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摘要 分光计是测量平行光偏转角度的仪器,它的调节对学生来说相对较难。对分光计的教学提出4点改进措施:分类列表辅助讲解、借助仪器测量调节、加强望远镜外的观察调节、改进调节手段避免环境对调节的影响。
关键词 分光计;教学;改进
中图分类号:G642.423 文献标识码:B 文章编号:1671-489X(2010)09-0099-02
Improvement of Spectrometer Experiment Teaching//Han Zhe, Huang Hongyun
Abstract Spectrometer is the instrument to measure the angle of deflection of parallel light. How to adjust is difficult for students. It puts forward four suggestions for the improvement of spectrometer teaching. They are: to use tabulation in teaching, to adjust by using measuring instrument, to strengthen the observing regulation of telescope, to improve the ways of regulation in order to avoid the environmental influences.
Key words spectrometer; teaching; improvement
Author’s address Foundation Department, Tangshan College, Tangshan, Hebei, China 063000
分光计是一种精确测量平行光偏转角度的光学仪器,它可以测定反射角、折射角、衍射角等。一些光学量则可通过测量相关角度来确定,如三棱镜顶角、折射率等。因此,分光计的调整和使用是大学物理实验课程中重点讲授的一个基本实验。但由于分光计结构复杂,原理不直观,操作步骤繁多,调节精度要求高,所以如何让学生在2个学时内深刻理解并且完全掌握,对授课教师来讲是一个考验。笔者通过教学实践,摸索出一些教学方法的改进措施。
1 列表对比讲解分光计各部件的结构及功能
分光计结构复杂,仅调节螺钉就有17个之多,它们的位置功能各不相同,教师在讲授时一般是按它们所在仪器部件的顺序结合仪器分别介绍。但由于内容太多太杂,学生感觉混乱,能够记住的不多,到用的时候就更找不到,甚至忘了还有具此功能的调节螺钉。为此,课前先将各调节螺钉的名称、功能、位置归纳起来,并将功能近似的螺钉对比列入表中紧邻的位置。如调节上下位置的螺钉包括平行光管和望远镜筒俯仰调节螺钉各1个、载物台调平螺钉3个,共5个螺钉,这些都是用来调节铅直面方位的,笔者就把它们摆放到紧邻的位置,归纳为一大类,并在功能上注明其所调节的部件,让学生学习时对比着学,操作时对比着看,起到一目了然、举一反三的效果。同時又把调节水平面方位的螺钉、锁紧各部位的螺钉分门别类。
课上介绍仪器时先介绍分光计各部件,使学生对分光计有一个总体的认识,再对照列表介绍各调节螺钉的功能,让学生逐个认识各螺钉,同时又相当于复习了各部件。学生做实验时可以参考黑板上的列表,边做边对照复习,逐渐弄清各部件的构造及功能,从而在更短的时间内学会使用分光计。
2 借助简单仪器进行分光计的调节
学生做实验时往往急于求成,忽略对仪器的目测粗调这一步骤,实验刚开始就对着望远镜筒找平面镜反射回来的绿十字像,直接进入细调环节;有的学生虽然进行了目测粗调,但由于只靠眼睛看,没有参照物作为标准,调节达不到理想的效果。这些直接造成以后的调节越调越乱,加大了调整的难度,直至完不成实验。
