谷錦華++朱志立++郭娟

摘 要：該文分析了雙棱鏡各面反射分光計(jì)望遠(yuǎn)鏡筒小十字絲成像的光路，結(jié)合課堂教學(xué)實(shí)踐，討論了自準(zhǔn)直法測量雙棱鏡銳角和折射率，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中出現(xiàn)的問題和原因。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn) 分光計(jì) 雙棱鏡

中圖分類號：O441 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（a）-0196-01

隨著我們國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，實(shí)踐動手能力強(qiáng)，善于思考、富有創(chuàng)新意識的大學(xué)畢業(yè)生受到社會的青睞。因此，目前，高校非常重視實(shí)驗(yàn)課程對學(xué)生能力的培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)也從驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)進(jìn)入到綜合性及設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。具有開放性、選擇性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)課程，實(shí)現(xiàn)了以學(xué)生為主體，個性化的培養(yǎng)，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中得到啟發(fā)、提高和創(chuàng)新。

雙棱鏡的銳角及折射率測量是很多高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的一個設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[1-2]。該文結(jié)合課堂教學(xué)實(shí)踐，從光學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、尋覓和判斷，光學(xué)儀器的調(diào)節(jié)和檢驗(yàn)等方面，探析如何通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的洞察力，提高實(shí)踐動手能力。

1 雙棱鏡各面反射光所成像分析

如圖1所示，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡對著雙棱鏡AB面時，由于雙棱鏡前表面AB對光的反射及光經(jīng)AB面折射、后表面AC、BC反射，在望遠(yuǎn)鏡中可觀察到小十字絲有三個反射像，根據(jù)光路分析知前表面AB及后表面AC、BC反射光所成像位置依次為中、右、左；同樣，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡對著雙棱鏡ACB面時，在望遠(yuǎn)鏡中可觀察到小十字絲有四個反射像，其中左、右兩邊像是由前表面AC、BC反射光所成，中間左、右像為光經(jīng)BC、AC面折射、AB面反射所成。

從課堂教學(xué)的實(shí)踐看，學(xué)生的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案均能正確的畫出雙棱鏡各面反射光所成像光路示意圖，并對各反射像產(chǎn)生的原因進(jìn)行正確分析和判斷。但是，如果向同學(xué)們提出一個問題：左右緩慢轉(zhuǎn)動分光計(jì)載物臺，從望遠(yuǎn)鏡中觀察雙棱鏡前、后表面的小十字絲的反射像，會觀察到什么現(xiàn)象？同學(xué)們的結(jié)論則不盡相同，大部分同學(xué)僅觀察到小十字像在望遠(yuǎn)鏡目鏡視場中左右移動、直至消失的直觀現(xiàn)象。而少部分同學(xué)則觀察到，隨著分光計(jì)載物臺的緩慢轉(zhuǎn)動，雙棱鏡前、后表面的小十字絲的反射像的間距變化的重要現(xiàn)象?？梢钥闯?，面對同一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，會得到不同的觀測結(jié)果，大部分同學(xué)對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的敏感性和洞察力需要經(jīng)過系統(tǒng)的訓(xùn)練得以提高。隨后，讓同學(xué)們思考造成十字絲的反射像的間距變化的原因是什么？從課堂實(shí)踐看，注意到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后，同學(xué)們均能正確的分析出隨著載物臺的轉(zhuǎn)動，雙棱鏡的各面對望遠(yuǎn)鏡中小十字絲的入射光的反射角度變化導(dǎo)致了望遠(yuǎn)鏡目鏡目鏡視場十字絲的反射像的間距變化。

2 自準(zhǔn)直法測量雙棱鏡銳角

自準(zhǔn)直法測量雙棱鏡銳角的關(guān)鍵是正確的選擇目標(biāo)像，排除干擾像。如圖2所示，使望遠(yuǎn)鏡光軸與雙棱鏡AB面垂直，要選擇三個反射像中間的那個與叉絲重合，記下此時分光計(jì)角游標(biāo)1、2的讀數(shù)和。逆時針轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡使其光軸與雙棱鏡AC面垂直，選擇四個反射像最左邊的反射像與叉絲重合，這時，記錄下分光計(jì)角游標(biāo)1、2讀數(shù)和，則雙棱鏡銳角：

