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文檔簡介
板塊一專題突破復(fù)習(xí)[知識(shí)建構(gòu)][高考調(diào)研]1.考查方向:高考對本部分的考查熱點(diǎn):①波的圖象.②波長、波速和頻率及其相互關(guān)系.③光的折射及全反射.④光的干涉、衍射及雙縫干涉實(shí)驗(yàn).⑤簡諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及振動(dòng)圖象.⑥電磁波的有關(guān)性質(zhì).2.常用的思想方法:①波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向的互判方法.②波動(dòng)問題出現(xiàn)多解的處理方法.③光的全反射問題的處理方法.[答案](1)自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)和共振的關(guān)系比較(2)波動(dòng)圖象和振動(dòng)圖象異同點(diǎn)對比(3)全反射的條件:①光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì);②入射角大于或等于臨界角.(4)光的干涉和衍射的比較考向一振動(dòng)與波動(dòng)的綜合應(yīng)用[歸納提煉]求解波動(dòng)圖象與振動(dòng)圖象綜合類問題可采用“一分、一看、二找”的方法1.分清振動(dòng)圖象與波動(dòng)圖象.此問題最簡單,只要看清橫坐標(biāo)即可,橫坐標(biāo)為x則為波動(dòng)圖象,橫坐標(biāo)為t則為振動(dòng)圖象.2.看清橫、縱坐標(biāo)的單位.尤其要注意單位前的數(shù)量級.3.找準(zhǔn)波動(dòng)圖象對應(yīng)的時(shí)刻.4.找準(zhǔn)振動(dòng)圖象對應(yīng)的質(zhì)點(diǎn).(多選)(2017·全國卷Ⅲ)如圖,一列簡諧橫波沿x軸正方向傳播,實(shí)線為t=0時(shí)的波形圖,虛線為t=0.5s時(shí)的波形圖.已知該簡諧波的周期大于0.5s.關(guān)于該簡諧波,下列說法正確的是________.A.波長為2mB.波速為6m/sC.頻率為1.5HzD.t=1s時(shí),x=1m處的質(zhì)點(diǎn)處于波峰E.t=2s時(shí),x=2m處的質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過平衡位置解法一:用波向x正方向勻速運(yùn)動(dòng)求解.[思路點(diǎn)撥]抓住簡諧橫波在同一均勻介質(zhì)中勻速運(yùn)動(dòng)、波形整體向前推進(jìn)的特點(diǎn)求解。從圖1可知,虛線是左邊實(shí)線向x正方向推進(jìn)eq\f(3λ,4)所致,從而求出波速和x=1m、x=2m處質(zhì)點(diǎn)在不同時(shí)刻的位置.[解析]由圖得波長為λ=4m,A選項(xiàng)不正確。因該簡諧波的周期T>0.5s,說明波的運(yùn)動(dòng)不到一波長.由圖1可知,波的位移為Δx=eq\f(3λ,4)=3m所以波速v=eq\f(s,t)=eq\f(3,0.5)m/s=6m/s,選項(xiàng)B正確.由v=eq\f(λ,T)得T=eq\f(2,3)s所以,頻率f=eq\f(1,T)=1.5Hz,選項(xiàng)C正確.由Δx=vt,t=1s時(shí),Δx=6m,C處的②號(hào)波谷來到了x=1m的B處,所以x=1m處的質(zhì)點(diǎn)處于波谷,選項(xiàng)D不正確.同理,t=2s時(shí),Δx1=vt=12m,距離x=2m左邊12m的波形(圖中沒有畫出),來到了x=2m位置,所以x=2m處的質(zhì)點(diǎn)正經(jīng)過平衡位置往y軸正方向運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)E正確.解法二:用波運(yùn)動(dòng)而質(zhì)點(diǎn)只是在平衡位置振動(dòng)求解.