Задание 2. Определение линейной и угловой дисперсии спектрографа.

Линейная и угловая дисперсии являются важными характеристиками спектральных приборов. Линейная дисперсия D* показывает какой интервал длин волн приходится на единицу длины спектра, т.е. D* = d/dx. Угловая дисперсия D показывает на какой угол в спектральном приборе разделяются световые потоки, отличающиеся на единицу длины волны, т.е. D = d/d. Угловая дисперсия определяется дисперсией призмы, а линейная дисперсия еще и фокусным расстоянием камерного объектива прибора. На рис. 2 показано преломление призмой параллельного пучка света, состоящего из двух волн с длинами ₁ и ₂ и формирование изображения спектральных линий в фокальной плоскости

камерного объектива F₁. При использовании объектива с несколько большим фокусным расстоянием спектральные линии будут располагаться в плоскости F₂ на расстоянии dx₂, которое больше, чем dx₁. Таким образом, увеличение фокусного расстояния f камерного объектива увеличивает линейную дисперсию, но не изменяет угловую дисперсию спектрального прибора. Из рис. 2 следует, что , откуда D* =f D.

Рис. 3. Оптическая схема спектрографа ИСП-51.

1 - источник излучения; 2 - осветительная система; 3 - входная щель; 4 - объектив коллиматора; 5 - призменная диспергирующая система; 6 - камерный объектив; 7 - плоскость резкого изображения спектра.

В спектрографе ИСП-51 для увеличения дисперсии вместо одной призмы одновременно используется несколько сложных призм (рис. 3). Данная трехпризменная система, построена по схеме Фестерлинга. Она обеспечивает прохождение вдоль оси прибора луча любой длины волны в минимуме отклонения. Это достигается согласованным поворотом каждой из трех призм.

1. Используя градуировочный график спектрографа, вычислите его линейную дисперсию. Для этого разбейте шкалу длин волн на малые участки определите соответствующие интервалы x. Для центров этих участков вычислите D* = /x.

2. Результаты вычислений представьте графически как функцию D*=f(). Объясните причину нелинейности графика.

3. Фокусное расстояние камерного объектива f указано на кассетной плоскости спектрографа. Постройте график зависимости угловой дисперсии от длины волны, используя соотношение D* = f D.

Задание 3. Наблюдение спектров поглощения различных веществ.

1. Включите лампу накаливания. С помощью линзы-конденсора сфокусируйте излучение лампы на входной щели спектрального прибора. Установите ширину щели примерно 0,5 мм. Аккуратным перемещением спектроскопа относительно светового пучка добейтесь появления на матовой пластинке яркой сплошной радужной полосы - т.е. спектра лампы накаливания.

2. Помещая на пути светового пучка поочередно кюветы с растворами солей и стеклянные фильтры, кристаллы, имеющиеся в комплекте лабораторной установки, определите диапазоны поглощаемых длин волн. Результаты наблюдений представьте в виде таблицы «Вещество-Полосы поглощения (нм)». Обратите внимание на связь между цветом веществ и их спектрами поглощения.

3. Сравните между собой спектры поглощения фильтров из пластиковых пленок голубого и зеленого цветов. Найдите причину различия в их цвете.