。

從課堂實(shí)驗(yàn)的操作看，通過對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，在對雙棱鏡各反射像產(chǎn)生的原因和光路進(jìn)行正確分析和判斷基礎(chǔ)上，同學(xué)們均能排除干擾像，正確的選擇目標(biāo)像進(jìn)行雙棱鏡雙銳角的測量。

3 自準(zhǔn)直法測量雙棱鏡折射率

如圖3所示，測量雙棱鏡的折射率時，由，只要測出入射角，利用已經(jīng)測出的，就可以求出折射率。使望遠(yuǎn)鏡光軸與雙棱鏡AB面垂直，這時在望遠(yuǎn)鏡中觀察到小十字絲中間的反射像與叉絲重合，記下此時分光計(jì)角游標(biāo)1、2的讀數(shù)和，轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡使最左邊的反射像與叉絲重合，記錄下此時分光計(jì)角游標(biāo)1、2讀數(shù)和，則入射角：

但課堂教學(xué)發(fā)現(xiàn)，部分同學(xué)的測量雙棱鏡的折射率n的設(shè)計(jì)方案為：

他們的光路圖為圖4。

分析圖4的光路原理，它表示的是當(dāng)望遠(yuǎn)鏡對著雙棱鏡AB面，望遠(yuǎn)鏡目鏡視場中有三個反射像，當(dāng)中間的那個與叉絲重合，即望遠(yuǎn)鏡光軸與雙棱鏡AB面垂直時，AC面的反射光路。在此狀態(tài)下，的確。但是，部分同學(xué)還是沒有深刻理解分光計(jì)自準(zhǔn)直法測量的物理原理。前面已經(jīng)討論過，雙棱鏡的各面對望遠(yuǎn)鏡中小十字絲的入射光的反射角度變化會導(dǎo)致十字絲的反射像的間距變化。當(dāng)轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡使最左邊的反射像與叉絲重合時，左邊的反射像與中間像的夾角已經(jīng)和中間的反射像與叉絲重合時的夾角不同，已經(jīng)變到圖3所示的自準(zhǔn)直狀態(tài)，即。

4 結(jié)語

以學(xué)生為主體，個性化的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，需要同學(xué)們深刻領(lǐng)悟?qū)嶒?yàn)原理，在此基礎(chǔ)上，通過仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)中得到啟發(fā)和創(chuàng)新，提高實(shí)踐動手能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 候秀梅，閆書霞.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].鄭州：鄭州大學(xué)出版社，2010：219-222.

[2] 陳早生，任才貴.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].上海：華東理工大學(xué)出版社，2003：258-260.endprint

摘 要：該文分析了雙棱鏡各面反射分光計(jì)望遠(yuǎn)鏡筒小十字絲成像的光路，結(jié)合課堂教學(xué)實(shí)踐，討論了自準(zhǔn)直法測量雙棱鏡銳角和折射率，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中出現(xiàn)的問題和原因。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn) 分光計(jì) 雙棱鏡

中圖分類號：O441 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（a）-0196-01

隨著我們國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，實(shí)踐動手能力強(qiáng)，善于思考、富有創(chuàng)新意識的大學(xué)畢業(yè)生受到社會的青睞。因此，目前，高校非常重視實(shí)驗(yàn)課程對學(xué)生能力的培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)也從驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)進(jìn)入到綜合性及設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。具有開放性、選擇性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)課程，實(shí)現(xiàn)了以學(xué)生為主體，個性化的培養(yǎng)，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中得到啟發(fā)、提高和創(chuàng)新。

雙棱鏡的銳角及折射率測量是很多高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的一個設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[1-2]。該文結(jié)合課堂教學(xué)實(shí)踐，從光學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、尋覓和判斷，光學(xué)儀器的調(diào)節(jié)和檢驗(yàn)等方面，探析如何通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的洞察力，提高實(shí)踐動手能力。