以往的教学中目测粗调是用眼睛看,将望远镜和平行光管对成直线(即调节望远镜和平行光管共轴),将载物台、望远镜和平行光管调成水平(即调节载物台、望远镜和平行光管与分光计主轴垂直)。现在,为学生提供水平仪和米尺,改目测粗调为仪器测量。首先,用水平仪检查桌面,将分光计放在桌面最平整的位置,保证分光计的主轴垂直。其次,将水平仪放到载物台上,调节载物台下的3个调平螺钉,使载物台的基座各处均处于同一水平高度,即载物台水平。再次,用米尺作为基准调节望远镜和平行光管上下左右位置,使其成一条直线(即两者光轴共线)。最后将水平仪分别放到望远镜和平行光管2个不同位置,调节它们水平。实验中米尺与水平仪结合使用,反复调节,直至达到调节要求。
3 分光计细调时需随时从望远镜外进行观察
目测粗调进行完之后,一般在望远镜筒内即可看到平面镜反射回来的绿十字像,可以进行下一步的细调了。但有的学生由于前期调节精度不高也可能找不到像,这时可让其结合从望远镜外的观察来调整仪器:用眼睛沿望远镜筒边缘外侧观察平面境内是否有绿十字像,若有,即眼睛能够看到像,而望远镜却不能接收到像,说明望远镜不够水平,需再调节其俯仰螺钉;若无,则说明载物台不够水平,其上的平面镜不能将光线沿原路反射回来,则需调节载物台3个调平螺钉。
在望远镜内能够成功观察到载物台上平面镜两面反射回的绿十字像后,后面的调节按传统教学方法进行讲授,学生在不出错的情况下一般都能很快将分光计调好。但有的学生由于初次接触分光计,经常不小心用错调节螺钉,致使前面的调节已被打乱,他还在毫不知情的情况下调节,越调越乱。比如有的学生调节载物台时弄混了载物台下的3个调平螺钉,致使载物台严重不平,目测已经是歪斜了,从望远镜内细微调节根本不可能再调回来,只能从镜外再调。所以经常提醒学生细调只能对仪器进行微小的改动,差得太多还得从望远镜外观察调节。如果分光计状况与教师说的不符,就要随时离开望远镜内的观察,而从镜外整体上检查分光计是否还能够达到目测的要求。
4 改进调节手段,避免环境对调节的影响
实验室的地面、桌面是不可能完全水平的,可以靠水平仪来选择最平整的位置来放置分光计。另外在调节上也可采用“返来复去”法来避免桌面不平:即细调调节载物台时学生记住载物台是从哪一边转过180°的,再转回来时还从刚才转过的那一边往回转,避免总是朝一个方向转而由于桌面不平产生螺旋误差。
此外为了使学生能够清晰地观察到平面镜反射的绿十字像,要求实验环境的光线适中,所以近年来逐步改善实验室的光线条件,安装窗帘盒,更换光学窗帘,使实验效果更加完美。
将以上改进措施应用到实验教学中,学生一般都能掌握分光计的调节和使用,从而能按时自主完成实验,明显提高分光计这个实验的教学效果。
关键词 分光计;教学;改进
中图分类号:G642.423 文献标识码:B 文章编号:1671-489X(2010)09-0099-02
Improvement of Spectrometer Experiment Teaching//Han Zhe, Huang Hongyun
Abstract Spectrometer is the instrument to measure the angle of deflection of parallel light. How to adjust is difficult for students. It puts forward four suggestions for the improvement of spectrometer teaching. They are: to use tabulation in teaching, to adjust by using measuring instrument, to strengthen the observing regulation of telescope, to improve the ways of regulation in order to avoid the environmental influences.
Key words spectrometer; teaching; improvement
Author’s address Foundation Department, Tangshan College, Tangshan, Hebei, China 063000
分光计是一种精确测量平行光偏转角度的光学仪器,它可以测定反射角、折射角、衍射角等。一些光学量则可通过测量相关角度来确定,如三棱镜顶角、折射率等。因此,分光计的调整和使用是大学物理实验课程中重点讲授的一个基本实验。但由于分光计结构复杂,原理不直观,操作步骤繁多,调节精度要求高,所以如何让学生在2个学时内深刻理解并且完全掌握,对授课教师来讲是一个考验。笔者通过教学实践,摸索出一些教学方法的改进措施。
