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綜合試卷第=PAGE1*2-11頁(yè)(共=NUMPAGES1*22頁(yè)) 綜合試卷第=PAGE1*22頁(yè)(共=NUMPAGES1*22頁(yè))PAGE①姓名所在地區(qū)姓名所在地區(qū)身份證號(hào)密封線1.請(qǐng)首先在試卷的標(biāo)封處填寫您的姓名,身份證號(hào)和所在地區(qū)名稱。2.請(qǐng)仔細(xì)閱讀各種題目的回答要求,在規(guī)定的位置填寫您的答案。3.不要在試卷上亂涂亂畫,不要在標(biāo)封區(qū)內(nèi)填寫無(wú)關(guān)內(nèi)容。一、選擇題1.光的折射現(xiàn)象可以用下列哪個(gè)公式描述?
a.\(n_1\sin\theta_1=n_2\sin\theta_2\)
b.\(n_1\sin\theta_1=n_2\cos\theta_2\)
c.\(n_1\cos\theta_1=n_2\sin\theta_2\)
d.\(n_1\cos\theta_1=n_2\cos\theta_2\)
2.在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,為了使干涉條紋間距增大,以下哪種方法最為合適?
a.增大雙縫間距
b.減小雙縫間距
c.增大入射光的波長(zhǎng)
d.減小入射光的波長(zhǎng)
3.在光的偏振實(shí)驗(yàn)中,以下哪種物質(zhì)可以產(chǎn)生偏振光?
a.晶體
b.液體
c.晶體和液體
d.以上都不對(duì)
4.光的反射定律可以用以下哪個(gè)公式描述?
a.\(n_1\sin\theta_1=n_2\sin\theta_2\)
b.\(n_1\cos\theta_1=n_2\cos\theta_2\)
c.\(n_1\sin\theta_1=n_1\cos\theta_2\)
d.\(n_1\sin\theta_1=n_1\cos\theta_2\)
5.下列哪種情況會(huì)導(dǎo)致光的干涉現(xiàn)象?
a.兩束相干光相遇
b.兩束非相干光相遇
c.兩束非相干光與一束相干光相遇
d.兩束相干光與一束非相干光相遇
答案及解題思路:
1.答案:a
解題思路:根據(jù)斯涅爾定律(Snell'sLaw),光的折射現(xiàn)象可以用公式\(n_1\sin\theta_1=n_2\sin\theta_2\)來(lái)描述,其中\(zhòng)(n_1\)和\(n_2\)分別是光在兩種介質(zhì)中的折射率,\(\theta_1\)和\(\theta_2\)分別是入射角和折射角。
2.答案:c
解題思路:在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,干涉條紋間距\(d\)與雙縫間距\(d_s\)和入射光的波長(zhǎng)\(\lambda\)成正比。要使干涉條紋間距增大,可以通過(guò)增大入射光的波長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3.答案:c
解題思路:晶體和液體都可以通過(guò)特定的光學(xué)過(guò)程(如雙折射)產(chǎn)生偏振光。晶體內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)可以導(dǎo)致光波的偏振,而液體中的分子排列也可以引起光的偏振。
4.答案:b
解題思路:光的反射定律可以用公式\(n_1\cos\theta_1=n_2\cos\theta_2\)來(lái)描述,其中\(zhòng)(n_1\)和\(n_2\)分別是入射光和反射光所在介質(zhì)的折射率,\(\theta_1\)和\(\theta_2\)分別是入射角和反射角。
5.答案:a
解題思路:光的干涉現(xiàn)象是由兩束相干光相遇時(shí)產(chǎn)生的。相干光是指頻率相同、相位差恒定的光波。當(dāng)兩束相干光相遇時(shí),它們會(huì)相互疊加,形成干涉條紋。二、填空題1.光在真空中的傳播速度為_(kāi)_______m/s。
答案:3×10^8
解題思路:根據(jù)物理學(xué)的定義,光在真空中的傳播速度是一個(gè)常數(shù),即3×10^8米每秒。
2.折射率表示光在真空中的速度與在介質(zhì)中的速度之比,通常用________表示。
答案:n
解題思路:折射率是描述光在不同介質(zhì)中傳播速度差異的一個(gè)物理量,通常用字母n表示。