1 雙棱鏡各面反射光所成像分析

如圖1所示，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡對著雙棱鏡AB面時，由于雙棱鏡前表面AB對光的反射及光經(jīng)AB面折射、后表面AC、BC反射，在望遠(yuǎn)鏡中可觀察到小十字絲有三個反射像，根據(jù)光路分析知前表面AB及后表面AC、BC反射光所成像位置依次為中、右、左；同樣，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡對著雙棱鏡ACB面時，在望遠(yuǎn)鏡中可觀察到小十字絲有四個反射像，其中左、右兩邊像是由前表面AC、BC反射光所成，中間左、右像為光經(jīng)BC、AC面折射、AB面反射所成。

從課堂教學(xué)的實(shí)踐看，學(xué)生的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案均能正確的畫出雙棱鏡各面反射光所成像光路示意圖，并對各反射像產(chǎn)生的原因進(jìn)行正確分析和判斷。但是，如果向同學(xué)們提出一個問題：左右緩慢轉(zhuǎn)動分光計(jì)載物臺，從望遠(yuǎn)鏡中觀察雙棱鏡前、后表面的小十字絲的反射像，會觀察到什么現(xiàn)象？同學(xué)們的結(jié)論則不盡相同，大部分同學(xué)僅觀察到小十字像在望遠(yuǎn)鏡目鏡視場中左右移動、直至消失的直觀現(xiàn)象。而少部分同學(xué)則觀察到，隨著分光計(jì)載物臺的緩慢轉(zhuǎn)動，雙棱鏡前、后表面的小十字絲的反射像的間距變化的重要現(xiàn)象?？梢钥闯?，面對同一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，會得到不同的觀測結(jié)果，大部分同學(xué)對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的敏感性和洞察力需要經(jīng)過系統(tǒng)的訓(xùn)練得以提高。隨后，讓同學(xué)們思考造成十字絲的反射像的間距變化的原因是什么？從課堂實(shí)踐看，注意到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后，同學(xué)們均能正確的分析出隨著載物臺的轉(zhuǎn)動，雙棱鏡的各面對望遠(yuǎn)鏡中小十字絲的入射光的反射角度變化導(dǎo)致了望遠(yuǎn)鏡目鏡目鏡視場十字絲的反射像的間距變化。

2 自準(zhǔn)直法測量雙棱鏡銳角

自準(zhǔn)直法測量雙棱鏡銳角的關(guān)鍵是正確的選擇目標(biāo)像，排除干擾像。如圖2所示，使望遠(yuǎn)鏡光軸與雙棱鏡AB面垂直，要選擇三個反射像中間的那個與叉絲重合，記下此時分光計(jì)角游標(biāo)1、2的讀數(shù)和。逆時針轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡使其光軸與雙棱鏡AC面垂直，選擇四個反射像最左邊的反射像與叉絲重合，這時，記錄下分光計(jì)角游標(biāo)1、2讀數(shù)和，則雙棱鏡銳角：

。

從課堂實(shí)驗(yàn)的操作看，通過對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，在對雙棱鏡各反射像產(chǎn)生的原因和光路進(jìn)行正確分析和判斷基礎(chǔ)上，同學(xué)們均能排除干擾像，正確的選擇目標(biāo)像進(jìn)行雙棱鏡雙銳角的測量。

3 自準(zhǔn)直法測量雙棱鏡折射率

如圖3所示，測量雙棱鏡的折射率時，由，只要測出入射角，利用已經(jīng)測出的，就可以求出折射率。使望遠(yuǎn)鏡光軸與雙棱鏡AB面垂直，這時在望遠(yuǎn)鏡中觀察到小十字絲中間的反射像與叉絲重合，記下此時分光計(jì)角游標(biāo)1、2的讀數(shù)和，轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡使最左邊的反射像與叉絲重合，記錄下此時分光計(jì)角游標(biāo)1、2讀數(shù)和，則入射角：

