- 高中光的衍射大题
以下是一道高中光的衍射大题：
【题目】
一束光通过一个不均匀介质，该介质中存在两种不同介质的界面。光线在两种介质中的传播速度不同，当光线垂直于界面入射时，发现光线在界面上发生了明显的弯曲，这种现象称为光的衍射。
已知光在空气中的波长为λ，两种介质的折射率分别为n1和n2，其中n1> n2。请根据光的衍射原理和规律，回答下列问题：
(1)证明光在此不均匀介质中是发生了明显的衍射现象。
(2)若要使光线完全不能通过此不均匀介质，可以通过改变入射角θ或增加光的强度两种方法来实现。请根据光的衍射规律，讨论如何选择这两种方法才能使光线完全不能通过此不均匀介质？
(3)在上述不均匀介质中有一束平行于界面入射的光线，光线在界面上发生了明显的弯曲，请设计一种方法利用衍射原理来探测空气和介质的分界面。
【解答】
(1)证明：设光线在界面上从空气中的折射角为r1，介质中的折射角为r2。由题意可知，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
由于光线发生了明显的衍射现象，因此光线偏离了原来的直线方向。因此，光在此不均匀介质中是发生了明显的衍射现象。
(2)若要使光线完全不能通过此不均匀介质，可以通过改变入射角θ来实现。当入射角θ增大时，光线在界面上的弯曲程度增大，即光线在介质中的折射角增大，从而使光线完全不能通过此不均匀介质。因此，可以通过增大入射角θ的方法使光线完全不能通过此不均匀介质。增加光的强度对光线能否通过此不均匀介质没有影响。
(3)可以利用一束平行于界面入射的光线，通过一个狭缝后观察光线的衍射图样。由于光线在界面上发生了明显的弯曲，因此当狭缝的宽度很窄时，图样就会发生明显的弯曲。因此可以通过观察狭缝图样的变化来确定空气和介质的分界面位置。
相关例题：
题目：
某高中科学实验室正在进行一场关于光的性质的研究。实验中，实验者使用单缝和双缝设备来研究光的衍射现象。他们使用了一个激光器和一个摄像头来观察衍射图案的变化。
1. 当单缝宽度逐渐变窄时，光的衍射图案会发生什么变化？
2. 双缝设备产生的衍射图案与单缝有何不同？
3. 如果实验条件改变，如光源强度变化或双缝间距变化，衍射图案会发生什么变化？
答案：
1. 当单缝宽度逐渐变窄时，光的衍射图案会变得更加明显。这是因为单缝越窄，通过单缝的光线越多，衍射效应就越显著。
2. 双缝设备产生的衍射图案与单缝不同。双缝设备会产生干涉条纹，而不是单缝的衍射图案。干涉条纹是由两个相干光源相互叠加产生的。
3. 如果光源强度变化，衍射图案可能会发生变化。如果光源强度增强，衍射图案可能会变得更加明亮和清晰。如果光源强度减弱，衍射图案可能会变得模糊。如果双缝间距变化，可能会影响干涉条纹的间距和亮度，从而影响衍射图案。
以上问题旨在考察学生对光的衍射原理和实验操作的理解和掌握程度。通过回答这些问题，学生可以更好地理解光的衍射现象，并加深对相关物理概念的理解。
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