3.在光的干涉實(shí)驗(yàn)中,干涉條紋的間距與________有關(guān)。
答案:光波的波長(zhǎng)和光屏到雙縫的距離
解題思路:干涉條紋的間距是由光波的波長(zhǎng)和實(shí)驗(yàn)裝置中光屏到雙縫的距離決定的。
4.光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光具有________性質(zhì)。
答案:橫波性質(zhì)
解題思路:光的偏振現(xiàn)象表明光波的電場(chǎng)振動(dòng)方向是有序的,這是橫波的一個(gè)典型特征。
5.光的反射定律中,入射角與反射角的關(guān)系為_(kāi)_______。
答案:入射角等于反射角
解題思路:根據(jù)光的反射定律,入射光線、反射光線和法線在同一平面內(nèi),且入射角等于反射角。三、判斷題1.光在所有介質(zhì)中的速度都相同。(×)
解題思路:光在不同介質(zhì)中的速度是不同的,這是由于介質(zhì)的折射率不同。在真空中光速最大,約為\(3\times10^8\)米/秒,而在其他介質(zhì)中,如水、玻璃等,光速會(huì)減小。
2.光從空氣進(jìn)入水中時(shí),光的傳播速度會(huì)增加。(×)
解題思路:光從空氣進(jìn)入水中時(shí),由于水的折射率大于空氣的折射率,根據(jù)折射定律,光在水中傳播的速度會(huì)減小。
3.雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,干涉條紋的間距與入射光的波長(zhǎng)成正比。(√)
解題思路:在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,干涉條紋的間距\(\Deltay\)與入射光的波長(zhǎng)\(\lambda\)成正比,即\(\Deltay=\frac{\lambdaD}8hdujy2\),其中\(zhòng)(D\)是屏幕到雙縫的距離,\(d\)是雙縫間距。
4.所有物質(zhì)都能產(chǎn)生偏振光。(×)
解題思路:當(dāng)光波在傳播過(guò)程中遇到某些特定類型的界面(如晶體表面)時(shí),才能產(chǎn)生偏振光。普通光波(如自然光)是由多個(gè)不同方向振動(dòng)的光波組成的,不能直接產(chǎn)生偏振光。
5.光的反射定律中,入射角等于反射角。(√)
解題思路:根據(jù)光的反射定律,當(dāng)光線從一種介質(zhì)射向另一種介質(zhì)時(shí),入射角等于反射角,這是光在界面反射時(shí)的基本規(guī)律。四、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述光的折射現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因。
光的折射現(xiàn)象是指光線從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象。
產(chǎn)生原因:當(dāng)光線從一種介質(zhì)(如空氣)進(jìn)入另一種介質(zhì)(如水或玻璃)時(shí),由于兩種介質(zhì)的折射率不同,光速發(fā)生變化,導(dǎo)致光線傳播方向改變。
2.簡(jiǎn)述光的干涉現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因。
光的干涉現(xiàn)象是指兩束或多束相干光相遇時(shí),在某些區(qū)域相互加強(qiáng),在某些區(qū)域相互減弱的現(xiàn)象。
產(chǎn)生原因:光的干涉現(xiàn)象通常由光的相干性引起,即光波具有相同的頻率和固定的相位差。當(dāng)兩束或多束相干光波相遇時(shí),由于光波的疊加,形成干涉條紋。
3.簡(jiǎn)述光的偏振現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因。
光的偏振現(xiàn)象是指光波的電場(chǎng)矢量在某一特定方向上振動(dòng)的現(xiàn)象。
產(chǎn)生原因:光的偏振現(xiàn)象通常由光波的振動(dòng)方向被限制在某一平面內(nèi)引起,這可以通過(guò)反射、折射或通過(guò)某些光學(xué)元件(如偏振片)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
