高中物理考题精选（118）——激光
1、 (1)激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点，在科学技术和日常生活中应用广泛．下面关于激光的叙述正确的是( )
A．激光是纵波
B．频率相同的激光在不同介质中的波长相同
C．两束频率不同的激光能产生干涉现象
D．利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离
(2)如图所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600 nm的橙色光源照射单缝S，在光屏中央P处观察到亮条纹，在位于P点上方的P1点出现第一条亮纹中心(即P1到S1、S2的路程差为一个波长)．现换用波长为400 nm的紫光源照射单缝，则________．
A．P和P1仍为亮点
B．P为亮点，P1为暗点
C．P为暗点，P1为亮点
D．P、P1均为暗点
(3)如图所示，一束激光从O点由空气射入厚度均匀的介质，经下表面反射后，从上表面的A点射出．已知入射角为i，A与O相距l，介质的折射率为n，试求介质的厚度d.
答案 解析：(1)本题主要考查激光的性质，意在考查考生综合分析问题的能力．光是横波，选项A错；激光在介质中的波长为λ＝
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，不同介质n不同，所以波长不同，选项B错；产生干涉的条件是频率相同，选项C错；利用激光平行度好的特点可以测量月球和地球之间的距离，选项D正确．
(2)从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成的两束光为相干光，由题意，屏中央P点到S1、S2距离相等，即由S1、S2分别射出的光到P点的路程差为零，因此是亮纹中心．因而，无论入射光是什么颜色的光，波长多大，P点都是中央亮纹中心．而P1点到S1、S2的路程差刚好是橙光的一个波长，即|P1S1－P1S2|＝600 nm＝λ橙，则两列光波到达P1点振动情况完全一致，振动得到加强，因此出现亮纹．光换用波长为400 nm的紫光时，|P1S1－P1S2|＝600 nm＝，则两列光波到达P1点时振动情况完全相反，即由S1、S2射出的光波到达P1点就相互削弱，因此出现暗条纹．综上所述，B正确．
(3)设折射角为r，则＝n，由几何关系得l ＝2dtanr，解得d＝l.
答案：(1)D (2)B (3)l
2、下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象．请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上．
(1)X光机________．
(2)紫外线灯________．
(3)理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好．这里的“神灯”是利用________．
A．光的全反射
B．紫外线具有很强的荧光作用
C．紫外线具有杀菌消毒作用
D．X射线具有很强的贯穿力
E．红外线具有显著的热效应
F．红外线波长较长，易发生衍射
答案 解析：(1)X光机是用来透视人的体内器官的，因此需要具有较强穿透力的电磁波，但又不能对人体造成太大的伤害，因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大的伤害的X射线，选择D.
(2)紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用，因此选择C.
(3)“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，选择E.
答案：(1)D (2)C (3)E
3、激光火箭的体积小，却可以装载更大、更重的卫星或飞船。激光由地面激光站或空间激光动力卫星提供，通过一套装置，像手电筒一样，让激光束射入火箭发动机的燃烧室，使推进剂受热而急剧膨胀，于是形成一股高温高压的燃气流，以极高的速度喷出，产生巨大的推力，把卫星或飞船送入太空。激光火箭利用了激光的( )
A．单色性好 B．平行度好
C．高能量 D．相干性好
答案 BC
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解析：激光的平行度好且亮度高，可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量，这样可以给火箭提供高能量。