[思路點(diǎn)撥]抓住特殊質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)與波形的對應(yīng)關(guān)系特點(diǎn)求解.在波的傳播過程中,質(zhì)點(diǎn)并沒有隨波逐流.波向x正方向傳播eq\f(3λ,4)所需時(shí)間剛好是eq\f(3T,4),eq\f(T,4)時(shí)間內(nèi)處于波峰的質(zhì)點(diǎn)來到平衡位置向y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng).eq\f(3T,4)時(shí)間波峰處質(zhì)點(diǎn)經(jīng)歷了從波峰到平衡位置,再從平衡位置到波谷,又從波谷到平衡位置向上.從而確定各質(zhì)點(diǎn)在各時(shí)刻的位置.[解析]由圖2得波長為λ=4m,選項(xiàng)A不正確.因該簡諧波的周期T>0.5s,說明波的運(yùn)動(dòng)還不到一個(gè)波長.由圖可知,波的位移Δx=eq\f(3λ,4).所以相應(yīng)的時(shí)間t=0.5s=eq\f(3T,4),則T=eq\f(2,3)s,頻率f=eq\f(1,T)=1.5Hz,選項(xiàng)C正確.所以波速v=eq\f(λ,T)=eq\f(4,\f(2,3))m/s=6m/s,選項(xiàng)B正確.t=0s時(shí),x=1m處的質(zhì)點(diǎn)正處于波峰,將要往y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng).經(jīng)eq\f(T,4)來到平衡位置往y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng);經(jīng)eq\f(2T,4)到波谷;eq\f(3T,4)時(shí)來到平衡位置沿y軸正方向運(yùn)動(dòng).所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤.x=2m處的質(zhì)點(diǎn)在t=0s時(shí),正經(jīng)過平衡位置往y軸正方向運(yùn)動(dòng).t=2s,由n=eq\f(t,T)可得n=eq\f(t,T)=eq\f(2,\f(2,3))=3即再經(jīng)過3個(gè)整周期,質(zhì)點(diǎn)仍在原位置.故選項(xiàng)E正確.[答案]BCE[熟練強(qiáng)化]1.(多選)(2017·河北正定模擬)如圖所示,有一列減幅傳播的簡諧橫波,x=0與x=75m處的A、B兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象分別如圖中實(shí)線與虛線所示.則這列波的()A.A點(diǎn)處波長是10cm,B點(diǎn)處波長是5cmB.周期一定都是2×10-2sC.t=0.0125s時(shí)刻,兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度方向相反D.傳播速度一定是600m/sE.A質(zhì)點(diǎn)的振幅是B質(zhì)點(diǎn)的振幅的2倍[解析]由A、B兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象可知兩質(zhì)點(diǎn)的周期均為2×10-2s,所以B項(xiàng)正確;再由振動(dòng)圖象知t=0時(shí),質(zhì)點(diǎn)A在平衡位置且向上振動(dòng),B處在波峰,則有75m=eq\f(3,4)λ+nλ(n=0、1、2、3…),解得λ=eq\f(300,4n+3)m(n=0、1、2、3…),所以A項(xiàng)錯(cuò);在t=0.0125s=eq\f(5,8)T時(shí),質(zhì)點(diǎn)A向下振動(dòng),B向上振動(dòng),所以C項(xiàng)正確;波的傳播速度v=eq\f(λ,T)=eq\f(15000,4n+3)m/s(n=0、1、2、3…),有多種可能,D項(xiàng)錯(cuò);由圖可知質(zhì)點(diǎn)A的振幅為10cm,質(zhì)點(diǎn)B的振幅為5cm,所以E項(xiàng)正確.