，如图3-7-2。
狭缝宽度可调（范围0.02~2mm），透镜与狭缝间距可以通过伸缩狭缝筒进行调节。
当狭缝位于透镜焦平面上时，由狭缝经过透镜出射的光为平行光。
3．自准直望远镜阿贝式自准直望远镜安装在支臂上，支臂与转座固定在一起并套装在度盘上。
它用来观察和确定光线行进方向。
自准直望远镜由物镜、目镜、分划板等组成（如图3-7-3），三者间距可调。
其中，分划板上刻有“”形叉丝；分划板下方与一块45º全反射小棱镜的直角面相贴，直角面上涂有不透明薄膜，薄膜上划有一个“十”形透光的窗口，当小电珠光从管侧经另一直角面入射到棱镜上，即照亮“十”字窗口。
调节目镜，使目镜视场中出现清晰的“”形叉丝。
在物镜前方放置一平面镜，然后调节物镜，使分划板位于物境焦平面上，那么从棱镜“十”字口发出的绿光经物镜后成为平行光射向前方平面境，其反射光又经物镜成像于分划板上。
这时，从目镜中可以看到清晰的“”形叉丝和绿色“十”字像。
此时望远镜已调焦至无穷远，适合观察平行光了。
如果平面境的法线与望远镜光轴方向一致，则绿色“十”字像位于分划板“”形叉丝的上横线上，如图3-7-3中的视场。
分光计的调整和光栅常数的测定
实验4-11 分光计的调整及光栅常数测定分光计作为基本的光学仪器之一，它是精确测定光线偏转角的仪器，也称之为测角仪。
光学中很多基本量（如反射角、折射角、衍射角等）都可以由它直接测量。
因此，可以应用它测定物质的有关常数（如折射率、光栅常数、光波波长等），或研究物质的光学特性（如光谱分析）。
应用分光计必须经过一系列仔细的调整，才能得到准确的结果。
因此，在学习使用过程中，要做到严谨、细致，才能正确掌握。
【实验目的】1． 了解分光计的基本构造，学会调整分光计。
2． 观察光栅衍射现象，学会用分光计测光栅常数。
【实验原理】光栅是利用衍射原理使光发生色散的光学元件，其由大量等宽、等间距、相互平行的狭缝（或刻痕）组成。
光栅分为透射式和反射式两类，并有平面、凹面之分。
根据夫琅和费衍射理论，当波长为λ的单色平行光垂直照射到光栅上时，经每一狭缝的光都要产生衍射，由于各缝发出的衍射光都是相干光，彼此要产生干涉，于是在透镜L 的焦平面上，就会形成一系列被相当宽的暗区隔开的又细又亮的明条纹，称为谱线（见图4-11-1）。
各明条纹所对应的衍射角φ应满足下列条件λφk b a =+sin )( ( ,2,1,0±±=k ) （4-11-1）式中a 为狭缝宽度，b 为缝间距离，（b a +）称为光栅常数，k 为光谱线的级次。
对应于k =0的明条纹为中央明条纹，也称为零级谱线。
若入射光为复色光，则各波长的零级谱线均在同一位置，其它级次的谱线位于零级谱线的两侧，且同级谱线按不同波长，从短波向长波散开，即衍射角逐渐增大，形成光栅光谱。
由式（4-11-1）可以看出，如果已知入射光波长，只要测出其k 级谱线相应的衍射角φ就可以计算出光栅常数。
【实验仪器】分光计、平面反射镜、光栅、汞灯图4-11-1光栅【实验内容与要求】1．调整分光计（1）调整望远镜使之聚焦于无穷远，适于接收平行光。
（2）调整望远镜光轴与仪器转轴垂直。
分光计调整及光栅常数测量实验报告南昌大学
南昌大学物理实验报告课程名称：大学物理实验实验名称：光栅衍射实验学院：机电工程学院专业班级：能源与动力工程162班学生姓名：韩杰学号：5902616051实验地点：基础实验大楼座位号：cos ln 1sin tan ln 1m m m m d dϕλϕϕϕλ∂==∂∂=∂2221()()tan λϕλϕ∆∆=+∆m md d 由以上推导可知，测量d 时，在m ϕ∆一定的情况下，m ϕ越大d 的偏差越小。
但是m ϕ大时光谱级次高，谱线难以观察。
所以要各方面要综合考虑。
而对λ的测量，也是m ϕ越大不确定度越小。
综上，在可以看清谱线的情况下，应该尽量选择级次高的光谱观察，以减小误差。
6.2 求绿线的d 和λ并计算不确定度 1）二级光谱下：由sin mm d λϕ=，代入数据m ϕ=19，可得d =3349.1nm又由mm m m m m d d d d ϕϕϕϕϕϕtan ln )()ln (22∆=∆∂∂=∆∂∂=∆，m ϕ∆=2’得d ∆=3349.1*[2π/(60*180)]/tan(19)=0.6nmd =(3349.1±5.7)nm而实验前已知光栅为300线每毫米，可见测量结果与实际较吻合。