但課堂教學(xué)發(fā)現(xiàn)，部分同學(xué)的測量雙棱鏡的折射率n的設(shè)計(jì)方案為：

他們的光路圖為圖4。

分析圖4的光路原理，它表示的是當(dāng)望遠(yuǎn)鏡對著雙棱鏡AB面，望遠(yuǎn)鏡目鏡視場中有三個反射像，當(dāng)中間的那個與叉絲重合，即望遠(yuǎn)鏡光軸與雙棱鏡AB面垂直時，AC面的反射光路。在此狀態(tài)下，的確。但是，部分同學(xué)還是沒有深刻理解分光計(jì)自準(zhǔn)直法測量的物理原理。前面已經(jīng)討論過，雙棱鏡的各面對望遠(yuǎn)鏡中小十字絲的入射光的反射角度變化會導(dǎo)致十字絲的反射像的間距變化。當(dāng)轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡使最左邊的反射像與叉絲重合時，左邊的反射像與中間像的夾角已經(jīng)和中間的反射像與叉絲重合時的夾角不同，已經(jīng)變到圖3所示的自準(zhǔn)直狀態(tài)，即。

4 結(jié)語

以學(xué)生為主體，個性化的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，需要同學(xué)們深刻領(lǐng)悟?qū)嶒?yàn)原理，在此基礎(chǔ)上，通過仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)中得到啟發(fā)和創(chuàng)新，提高實(shí)踐動手能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 候秀梅，閆書霞.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].鄭州：鄭州大學(xué)出版社，2010：219-222.

[2] 陳早生，任才貴.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].上海：華東理工大學(xué)出版社，2003：258-260.endprint

摘 要：該文分析了雙棱鏡各面反射分光計(jì)望遠(yuǎn)鏡筒小十字絲成像的光路，結(jié)合課堂教學(xué)實(shí)踐，討論了自準(zhǔn)直法測量雙棱鏡銳角和折射率，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中出現(xiàn)的問題和原因。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn) 分光計(jì) 雙棱鏡

中圖分類號：O441 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（a）-0196-01

隨著我們國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，實(shí)踐動手能力強(qiáng)，善于思考、富有創(chuàng)新意識的大學(xué)畢業(yè)生受到社會的青睞。因此，目前，高校非常重視實(shí)驗(yàn)課程對學(xué)生能力的培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)也從驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)進(jìn)入到綜合性及設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。具有開放性、選擇性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)課程，實(shí)現(xiàn)了以學(xué)生為主體，個性化的培養(yǎng)，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中得到啟發(fā)、提高和創(chuàng)新。

雙棱鏡的銳角及折射率測量是很多高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的一個設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[1-2]。該文結(jié)合課堂教學(xué)實(shí)踐，從光學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、尋覓和判斷，光學(xué)儀器的調(diào)節(jié)和檢驗(yàn)等方面，探析如何通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的洞察力，提高實(shí)踐動手能力。

1 雙棱鏡各面反射光所成像分析

如圖1所示，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡對著雙棱鏡AB面時，由于雙棱鏡前表面AB對光的反射及光經(jīng)AB面折射、后表面AC、BC反射，在望遠(yuǎn)鏡中可觀察到小十字絲有三個反射像，根據(jù)光路分析知前表面AB及后表面AC、BC反射光所成像位置依次為中、右、左；同樣，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡對著雙棱鏡ACB面時，在望遠(yuǎn)鏡中可觀察到小十字絲有四個反射像，其中左、右兩邊像是由前表面AC、BC反射光所成，中間左、右像為光經(jīng)BC、AC面折射、AB面反射所成。