[答案]BCE2.(多選)(2017·河南六市一聯(lián))某橫波在介質(zhì)中沿x軸傳播,圖甲為t=0.75s時(shí)的波形圖,圖乙為P點(diǎn)(x=1.5m處的質(zhì)點(diǎn))的振動(dòng)圖象,那么下列說法正確的是()A.該波向左傳播,波速為2m/sB.質(zhì)點(diǎn)L與質(zhì)點(diǎn)N的運(yùn)動(dòng)方向總相反C.t=1.0s時(shí),質(zhì)點(diǎn)P處于平衡位置,并正在往y軸正方向運(yùn)動(dòng)D.在0.5s時(shí)間內(nèi),質(zhì)點(diǎn)P向右運(yùn)動(dòng)了1mE.若該波波長增大,則更容易發(fā)生明顯的衍射[解析]由乙圖可知T=2s,且P質(zhì)點(diǎn)在0.75s時(shí)向y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng),結(jié)合甲圖可知該波向左傳播,由圖甲知λ=4m,則波速v=eq\f(λ,T)=2m/s,A項(xiàng)正確.由圖甲可知,質(zhì)點(diǎn)L和質(zhì)點(diǎn)N的平衡位置相距eq\f(1,2)λ,則質(zhì)點(diǎn)L與質(zhì)點(diǎn)N的運(yùn)動(dòng)方向總相反,B項(xiàng)正確.由圖乙可知t=1.0s時(shí),質(zhì)點(diǎn)P處于平衡位置,并正在往y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng),C項(xiàng)錯(cuò)誤.波動(dòng)過程中各質(zhì)點(diǎn)只在各自的平衡位置附近振動(dòng),并不隨波遷移,D項(xiàng)錯(cuò)誤.由發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件可知,E項(xiàng)正確.[答案]ABE判斷波的傳播方向和質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向的方法考向二光的折射和全反射[歸納提煉]1.求解光的折射問題時(shí)應(yīng)掌握以下幾點(diǎn)(1)光的折射現(xiàn)象遵守折射定律;光從真空射入某種介質(zhì),入射角的正弦與折射角的正弦之比,叫做介質(zhì)的折射率.eq\f(sinθ1,sinθ2)=n,實(shí)驗(yàn)證明:n=eq\f(c,v).(2)光線照射到棱鏡的一個(gè)側(cè)面上時(shí),經(jīng)兩個(gè)側(cè)面折射后,出射光線向棱鏡的底邊偏折.白光通過三棱鏡后,出射光束變?yōu)榧t、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七色光的光束,這種現(xiàn)象叫光的色散.(3)在解決光的折射問題時(shí),應(yīng)根據(jù)題意作出光路圖,找出入射角和折射角,并注意光路是可逆的.靈活運(yùn)用幾何知識(shí)和三角函數(shù)的知識(shí)解決幾何光學(xué)問題,然后應(yīng)用公式來求解.2.分析光的全反射、臨界角問題的一般思路(1)畫出恰好發(fā)生全反射的光路.(2)利用幾何知識(shí)分析邊、角關(guān)系,找出臨界角.(3)以剛好發(fā)生全反射的光線為比較對象來判斷光線是否發(fā)生全反射,從而畫出其他光線的光路圖.(2017·全國卷Ⅰ)如圖,一玻璃工件的上半部是半徑為R的半球體,O點(diǎn)為球心;下半部是半徑為R、高為2R的圓柱體,圓柱體底面鍍有反射膜.有一平行于中心軸OC的光線從半球面射入,該光線與OC之間的距離為0.6R.已知最后從半球面射出的光線恰好與入射光線平行(不考慮多次反射).求該玻璃的折射率.[思路路線][解析]如圖,根據(jù)光路的對稱性和光路可逆性,與入射光線相對于OC軸對稱的出射光線一定與入射光線平行.