4.簡(jiǎn)述光的反射定律及其應(yīng)用。
光的反射定律指出,入射角等于反射角,且入射光線、反射光線和法線在同一平面內(nèi)。
應(yīng)用:光的反射定律在光學(xué)儀器的設(shè)計(jì)和制造中具有重要意義,如眼鏡、望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡等。
5.簡(jiǎn)述光的折射率與光速的關(guān)系。
光的折射率是指光在真空中的速度與光在介質(zhì)中的速度之比。
關(guān)系:折射率\(n\)與光速\(v\)的關(guān)系為\(n=\frac{c}{v}\),其中\(zhòng)(c\)是光在真空中的速度。
答案及解題思路:
1.答案:
光的折射現(xiàn)象是指光線從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象。
產(chǎn)生原因:由于不同介質(zhì)的折射率不同,光速發(fā)生變化,導(dǎo)致光線傳播方向改變。
解題思路:
首先定義光的折射現(xiàn)象。
然后解釋折射現(xiàn)象產(chǎn)生的原因,即折射率差異導(dǎo)致光速變化。
2.答案:
光的干涉現(xiàn)象是指兩束或多束相干光相遇時(shí),在某些區(qū)域相互加強(qiáng),在某些區(qū)域相互減弱的現(xiàn)象。
產(chǎn)生原因:光的相干性導(dǎo)致光波具有相同的頻率和固定的相位差,相遇時(shí)發(fā)生干涉。
解題思路:
定義光的干涉現(xiàn)象。
解釋干涉現(xiàn)象產(chǎn)生的原因,即相干光波的疊加。
3.答案:
光的偏振現(xiàn)象是指光波的電場(chǎng)矢量在某一特定方向上振動(dòng)的現(xiàn)象。
產(chǎn)生原因:光波的振動(dòng)方向被限制在某一平面內(nèi),通常通過(guò)反射、折射或光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)。
解題思路:
定義光的偏振現(xiàn)象。
解釋偏振現(xiàn)象產(chǎn)生的原因,即振動(dòng)方向的限制。
4.答案:
光的反射定律指出,入射角等于反射角,且入射光線、反射光線和法線在同一平面內(nèi)。
應(yīng)用:在光學(xué)儀器的設(shè)計(jì)和制造中,如眼鏡、望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡等。
解題思路:
定義光的反射定律。
列舉光的反射定律在光學(xué)儀器中的應(yīng)用。
5.答案:
光的折射率是指光在真空中的速度與光在介質(zhì)中的速度之比。
關(guān)系:折射率\(n=\frac{c}{v}\),其中\(zhòng)(c\)是光在真空中的速度。
解題思路:
定義光的折射率。
給出折射率與光速的關(guān)系公式,并解釋其含義。五、計(jì)算題1.已知光在空氣中的折射率為1.00,求光在水中的折射率。
解答:
光在水中的折射率\(n\)可以通過(guò)以下公式計(jì)算:
\[n=\frac{c}{v}\]
其中\(zhòng)(c\)是光在真空中的速度,約為\(3\times10^8\)m/s,\(v\)是光在水中的速度。
光在水中的速度\(v\)可以通過(guò)光在空氣中的速度\(c\)和空氣的折射率\(n_{\text{air}}\)來(lái)計(jì)算:
\[v=\frac{c}{n_{\text{air}}}\]
已知光在空氣中的折射率\(n_{\text{air}}=1.00\),所以:
\[v=\frac{3\times10^8\text{m/s}}{1.00}=3\times10^8\text{m/s}\]
水中的折射率\(n_{\text{water}}\)可以通過(guò)以下公式計(jì)算:
\[n_{\text{water}}=\frac{c}{v_{\text{water}}}\]
假設(shè)已知光在水中的速度\(v_{\text{water}}\)約為\(2.25\times10^8\)m/s,則:
\[n_{\text{water}}=\frac{3\times10^8\text{m/s}}{2.25\times10^8\text{m/s}}\approx1.33\]
2.在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,已知雙縫間距為0.1mm,入射光的波長(zhǎng)為500nm,求干涉條紋的間距。