4、让激光照到VCD机、CD机或计算机的光盘上，就可以读出盘上记录的信息，经过处理后还原成声音和图象，这是利用光的( )
A．平行度好，可以会聚到很小的一点上
B．相干性好，可以很容易形成干涉图样
C．亮度高，可以在很短时间内集中很大的能量
D．波长短，很容易发生明显的衍射现象
答案 A
解析：激光的特点之一是平行度好，它可以会聚到一个很小的点上，DVD、VCD、CD唱机或电脑上的光驱及刻录设备就利用了激光的这一特点，A正确，B、C、D错误。
5、激光器发光功率为P，发出的激光在折射率为n的介质中波长为λ，c表示光在真空中的速度，下列说法中正确的是( )
A．该光在真空中的波长为nλ
B．该光在真空中的波长为
C．该光的频率为
D．该光的频率为
答案 AD
解析：注意光从一种介质进入另一种介质时，频率不会发生变化，对激光也是一样，由于速度变化，波长会相应变化，同一频率的光在真空中的波长大于在介质中的波长。
6、将激光束的宽度聚焦到纳米级(10－9m)范围内，可修复人体已损坏的器官，可对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病彻底根除，以上功能是利用了激光的( )
A．单色性好 B．平行度好
C．粒子性 D．高能量
答案 BD
解析：激光的平行度好，故可聚焦到很小的范围；激光的亮度高、能量大，故可修复器官。
7、对于激光的认识，以下说法错误的是( )
A．相干性好是激光与普通光的根本区别
B．激光是自然界普遍存在的一种光
C．激光是一种人工产生的相干光
D．激光已经深入我们生活的各个方面
答案 B
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解析：普通光源发出的光(即使是所谓的单色光)频率是不一样的，而激光器发出的激光的频率几乎是单一的，并且满足其他的相干条件，所以激光与普通光源有着质的区别，A选项正确；激光是原子受激辐射产生的光，要通过人工专门制得，所以并不是在自然界中普遍存在的，B选项错；根据上面激光特点的归纳，可知C、D是正确选项。
8、利用激光很容易实现光的干涉现象，这是因为( )
A．激光的亮度高
B．激光的方向性好
C．激光的频率、偏振方向几乎相同
D．激光的能量集中
答案 解析：选C.为了更好地出现干涉现象，应尽可能用频率、偏振方向相同的光作为相干光．
9、应用激光平行性好的特性，可以精确地测量距离．对准目标发射一个极短的激光脉冲，测量发射脉冲与收到的反射脉冲的时间间隔，就可求出激光器到目标的距离．若在地球上向月球发射一个激光脉冲，测得从发射到收到反射脉冲所用的时间为2.56 s，则月球到地球的距离大约是________km.
答案 3.84×105
解析 真空中的光速c＝3.0×108 m/s，从发射脉冲到收到反射脉冲所用时间t＝2.56 s，月球与地球距离为l＝ct＝×3.0×108×2.56 m＝3.84×105 km.
10、利用激光遇到物体发生反射，可以测定物体的有关参量．如图甲所示，B为固定的激光发生器和接收器于一体的装置，C为一辆在水平地面上做匀速直线运动的小车，现使B对准匀速行驶的小车C，使B每隔固定时间T0发射一激光脉冲，如图乙所示中幅度大的波形，而B接收到的由小车C返回的激光脉冲为如图乙所示幅度较小的波形．发射、接收激光脉冲的时间间隔如图乙所示，T0、T、ΔT均为已知，则根据所给信息判断小车的运动方向为______(填“向左”或“向右”)，速度大小为______．(光速为c)
甲
乙
答案 向右
解析 (1)若小车不动，发射激光脉冲后到接收返回脉冲的时间应恒定，而从图形看，从发射到接收的时间间隔逐渐增大，故可知小车C速度方向与激光发射方向一致，即小车向右运动．
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(2)要求小车的速度，关键是要求出小车通过的某段位移和所用时间，可用运动学中处理追及问题的方法求解，作出运动示意图如下图所示．
x＝－＝c·－c·＝c·ΔT，由题图乙可知在x这段位移内小车运动的时间
t＝T0＋
故小车的速度大小为v＝＝
11、让激光照到VCD机、CD机或计算机的光盘上，就可以读出盘上记录的信息，经过处理后还原成声音和图像，这是利用光的( )
A．平行度好，可以会聚到很小的一点上
B．相干性好，可以很容易形成干涉图样
C．亮度高，可以在很短时间内集中很大的能量
D．波长短，很容易发生明显的衍射现象