這樣,從半球面射入的折射光線,將從圓柱體底面中心C點(diǎn)反射.設(shè)光線在半球面的入射角為i,折射角為r.由折射定律有sini=nsinr①由正弦定理有eq\f(sinr,2R)=eq\f(sini-r,R)②由幾何關(guān)系,入射點(diǎn)的法線與OC的夾角為i.由題設(shè)條件和幾何關(guān)系有sini=eq\f(L,R)③式中L是入射光線與OC的距離.由②③式和題給數(shù)據(jù)得sinr=eq\f(6,\r(205))④由①③④式和題給數(shù)據(jù)得n=eq\r(2.05)≈1.43[答案]1.43光的折射和全反射問題的解題技巧(1)在解決光的折射問題時(shí),應(yīng)根據(jù)題意分析光路,即畫出光路圖,找出入射角和折射角,然后應(yīng)用公式來求解,找出臨界光線往往是解題的關(guān)鍵.(2)分析全反射問題時(shí),先確定光是否由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)、入射角是否大于臨界角,若不符合全反射的條件,則再由折射定律和反射定律確定光的傳播情況.(3)在處理光的折射和全反射類型的題目時(shí),根據(jù)折射定律及全反射的條件準(zhǔn)確作出幾何光路圖是基礎(chǔ),利用幾何關(guān)系、折射定律是關(guān)鍵.[熟練強(qiáng)化]遷移一折射定律的應(yīng)用1.一直桶狀容器的高為2l,底面是邊長為l的正方形;容器內(nèi)裝滿某種透明液體,過容器中心軸DD′、垂直于左右兩側(cè)面的剖面圖如圖所示.容器右側(cè)內(nèi)壁涂有反光材料,其他內(nèi)壁涂有吸光材料.在剖面的左下角處有一點(diǎn)光源,已知由液體上表面的D點(diǎn)射出的兩束光線相互垂直,求該液體的折射率.[解析]設(shè)從光源發(fā)出直接射到D點(diǎn)的光線的入射角為i1,折射角為r1.在剖面內(nèi)作光源相對于反光壁的鏡像對稱點(diǎn)C,連接C、D,交反光壁于E點(diǎn),由光源射向E點(diǎn)的光線,反射后沿ED射向D點(diǎn).光線在D點(diǎn)的入射角為i2,折射角為r2,如圖所示.設(shè)液體的折射率為n,由折射定律有nsini1=sinr1①nsini2=sinr2②由題意知r1+r2=90°③聯(lián)立①②③式得n2=eq\f(1,sin2i1+sin2i2)④由幾何關(guān)系可知sini1=eq\f(\f(l,2),\r(4l2+\f(l2,4)))=eq\f(1,\r(17))⑤sini2=eq\f(\f(3,2)l,\r(4l2+\f(9l2,4)))=eq\f(3,5)⑥聯(lián)立④⑤⑥式得n=1.55⑦[答案]1.55遷移二三棱鏡的折射與全反射的考查2.如右圖所示,一玻璃棱鏡的截面為直角三角形ABD,∠A=30°,斜邊AB=L,現(xiàn)有一條光線從距離B點(diǎn)eq\f(L,6)處的O點(diǎn)垂直BD邊射入,已知玻璃對該光線的折射率n=eq\r(2),求光線在AD邊的射出點(diǎn)到A點(diǎn)的距離.[解析]光路如圖所示,光線射到AB界面時(shí)的入射角i=60°全反射臨界角C滿足sinC=eq\f(1,n)=eq\f(\r(2),2),可得C=45°<i,故光線在E點(diǎn)發(fā)生全反射又r=30°<C,光線從AD邊上F點(diǎn)射出棱鏡由幾何關(guān)系可得BE=2BO=eq\f(L,3),AE=AB-BE=eq\f(2L,3)根據(jù)光的反射定律可知,三角形AEF為等腰三角形,故有AFcos30°=eq\f(AE,2)=eq\f(L,3)則AF=eq\f(L,3cos30°)=eq\f(2\r(3)L,9)[答案]eq\f(2\r(3)L,9)遷移三半圓形玻璃磚的折射與全反射的考查3.(2017·全國卷Ⅲ)如圖,一半徑為R的玻璃半球,O點(diǎn)是半球的球心,虛線OO′表示光軸(過球心O與半球底面垂直的直線).已知玻璃的折射率為1.5.現(xiàn)有一束平行光垂直入射到半球的底面上,有些光線能從球面射出(不考慮被半球的內(nèi)表面反射后的光線).