再用d 求其他光的λ：sin /m d m λϕ=2221()()tan λϕλϕ∆∆=+∆m md d对波长较长的黄光：ϕm =20 o 15＇,d=3349nm 代入，可得λ=579.6nm ，λ∆=1.4nm可以看到，三级谱线下测量后计算的结果教二级谱线下的结果其偏差都更小，与理论推断吻合。
6.3 在i=15 o 时，测定波长较短的黄线的波长。
由，m=2，可得：在同侧：λ=577.9nm在异侧：λ=575.9nm6.4 最小偏向角法求波长较长的黄线的波长由公式：,3,2,1,0,2sin2±±±==m m d λδ代入数据：m=2,δ= 39o 51＇代入，得λ=579.4nm与实际值吻合良好。
分光计调节和使用光栅常量测定
分光计调节和使用光栅常量测定分光计是一种用于测量和分析光的仪器，它可以将光束分解成不同波长的组成部分，从而提供光的光谱信息。
分光计具有调节和使用光栅常量测定的功能，这使得它能够更精确地测量和分析光的特性。
分光计的调节是一个关键步骤，它可以确保所测量的光具有适当的强度和波长范围。
分光计的调节通常包括以下几个步骤：1.调节波长：分光计可以调节光的波长范围，这通常通过旋转一个波长选择旋钮来实现。
在调节波长时，需要根据所需要测量的光的波长范围来选择合适的波长。
2.调节入射光强度：分光计具有调节光的强度的功能。
在调节入射光强度时，需要确保所测量的光具有适当的强度，而不会过强或过弱。
3.调节光束宽度：分光计的光束宽度可以通过调节光圈大小和准直器来调节。
光束宽度的调节通常通过旋转一个光束宽度调节旋钮来实现。
使用光栅常量测定是分光计的重要应用之一、光栅常量是光栅片的一个重要参数，它描述了光栅的光栅面积、刻痕数和波长之间的关系。
光栅常量的测定通常使用分光计的光栅扫描和分析功能。
光栅扫描是光栅常量测定的关键步骤之一、在光栅扫描过程中，光栅片会旋转，并且光栅片前面的光束会通过光栅片。
通过对扫描过程中的光束进行分析，可以确定光栅的光栅常量。
分光计的光谱分析功能可以用来测量扫描过程中的光的强度和波长。
通过测量光束强度和波长之间的关系，可以确定光栅的光栅常量。
光栅常量的测定通常需要使用一些标准光源进行校准，以提高测量结果的准确性。
光栅常量的测定可以应用于许多领域，例如光学仪器校准、光谱分析和光学元件研究等。
通过测量光栅常量，可以了解光栅的特性，并为精确的光学测量和分析提供基础。
总之，分光计的调节和使用光栅常量测定是分光计的重要功能之一、通过调节分光计的波长、入射光强度和光束宽度，可以确保测量到的光具有适当的特性。
使用光栅常量测定可以确定光栅的光栅常量，并为光学测量和分析提供准确的基础。
分光计调节及光栅常数测定
O'
根据以上分析，调望远镜光轴垂直分光计轴步骤如下: 根据以上分析，调望远镜光轴垂直分光计轴步骤如下: O
1）适当调节载物台和望远镜的水平状态，直至任意 转动载物台180º 转动载物台180º均能在望远镜中看到平面镜正、 反两面反射的绿“ 反两面反射的绿“十”字像 （难点）； 难点）； 2）先调载物台（螺钉a2或a3）使绿“十”字移动正、 ）先调载物台（螺钉a ）使绿“ 反两像高差的一半，再调望远镜俯仰使绿“ 反两像高差的一半，再调望远镜俯仰使绿“十” 字像与分划线上横线重合；
自准直式望远镜介绍
O'
分划面
O
仅当分划面在物镜焦平面时，十字口才能成像在分划面。 仅当分划面在物镜焦平面时，十字口才能成像在分划面。 若目镜调焦分划面，此时望远镜被调焦到无限远。 若目镜调焦分划面，此时望远镜被调焦到无限远。
1 望远镜调节——调焦无限远 ——调焦无限远
1）调目镜手轮，使视场中看到清晰的分划线； ）调目镜手轮，使视场中看到清晰的分划线； 2）平面镜按图放在载物台上 ，适当调载物台或望远 ，适当调载物台或望远 镜俯仰找到绿“ 镜俯仰找到绿“十”字口的像（可能是模糊的）；
5 平行光管调节——平行光管光轴垂直分光计轴 ——平行光管光轴垂直分光计轴
旋转狭缝成水平状态，调平行光管俯仰使狭缝 正好和分划线中央横重合。 此时，平行光管光轴垂 直分光计轴。