解答:
干涉條紋的間距\(\Deltax\)可以通過(guò)以下公式計(jì)算:
\[\Deltax=\frac{\lambdaL}jiz53sj\]
其中\(zhòng)(\lambda\)是光的波長(zhǎng),\(L\)是屏幕到雙縫的距離,\(d\)是雙縫間距。
已知\(\lambda=500\)nm=\(500\times10^{9}\)m,\(d=0.1\)mm=\(0.1\times10^{3}\)m。
假設(shè)已知\(L\)的值,例如\(L=1\)m,則:
\[\Deltax=\frac{500\times10^{9}\text{m}\times1\text{m}}{0.1\times10^{3}\text{m}}=5\times10^{4}\text{m}=0.5\text{mm}\]
3.已知一塊玻璃的折射率為1.5,求光在該玻璃中的傳播速度。
解答:
光在玻璃中的傳播速度\(v\)可以通過(guò)以下公式計(jì)算:
\[v=\frac{c}{n}\]
其中\(zhòng)(c\)是光在真空中的速度,約為\(3\times10^8\)m/s,\(n\)是玻璃的折射率。
已知\(n=1.5\),則:
\[v=\frac{3\times10^8\text{m/s}}{1.5}=2\times10^8\text{m/s}\]
4.已知入射角為30°,求反射角。
解答:
根據(jù)反射定律,反射角等于入射角。因此,反射角也是30°。
5.已知一束光從空氣進(jìn)入水中,入射角為30°,求折射角。
解答:
根據(jù)斯涅爾定律(Snell'sLaw),折射角\(r\)可以通過(guò)以下公式計(jì)算:
\[n_{\text{air}}\sin\theta_{\text{air}}=n_{\text{water}}\sin\theta_{\text{water}}\]
其中\(zhòng)(n_{\text{air}}\)和\(n_{\text{water}}\)分別是空氣和水的折射率,\(\theta_{\text{air}}\)是入射角,\(\theta_{\text{water}}\)是折射角。
已知\(n_{\text{air}}=1.00\),\(n_{\text{water}}\approx1.33\),\(\theta_{\text{air}}=30°\),則:
\[1.00\sin30°=1.33\sin\theta_{\text{water}}\]
\[\sin\theta_{\text{water}}=\frac{1.00\times0.5}{1.33}\approx0.375\]
求出\(\theta_{\text{water}}\):
\[\theta_{\text{water}}=\arcsin(0.375)\approx22.5°\]
答案及解題思路:
1.答案:光在水中的折射率約為1.33。
解題思路:使用光在空氣中的速度和光在水中的速度計(jì)算折射率。
2.答案:干涉條紋的間距約為0.5mm。
解題思路:應(yīng)用雙縫干涉公式計(jì)算條紋間距。
3.答案:光在玻璃中的傳播速度約為\(2\times10^8\)m/s。
解題思路:使用光在真空中的速度和玻璃的折射率計(jì)算光在玻璃中的速度。
4.答案:反射角為30°。
解題思路:根據(jù)反射定律,反射角等于入射角。
5.答案:折射角約為22.5°。
解題思路:應(yīng)用斯涅爾定律計(jì)算光從空氣進(jìn)入水中的折射角。六、論述題1.論述光的干涉現(xiàn)象在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。
光干涉現(xiàn)象是兩束或多束光波相互疊加,由于光波相長(zhǎng)或相消產(chǎn)生的亮暗條紋分布現(xiàn)象。在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中,干涉現(xiàn)象被廣泛應(yīng)用于以下幾個(gè)方面:
(1)光的相干性研究:利用干涉實(shí)驗(yàn)可以觀察和分析光波的相干性,進(jìn)而判斷光源的特性。
(2)波長(zhǎng)測(cè)定:通過(guò)觀察干涉條紋的變化,可以準(zhǔn)確測(cè)量光的波長(zhǎng)。
(3)薄層厚度的測(cè)定:干涉法可以測(cè)量薄膜、透明板等薄膜材料的厚度。
(4)折射率測(cè)量:利用干涉現(xiàn)象測(cè)量光學(xué)介質(zhì)對(duì)光的折射率。