求(1)從球面射出的光線對應(yīng)的入射光線到光軸距離的最大值;(2)距光軸eq\f(R,3)的入射光線經(jīng)球面折射后與光軸的交點(diǎn)到O點(diǎn)的距離.[解析](1)如圖,從底面上A處射入的光線,在球面上發(fā)生折射時(shí)的入射角為i,當(dāng)i等于全反射臨界角ic時(shí),對應(yīng)入射光線到光軸的距離最大,設(shè)最大距離為l.i=ic①設(shè)n是玻璃的折射率,由全反射臨界角的定義有nsinic=1②由幾何關(guān)系有sini=eq\f(l,R)③聯(lián)立①②③式并利用題給條件,得l=eq\f(2,3)R④(2)設(shè)與光軸相距eq\f(R,3)的光線在球面B點(diǎn)發(fā)生折射時(shí)的入射角和折射角分別為i1和r1,由折射定律有nsini1=sinr1⑤設(shè)折射光線與光軸的交點(diǎn)為C,在△OBC中,由正弦定理有eq\f(sin∠C,R)=eq\f(sin180°-r1,OC)⑥由幾何關(guān)系有∠C=r1-i1⑦sini1=eq\f(1,3)⑧聯(lián)立⑤⑥⑦⑧式及題給條件得OC=eq\f(32\r(2)+\r(3),5)R≈2.74R⑨[答案](1)eq\f(2,3)R(2)2.74R考向三光的波動(dòng)性[歸納提煉]1.干涉與衍射的比較光的干涉與衍射現(xiàn)象是光的波動(dòng)性的表現(xiàn),也是光具有波動(dòng)性的證據(jù).兩者的區(qū)別是:光的干涉現(xiàn)象只有在符合一定條件下才發(fā)生;而光的衍射現(xiàn)象卻總是存在的,只有明顯與不明顯之分.光的干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象在屏上出現(xiàn)的都是明暗相間的條紋,但雙縫干涉時(shí)條紋間隔均勻,從中央到兩側(cè)的明紋亮度不變化;而單縫衍射的條紋間隔不均勻,中央明紋又寬又亮,從中央向兩側(cè),條紋寬度減小,明紋亮度顯著減弱.2.光的偏振橫波的振動(dòng)矢量垂直于波的傳播方向振動(dòng)時(shí),偏于某個(gè)特定方向的現(xiàn)象叫偏振.縱波只能沿著波的傳播方向振動(dòng),所以不可能有偏振,光的偏振現(xiàn)象證明光是橫波.光的偏振現(xiàn)象在科技、生活中的應(yīng)用有:照相機(jī)鏡頭上的偏振片、立體電影等.[熟練強(qiáng)化]角度一光的衍射1.(2017·常州重點(diǎn)中學(xué)第二次聯(lián)合)抽制細(xì)絲時(shí)可用激光監(jiān)控其粗細(xì),如下圖所示,激光束越過細(xì)絲時(shí)產(chǎn)生的條紋和它通過遮光板上的一條同樣寬度的窄縫規(guī)律相同,則下列描述正確的是()①這是利用光的干涉現(xiàn)象②這是利用光的衍射現(xiàn)象③如果屏上條紋變寬,表明抽制的絲變粗了④如果屏上條紋變寬,表明抽制的絲變細(xì)了A.①③B.②④C.①④D.②③[解析]上述現(xiàn)象符合光的衍射產(chǎn)生的條件,故②正確;由衍射產(chǎn)生的條件,可知絲越細(xì),即障礙物尺寸越小,衍射現(xiàn)象越明顯,故④也正確.[答案]B角度二光的干涉2.(多選)把一個(gè)曲率半徑很大的凸透鏡的彎曲表面壓在另一個(gè)玻璃平面上,讓單色光從上方射入,俯視可以觀察到明暗相間的同心圓環(huán),如圖所示.這個(gè)現(xiàn)象是牛頓首先發(fā)現(xiàn)的,這些同心圓叫做牛頓環(huán).為了使同一級圓環(huán)的半徑變大(例如從中心數(shù)起的第二條圓環(huán)),則應(yīng)()A.將凸透鏡的曲率半徑變大B.將凸透鏡的曲率半徑變小C.改用波長更長的單色光照射D.改用波長更短的單色光照射[解析]牛頓環(huán)的形成是利用空氣薄膜干涉原理,為了使同一級圓環(huán)半徑變大,可以使空氣薄膜更薄,或改用波長更長的單色光照射,故選A、C.[答案]AC角度三光的偏振3.(2017·皖南八校第二次聯(lián)考)光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波.