- 高中光的衍射大題
以下是一道高中光的衍射大題：
【題目】
一束光通過一個不均勻介質，該介質中存在兩種不同介質的界面。光線在兩種介質中的傳播速度不同，當光線垂直于界面入射時，發現光線在界面上發生了明顯的彎曲，這種現象稱為光的衍射。
已知光在空氣中的波長為λ，兩種介質的折射率分別為n1和n2，其中n1> n2。請根據光的衍射原理和規律，回答下列問題：
(1)證明光在此不均勻介質中是發生了明顯的衍射現象。
(2)若要使光線完全不能通過此不均勻介質，可以通過改變入射角θ或增加光的強度兩種方法來實現。請根據光的衍射規律，討論如何選擇這兩種方法才能使光線完全不能通過此不均勻介質？
(3)在上述不均勻介質中有一束平行于界面入射的光線，光線在界面上發生了明顯的彎曲，請設計一種方法利用衍射原理來探測空氣和介質的分界面。
【解答】
(1)證明：設光線在界面上從空氣中的折射角為r1，介質中的折射角為r2。由題意可知，r1 + r2 = 90°。由光的折射定律可知：n1 = \frac{sin r1}{sin\theta}①，n2 = \frac{sin r2}{sin\theta}②
由于光線發生了明顯的衍射現象，因此光線偏離了原來的直線方向。因此，光在此不均勻介質中是發生了明顯的衍射現象。
(2)若要使光線完全不能通過此不均勻介質，可以通過改變入射角θ來實現。當入射角θ增大時，光線在界面上的彎曲程度增大，即光線在介質中的折射角增大，從而使光線完全不能通過此不均勻介質。因此，可以通過增大入射角θ的方法使光線完全不能通過此不均勻介質。增加光的強度對光線能否通過此不均勻介質沒有影響。
(3)可以利用一束平行于界面入射的光線，通過一個狹縫后觀察光線的衍射圖樣。由于光線在界面上發生了明顯的彎曲，因此當狹縫的寬度很窄時，圖樣就會發生明顯的彎曲。因此可以通過觀察狹縫圖樣的變化來確定空氣和介質的分界面位置。
相關例題：
題目：
某高中科學實驗室正在進行一場關于光的性質的研究。實驗中，實驗者使用單縫和雙縫設備來研究光的衍射現象。他們使用了一個激光器和一個攝像頭來觀察衍射圖案的變化。
1. 當單縫寬度逐漸變窄時，光的衍射圖案會發生什么變化？
2. 雙縫設備產生的衍射圖案與單縫有何不同？
3. 如果實驗條件改變，如光源強度變化或雙縫間距變化，衍射圖案會發生什么變化？
答案：
1. 當單縫寬度逐漸變窄時，光的衍射圖案會變得更加明顯。這是因為單縫越窄，通過單縫的光線越多，衍射效應就越顯著。
2. 雙縫設備產生的衍射圖案與單縫不同。雙縫設備會產生干涉條紋，而不是單縫的衍射圖案。干涉條紋是由兩個相干光源相互疊加產生的。
3. 如果光源強度變化，衍射圖案可能會發生變化。如果光源強度增強，衍射圖案可能會變得更加明亮和清晰。如果光源強度減弱，衍射圖案可能會變得模糊。如果雙縫間距變化，可能會影響干涉條紋的間距和亮度，從而影響衍射圖案。
以上問題旨在考察學生對光的衍射原理和實驗操作的理解和掌握程度。通過回答這些問題，學生可以更好地理解光的衍射現象，并加深對相關物理概念的理解。
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