1 列表对比讲解分光计各部件的结构及功能
分光计结构复杂,仅调节螺钉就有17个之多,它们的位置功能各不相同,教师在讲授时一般是按它们所在仪器部件的顺序结合仪器分别介绍。但由于内容太多太杂,学生感觉混乱,能够记住的不多,到用的时候就更找不到,甚至忘了还有具此功能的调节螺钉。为此,课前先将各调节螺钉的名称、功能、位置归纳起来,并将功能近似的螺钉对比列入表中紧邻的位置。如调节上下位置的螺钉包括平行光管和望远镜筒俯仰调节螺钉各1个、载物台调平螺钉3个,共5个螺钉,这些都是用来调节铅直面方位的,笔者就把它们摆放到紧邻的位置,归纳为一大类,并在功能上注明其所调节的部件,让学生学习时对比着学,操作时对比着看,起到一目了然、举一反三的效果。同時又把调节水平面方位的螺钉、锁紧各部位的螺钉分门别类。
课上介绍仪器时先介绍分光计各部件,使学生对分光计有一个总体的认识,再对照列表介绍各调节螺钉的功能,让学生逐个认识各螺钉,同时又相当于复习了各部件。学生做实验时可以参考黑板上的列表,边做边对照复习,逐渐弄清各部件的构造及功能,从而在更短的时间内学会使用分光计。
2 借助简单仪器进行分光计的调节
学生做实验时往往急于求成,忽略对仪器的目测粗调这一步骤,实验刚开始就对着望远镜筒找平面镜反射回来的绿十字像,直接进入细调环节;有的学生虽然进行了目测粗调,但由于只靠眼睛看,没有参照物作为标准,调节达不到理想的效果。这些直接造成以后的调节越调越乱,加大了调整的难度,直至完不成实验。
以往的教学中目测粗调是用眼睛看,将望远镜和平行光管对成直线(即调节望远镜和平行光管共轴),将载物台、望远镜和平行光管调成水平(即调节载物台、望远镜和平行光管与分光计主轴垂直)。现在,为学生提供水平仪和米尺,改目测粗调为仪器测量。首先,用水平仪检查桌面,将分光计放在桌面最平整的位置,保证分光计的主轴垂直。其次,将水平仪放到载物台上,调节载物台下的3个调平螺钉,使载物台的基座各处均处于同一水平高度,即载物台水平。再次,用米尺作为基准调节望远镜和平行光管上下左右位置,使其成一条直线(即两者光轴共线)。最后将水平仪分别放到望远镜和平行光管2个不同位置,调节它们水平。实验中米尺与水平仪结合使用,反复调节,直至达到调节要求。
3 分光计细调时需随时从望远镜外进行观察
目测粗调进行完之后,一般在望远镜筒内即可看到平面镜反射回来的绿十字像,可以进行下一步的细调了。但有的学生由于前期调节精度不高也可能找不到像,这时可让其结合从望远镜外的观察来调整仪器:用眼睛沿望远镜筒边缘外侧观察平面境内是否有绿十字像,若有,即眼睛能够看到像,而望远镜却不能接收到像,说明望远镜不够水平,需再调节其俯仰螺钉;若无,则说明载物台不够水平,其上的平面镜不能将光线沿原路反射回来,则需调节载物台3个调平螺钉。
在望远镜内能够成功观察到载物台上平面镜两面反射回的绿十字像后,后面的调节按传统教学方法进行讲授,学生在不出错的情况下一般都能很快将分光计调好。但有的学生由于初次接触分光计,经常不小心用错调节螺钉,致使前面的调节已被打乱,他还在毫不知情的情况下调节,越调越乱。比如有的学生调节载物台时弄混了载物台下的3个调平螺钉,致使载物台严重不平,目测已经是歪斜了,从望远镜内细微调节根本不可能再调回来,只能从镜外再调。所以经常提醒学生细调只能对仪器进行微小的改动,差得太多还得从望远镜外观察调节。如果分光计状况与教师说的不符,就要随时离开望远镜内的观察,而从镜外整体上检查分光计是否还能够达到目测的要求。
4 改进调节手段,避免环境对调节的影响
实验室的地面、桌面是不可能完全水平的,可以靠水平仪来选择最平整的位置来放置分光计。另外在调节上也可采用“返来复去”法来避免桌面不平:即细调调节载物台时学生记住载物台是从哪一边转过180°的,再转回来时还从刚才转过的那一边往回转,避免总是朝一个方向转而由于桌面不平产生螺旋误差。
此外为了使学生能够清晰地观察到平面镜反射的绿十字像,要求实验环境的光线适中,所以近年来逐步改善实验室的光线条件,安装窗帘盒,更换光学窗帘,使实验效果更加完美。
将以上改进措施应用到实验教学中,学生一般都能掌握分光计的调节和使用,从而能按时自主完成实验,明显提高分光计这个实验的教学效果。