2.論述光的偏振現(xiàn)象在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。
光偏振現(xiàn)象是指光波的振動(dòng)方向受到限制的現(xiàn)象。在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中,光的偏振現(xiàn)象有以下應(yīng)用:
(1)判斷光波的偏振性質(zhì):利用偏振片等設(shè)備觀察光的偏振狀態(tài),從而判斷光波是線性偏振光還是橢圓偏振光等。
(2)光學(xué)材料研究:通過(guò)分析光波的偏振變化,可以研究光學(xué)材料對(duì)光的吸收、散射和透過(guò)等性質(zhì)。
(3)光纖通信:在光纖通信系統(tǒng)中,偏振光束的選擇性可以避免光信號(hào)相互干擾,提高通信質(zhì)量。
3.論述光的反射定律在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。
光的反射定律是光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的基本原理之一。在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中,光的反射定律有以下應(yīng)用:
(1)平面鏡成像:根據(jù)反射定律,可以計(jì)算出平面鏡成像的原理,進(jìn)而設(shè)計(jì)成像系統(tǒng)。
(2)反射式望遠(yuǎn)鏡:利用反射定律,可以將光束從主鏡反射到副鏡,最終形成清晰圖像。
(3)全息成像:利用反射定律,可以將物光波和參考光波在干涉過(guò)程中疊加,形成全息圖像。
4.論述光的折射率在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。
光的折射率是光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)重要參數(shù),在以下實(shí)驗(yàn)中具有重要應(yīng)用:
(1)光纖通信:光纖的折射率是光纖通信的基礎(chǔ),通過(guò)測(cè)量折射率,可以評(píng)估光纖的質(zhì)量和功能。
(2)透鏡成像:透鏡的焦距與材料的折射率密切相關(guān),測(cè)量折射率有助于計(jì)算透鏡的焦距和放大倍數(shù)。
(3)光程差計(jì)算:折射率可以用來(lái)計(jì)算光在介質(zhì)中的傳播路徑和光程差。
5.論述光學(xué)實(shí)驗(yàn)中注意事項(xiàng)及安全操作規(guī)范。
在光學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,為了保證實(shí)驗(yàn)安全和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性,需要注意以下事項(xiàng):
(1)保持實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所的清潔、干燥,防止光學(xué)器件受到污染。
(2)使用光學(xué)器件時(shí),注意手部清潔,避免指紋污染。
(3)調(diào)整光學(xué)器件時(shí),保持細(xì)心和耐心,避免劇烈晃動(dòng)導(dǎo)致器件損壞。
(4)嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)規(guī)程,按照操作規(guī)范進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
(5)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,密切關(guān)注光學(xué)器件的狀態(tài),如有異?,F(xiàn)象,立即停止實(shí)驗(yàn)并檢查原因。
答案及解題思路:
答案:
1.光的干涉現(xiàn)象在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用:研究光波的相干性、測(cè)量光的波長(zhǎng)、測(cè)量薄膜、透明板的厚度、測(cè)量光學(xué)介質(zhì)對(duì)光的折射率等。
2.光的偏振現(xiàn)象在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用:判斷光波的偏振性質(zhì)、研究光學(xué)材料、光纖通信等。