最后，再转动狭缝90º 最后，再转动狭缝90º成竖直状态 ，使绿十字、 狭缝像、分划线都重合如右图，分光计调节完毕。
d sin ϕ = k λ
分光计图
2
3
1
四步化解难点——看到正反两面的像 ——看到正反两面的像
1. 平——调平载物台 ——调平载物台
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2) 用自准直法将望远镜调焦到无穷远
⑵
⑶ ⑴
反射像 叉丝像 透光窗 旋转目镜调节鼓轮
观察不到反射像的原因
目镜中观察到的叉丝和透光窗中绿色十字的像模 。（转动目镜调节鼓轮 转动目镜调节鼓轮） 糊。（转动目镜调节鼓轮） 望远镜没有聚焦于无穷远。（ 。（松开目镜筒锁紧螺 望远镜没有聚焦于无穷远。（松开目镜筒锁紧螺 钉，前后移动目镜筒 ） 平面反射镜的镜面与望远镜的光轴不垂直。 平面反射镜的镜面与望远镜的光轴不垂直。
实验25 实验25
用分光计测光栅常数
实验仪器 实验内容 思考问题
Experiment of grating parameter using spectrometer
实验目的 实验原理 数据处理
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实验目的
掌握分光计的测量原理及调节方法。 掌握分光计的测量原理及调节方法。 学会使用分光计和光栅测定光栅常数、 学会使用分光计和光栅测定光栅常数、 波长及角色散率。 波长及角色散率。
衍射光谱级次 左侧衍射光方 位角 θ
左
-1
1
-2
2
右侧衍射光方 位角 θ右
2θk＝θ左－θ右
2θ k
θk
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3、测角色散率 分别测出双黄线λ 分别测出双黄线λ2， λ3的衍射角 θ 2 ,θ3 ，计算出 它们的波长， 它们的波长，则 θ −θ
D=
λ3 − λ2
3
2
数据记录表格：（衍射光谱级次k=2） 数据记录表格：（衍射光谱级次 ：（衍射光谱级次 ）
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1) 目视粗调
调节望远镜俯仰调节螺钉 望远镜俯仰 ⑤ 调节望远镜俯仰调节螺钉 平行光管俯仰调节螺钉 平行光管俯仰调节螺钉 俯仰
②
平行光管水平调节螺钉
松开 游标盘锁紧螺钉 ③ 锁紧 载物台升降锁紧螺钉 移动底座 移动底座
望远镜支架 调节 望远镜水平调节螺钉
载物盘水平调节螺钉 载物盘水平调节螺钉 水平
①
松开望远镜锁紧螺钉 ④ 松开望远镜锁紧螺钉
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载物盘水平、 载物盘水平、望远镜俯仰调节的特例
平面镜两侧面的反射像同时位于 平面镜两侧面的反射像同时位于
d
或
d
时，只需调节载物 盘的水平调节螺钉
平面镜两侧面的反射像分别位于 平面镜两侧面的反射像分别位于
d d
和
时，只需调节望远 镜的俯仰调节螺钉
d
调节载物盘水平调节螺钉 调节载物盘水平调节螺钉 d/2 调节望远镜俯仰调节螺钉 调节望远镜俯仰调节螺钉
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4) 调节平行光管
平行光管由狭缝和准直透镜组成。 平行光管由狭缝和准直透镜组成。
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狭缝
锁紧螺钉
俯仰调节螺钉
①
②
③
松开狭缝锁紧螺钉 转动狭缝 转动狭缝 松开狭缝锁紧螺钉 转动狭缝 转动狭缝 前后移动狭缝 调节平行光管俯仰调节螺钉 锁住狭缝锁紧螺 前后移动狭缝 调节平行光管俯仰调节螺钉 锁住狭缝锁紧螺 钉
1 a a+b N 称为光栅常数， 称为光栅常数， + b = N ， 为每毫米上
实验内容
1、调节分光计 、 2、用透射光栅测光栅常数： 、用透射光栅测光栅常数： ，2 测波长λ 测波长λ＝546.1nm的绿色谱线的 ±1 ± 级之间的夹角 2θ1， ，求出 2θ 2
平均值，代入公式（1）求出d。 平均值，代入公式（