下列現(xiàn)象中不能反映光的偏振特性的是()A.一束自然光相繼通過兩個(gè)偏振片,以光束為軸旋轉(zhuǎn)其中一個(gè)偏振片,透射光的強(qiáng)度發(fā)生變化B.一束自然光入射到兩種介質(zhì)的分界面上,當(dāng)反射光線與折射光線之間的夾角恰好是90°時(shí),反射光是偏振光C.日落時(shí)分,拍攝水面下的景物,在照相機(jī)鏡頭前裝上偏振濾光片可以使景物的像更清晰D.通過手指間的縫隙觀察日光燈,可以看到彩色條紋[解析]由光的偏振現(xiàn)象的知識(shí),可知A、B、C均反映了光的偏振特性,只有D選項(xiàng)反映了光的衍射現(xiàn)象,故選D.[答案]D干涉和衍射的比較高考題型預(yù)測——波的多解問題[考點(diǎn)歸納]造成波動(dòng)問題多解的主要因素1.周期性(1)時(shí)間周期性:時(shí)間間隔Δt與周期T的關(guān)系不明確;(2)空間周期性:波傳播距離Δx與波長λ的關(guān)系不明確.2.雙向性(1)傳播方向雙向性:波的傳播方向不確定;(2)振動(dòng)方向雙向性:質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向不確定.3.對稱性波源的振動(dòng),要帶動(dòng)它左、右相鄰質(zhì)元的振動(dòng),波向左、右兩方向傳播.對稱性是指波在介質(zhì)中向左、右同時(shí)傳播時(shí),關(guān)于波源對稱的左、右兩質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)情況完全相同.4.波形的隱含性形成多解在波動(dòng)問題中,往往只給出完整波形的一部分,或給出幾個(gè)特殊點(diǎn),而其余信息,均處于隱含狀態(tài).這樣,波形就有多種情況,形成波動(dòng)問題的多解性.[典題示例](2017·河北六校聯(lián)考)簡諧橫波在均勻介質(zhì)中沿直線傳播,P、Q是傳播方向上相距10m的兩質(zhì)點(diǎn).波先傳到P,當(dāng)波傳到Q開始計(jì)時(shí),P、Q兩質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象如圖所示.則()A.質(zhì)點(diǎn)Q開始振動(dòng)的方向沿y軸正方向B.該波從P傳到Q的時(shí)間可能為7sC.該波的傳播速度可能為2m/sD.該波的波長可能為6m[審題指導(dǎo)]第一步讀題干—提信息題干信息1)P、Q是傳播方向上相距10m的兩質(zhì)點(diǎn)需確立距離與λ的關(guān)系2)可能此題為多解問題3)振動(dòng)圖象判斷兩點(diǎn)某時(shí)振動(dòng)方向.第二步審程序—順?biāo)悸穂解析]由圖可知,t=0時(shí)質(zhì)點(diǎn)Q處于平衡位置,t=eq\f(T,4)時(shí)運(yùn)動(dòng)至波峰,故其起振方向沿y軸正方向,A正確;仍由圖可知,T=6s,質(zhì)點(diǎn)Q比質(zhì)點(diǎn)P到達(dá)同一振動(dòng)狀態(tài)晚了Δt=nT+eq\f(2,3)T=(6n+4)s(n=0,1,2,…),此即為該波從P傳到Q所需的時(shí)間,當(dāng)Δt=7s時(shí)n=eq\f(1,2),故B錯(cuò)誤;由v=eq\f(Δx,Δt)=eq\f(10,6n+4)m/s知,當(dāng)v=2m/s時(shí)n=eq\f(1,6),故C錯(cuò)誤;再由λ=vT=eq\f(60,6n+4)m知,當(dāng)n=1時(shí)λ=6m,故D正確.[答案]AD解決波的多解問題的方法一般采用從特殊到一般再從一般到特殊的思維方法,即首先找出一個(gè)周期內(nèi)滿足條件的關(guān)系Δt或Δx,若此關(guān)系為時(shí)間,則t=nT+Δt(n=0,1,2,…);若此關(guān)系為距離,則x=nλ+
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