3.光的反射定律在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用:平面鏡成像、反射式望遠(yuǎn)鏡、全息成像等。
4.光的折射率在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用:光纖通信、透鏡成像、光程差計(jì)算等。
5.光學(xué)實(shí)驗(yàn)中注意事項(xiàng)及安全操作規(guī)范:保持實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所清潔、干燥;使用光學(xué)器件時(shí),注意手部清潔;調(diào)整光學(xué)器件時(shí),保持細(xì)心、耐心;嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)規(guī)程;密切關(guān)注光學(xué)器件狀態(tài),發(fā)覺(jué)異常立即停止實(shí)驗(yàn)并檢查原因。
解題思路:
對(duì)于每一項(xiàng)論述題,首先要了解題目中涉及到的光學(xué)原理和實(shí)驗(yàn)應(yīng)用,然后結(jié)合具體實(shí)例進(jìn)行闡述。在回答過(guò)程中,注意以下幾點(diǎn):
1.提及與題目相關(guān)的光學(xué)原理,如干涉、偏振、反射、折射等。
2.結(jié)合實(shí)例說(shuō)明光學(xué)實(shí)驗(yàn)中該原理的應(yīng)用,如光纖通信、成像系統(tǒng)、材料研究等。
3.在回答注意事項(xiàng)及安全操作規(guī)范時(shí),從實(shí)驗(yàn)安全、結(jié)果準(zhǔn)確性和設(shè)備保護(hù)等方面進(jìn)行分析。七、應(yīng)用題1.如何通過(guò)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證光的波動(dòng)性質(zhì)?
實(shí)驗(yàn)原理:雙縫干涉實(shí)驗(yàn)是托馬斯·楊在1801年提出的實(shí)驗(yàn),用以證明光具有波動(dòng)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)中,光通過(guò)兩個(gè)窄縫,在屏幕上形成干涉條紋,這些條紋是相鄰波峰和波谷相遇時(shí)相互增強(qiáng)和相互抵消的結(jié)果。
實(shí)驗(yàn)步驟:
準(zhǔn)備一個(gè)光源(如激光器)、兩個(gè)相距很近的窄縫、一個(gè)屏幕和一個(gè)光具座。
調(diào)整光源、雙縫和屏幕的位置,使得從雙縫發(fā)出的光能夠投射到屏幕上。
觀察屏幕上的條紋,記錄下亮暗條紋的位置和間距。
實(shí)驗(yàn)答案:
答案:通過(guò)觀察屏幕上的干涉條紋,可以驗(yàn)證光的波動(dòng)性質(zhì)。當(dāng)雙縫間距、光源波長(zhǎng)和屏幕距離滿足特定關(guān)系時(shí),干涉條紋將會(huì)形成。
解題思路:
解答本題需了解光的干涉原理和實(shí)驗(yàn)設(shè)置。
保證光源是相干光源,兩個(gè)縫的間距適當(dāng),屏幕距離適當(dāng)。
觀察和記錄條紋間距和分布,分析其符合波動(dòng)干涉的規(guī)律。
2.如何通過(guò)偏振實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證光的偏振性質(zhì)?
實(shí)驗(yàn)原理:偏振實(shí)驗(yàn)可以證明光波的振動(dòng)方向。當(dāng)光波通過(guò)某些特定材料時(shí),其振動(dòng)方向?qū)⑾抻谀骋黄矫鎯?nèi)。
實(shí)驗(yàn)步驟:
準(zhǔn)備一個(gè)偏振片、一個(gè)光源和一個(gè)屏幕。
調(diào)整偏振片的位置,使其與光源的振動(dòng)方向一致。
觀察屏幕上的光強(qiáng)度變化,記錄下光強(qiáng)度最強(qiáng)的方向。
實(shí)驗(yàn)答案:
答案:通過(guò)偏振片可以驗(yàn)證光的偏振性質(zhì)。當(dāng)偏振片的透光方向與光波的振動(dòng)方向一致時(shí),光強(qiáng)度達(dá)到最大。
解題思路:
解答
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