從課堂教學(xué)的實(shí)踐看，學(xué)生的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案均能正確的畫出雙棱鏡各面反射光所成像光路示意圖，并對各反射像產(chǎn)生的原因進(jìn)行正確分析和判斷。但是，如果向同學(xué)們提出一個問題：左右緩慢轉(zhuǎn)動分光計(jì)載物臺，從望遠(yuǎn)鏡中觀察雙棱鏡前、后表面的小十字絲的反射像，會觀察到什么現(xiàn)象？同學(xué)們的結(jié)論則不盡相同，大部分同學(xué)僅觀察到小十字像在望遠(yuǎn)鏡目鏡視場中左右移動、直至消失的直觀現(xiàn)象。而少部分同學(xué)則觀察到，隨著分光計(jì)載物臺的緩慢轉(zhuǎn)動，雙棱鏡前、后表面的小十字絲的反射像的間距變化的重要現(xiàn)象?？梢钥闯?，面對同一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，會得到不同的觀測結(jié)果，大部分同學(xué)對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的敏感性和洞察力需要經(jīng)過系統(tǒng)的訓(xùn)練得以提高。隨后，讓同學(xué)們思考造成十字絲的反射像的間距變化的原因是什么？從課堂實(shí)踐看，注意到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后，同學(xué)們均能正確的分析出隨著載物臺的轉(zhuǎn)動，雙棱鏡的各面對望遠(yuǎn)鏡中小十字絲的入射光的反射角度變化導(dǎo)致了望遠(yuǎn)鏡目鏡目鏡視場十字絲的反射像的間距變化。

2 自準(zhǔn)直法測量雙棱鏡銳角

自準(zhǔn)直法測量雙棱鏡銳角的關(guān)鍵是正確的選擇目標(biāo)像，排除干擾像。如圖2所示，使望遠(yuǎn)鏡光軸與雙棱鏡AB面垂直，要選擇三個反射像中間的那個與叉絲重合，記下此時分光計(jì)角游標(biāo)1、2的讀數(shù)和。逆時針轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡使其光軸與雙棱鏡AC面垂直，選擇四個反射像最左邊的反射像與叉絲重合，這時，記錄下分光計(jì)角游標(biāo)1、2讀數(shù)和，則雙棱鏡銳角：

。

從課堂實(shí)驗(yàn)的操作看，通過對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，在對雙棱鏡各反射像產(chǎn)生的原因和光路進(jìn)行正確分析和判斷基礎(chǔ)上，同學(xué)們均能排除干擾像，正確的選擇目標(biāo)像進(jìn)行雙棱鏡雙銳角的測量。

3 自準(zhǔn)直法測量雙棱鏡折射率

如圖3所示，測量雙棱鏡的折射率時，由，只要測出入射角，利用已經(jīng)測出的，就可以求出折射率。使望遠(yuǎn)鏡光軸與雙棱鏡AB面垂直，這時在望遠(yuǎn)鏡中觀察到小十字絲中間的反射像與叉絲重合，記下此時分光計(jì)角游標(biāo)1、2的讀數(shù)和，轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡使最左邊的反射像與叉絲重合，記錄下此時分光計(jì)角游標(biāo)1、2讀數(shù)和，則入射角：

但課堂教學(xué)發(fā)現(xiàn)，部分同學(xué)的測量雙棱鏡的折射率n的設(shè)計(jì)方案為：

他們的光路圖為圖4。

分析圖4的光路原理，它表示的是當(dāng)望遠(yuǎn)鏡對著雙棱鏡AB面，望遠(yuǎn)鏡目鏡視場中有三個反射像，當(dāng)中間的那個與叉絲重合，即望遠(yuǎn)鏡光軸與雙棱鏡AB面垂直時，AC面的反射光路。在此狀態(tài)下，的確。但是，部分同學(xué)還是沒有深刻理解分光計(jì)自準(zhǔn)直法測量的物理原理。前面已經(jīng)討論過，雙棱鏡的各面對望遠(yuǎn)鏡中小十字絲的入射光的反射角度變化會導(dǎo)致十字絲的反射像的間距變化。當(dāng)轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡使最左邊的反射像與叉絲重合時，左邊的反射像與中間像的夾角已經(jīng)和中間的反射像與叉絲重合時的夾角不同，已經(jīng)變到圖3所示的自準(zhǔn)直狀態(tài)，即。

4 結(jié)語

以學(xué)生為主體，個性化的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，需要同學(xué)們深刻領(lǐng)悟?qū)嶒?yàn)原理，在此基礎(chǔ)上，通過仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)中得到啟發(fā)和創(chuàng)新，提高實(shí)踐動手能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 候秀梅，閆書霞.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].鄭州：鄭州大學(xué)出版社，2010：219-222.

[2] 陳早生，任才貴.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].上海：華東理工大學(xué)出版社，2003：258-260.endprint