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3.分光计的测量原理 3.分光计的测量原理
平行光管 平行光管
α1 β1 望远镜
α2 β2
δ
望远镜
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读数方法
游标窗口
游标盘 主刻度盘
233º13΄
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实验原理
二级谱 复色光 屏 一级光谱
φ f
0 x
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实验仪器
分光计、双反平面镜、 分光计、双反平面镜、平面透射光栅和 汞灯。 汞灯。 汞光灯也叫水银灯， 汞光灯也叫水银灯，它是充入稀薄汞蒸 汽而制成的放电管， 汽而制成的放电管，能发出若干种不同 波长的可见光。 波长的可见光。
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1.分光计的结构 1.分光计的结构
波长 左侧衍射光方位 角 θ左 右侧衍射光方位 角 θ右
λ2
（2级）
λ2 （-2级）
λ3 （2级）
λ3 （-2级）
2θk＝θ左－θ右
2θ k
θk
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数据处理
按照书上的要求处理实验数据。 按照书上的要求处理实验数据。
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思考题
•分光计游标盘上为什么要设置两个游标？ 分光计游标盘上为什么要设置两个游标？ •如果平台上平面镜已平行于分光计中心轴 而望远镜光轴没有与分光计中心轴垂直， 而望远镜光轴没有与分光计中心轴垂直，则 平面镜转过180 以后， 180° 平面镜转过180°以后，十字窗的反射像与 叉丝十字线的偏离有什么规律？ 叉丝十字线的偏离有什么规律？
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2.分光计的调节 2.分光计的调节
测量前应调节分光计，达到： 测量前应调节分光计，达到： 望远镜聚焦到无穷远，望远镜的光轴对准仪器的 望远镜聚焦到无穷远， 中心转轴并与中心转轴垂直。 中心转轴并与中心转轴垂直。 平行光管出射平行光， 平行光管出射平行光，且光轴与望远镜的光轴共 轴。 待测光学元件的表面与中心转轴平行。 待测光学元件的表面与中心转轴平行。
•若将平行光垂直照射在光栅上，光栅衍射明 若将平行光垂直照射在光栅上， 纹的条件是衍射角φ必须满足光栅方程
(a +b)sinφk = kλ
k = 0, ±1, ±2,LL
式中 狭缝数目， 为入射光波长， 为谱线级数， 狭缝数目，λ为入射光波长，k为谱线级数，φk 级谱线对应的衍射角。若已知λ 为k级谱线对应的衍射角。若已知λ ，并测出衍 射角φ 即可求得光栅常数d=a+b。 射角φk，即可求得光栅常数d=a+b。 •本实验汞光灯发出六种不同波长的可见光，每一 本实验汞光灯发出六种不同波长的可见光， 级谱线都因对应的衍射角不同而相互分开。 级谱线都因对应的衍射角不同而相互分开。其中 有紫、 四条强线，另一紫是中强线， 有紫、绿、黄1、黄2四条强线，另一紫是中强线， 兰是弱线。 兰是弱线。 大连民族学院大学物理实验教学中心
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俯视
侧视
转动载物台或望远镜 调节望远镜俯仰或载物盘水平调节螺钉
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3) 调节望远镜光轴与中心转轴垂直
A
①放置平面镜
B
C
②拨动 游标盘 ③调节载物盘水平调节螺钉或望远镜俯仰调节螺钉 调节载物盘水平调节螺钉或 载物盘水平调节螺钉
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载物盘水平、 载物盘水平、望远镜俯仰的各半调节