答案 A [激光的特点之一是平行度好，它可以会聚到一个很小的点上，DVD、VCD、CD唱机或电脑上的光驱及刻录设备就利用了激光的这一特点，选项A正确，B、C、D错误．]
12、将激光束的宽度集中到纳米范围内，可修复人体已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把诸如癌症、遗传疾病等彻底根除，在上述技术中，人们利用了激光的( )
A．单向性 B．单色性
C．亮度高 D．粒子性
答案 AC
13、由于激光是亮度高、平行度好、单色性好的相干光，所以光导纤维中用激光作为高速传输信息的载体．要使射到粗细均匀的圆形光导纤维一个端面上的激光束都能从另一个端面射出，而不会从侧壁“泄漏”出来，光导纤维所用材料的折射率至少应为多少？
答案 答案：n＝
解析：设激光束在光导纤维前端的入射角为θ1，折射角为θ2，折射光线射向侧面时的入射角为θ3，如图所示．
由折射定律n＝
由几何关系θ2＋θ3＝90°，则sinθ2＝cosθ3
由全反射临界角公式sinθ3＝
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故cosθ3＝
要保证从端面射入的任何光线都能发生全反射，应有θ1＝90°，sinθ1＝1
故n＝＝＝＝
解得n＝
14、一种红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光，每道闪光为一个(列)光脉冲，若这种激光器光脉冲的持续时间为1.0×10－11s，波长为694.3nm，发射功率为1.0×1010W，求：
(1)每列光脉冲的长度是多少？
(2)用这种红宝石激光器照射皮肤上的色斑，每平方厘米色斑吸收能量达到60J以后，色斑便逐渐消失，一块色斑的面积为50mm2，则它要吸收多少个(列)红宝石激光脉冲才能逐渐消失？
答案 (1)3.0×10－3m (2)300个
解析：(1)光脉冲持续时间即为发射一个光脉冲所需的时间，所以一个光脉冲长度Δl＝c·Δt＝3×108×1.0×10－11m＝3.0×10－3m
(2)面积为1cm2色斑吸收的能量E＝60J，色斑便逐渐消失．而1个光脉冲的能量为ΔE＝P·Δt＝1.0×1010×1.0×10－11J＝0.1J
消除50mm2的色斑需要光脉冲数为
n＝＝＝300(个)
15、原子发生受激辐射时，发出的光的频率、发射方向等都跟入射光子完全一样，形成激光．激光测距仪——激光雷达(发出极短时间的激光脉冲)用来测量距离可以达到很高的精度，同时它还能测定被测目标的方位、运动速度和轨道，甚至能描述目标的形状，进行识别和自动跟踪．
(1)说明激光的主要特点；
(2)1969年7月，美国“阿波罗”宇宙飞船在登月科考活动中，在月球上安放了一台激光反射器，这台反射器成功地解决了用激光测量月地间距离的问题．请分析射向这台激光反射器的激光束，必定沿原入射方向准确反射的原理；
(3)在光的干涉实验中，为什么使用激光产生的干涉现象最清晰？
(4)激光束可切割物质，焊接金属以及在硬质难溶物体上打孔，是利用了激光的什么性质？
答案 (1)高亮度，单色性好，方向性好，相干性好，平行度好
(2)利用全反射棱镜反射
(3)激光具有单色性好，易得到稳定的相干光源
(4)高能量，且方向性好
16、
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激光火箭的体积小，却可以装载更大、更重的卫星或飞船．激光由地面激光站或空间激光动力卫星提供，通过一套装置，像手电筒一样，让激光束射入火箭发动机的燃烧室，使推进剂受热而急剧膨胀，于是形成一股高温高压的燃气流，以极高的速度喷出，产生巨大的推力，把卫星或飞船送入太空．激光火箭利用了激光的( )
A．单色性好 B．平行度好
C．高能量 D．相干性好
答案 BC
17、应用激光平行性好的特点，可以精确地测量距离．对准目标发射一个极短的激光脉冲，测量发射脉冲与收到的反射脉冲的时间间隔，就可求出激光器到目标的距离．若在地球上向月球发射一个激光脉冲，测得从发射到收到反射脉冲所用的时间为2.56s，则月球到地球的距离大约是多少千米？
答案 3.84×105km
解析：真空中光速c＝3.0×108m/s，从发射脉冲到收到反射脉冲所用的时间中激光所行路程是月、地距离的2倍．
从发射脉冲到收到反射脉冲所用的时间为2.56s，则月球到地球的距离大约为：L＝ct＝×3.0×108×2.56m＝3.84×105km.
18、一台激光器，它的功率为P，如果它发射出的单色光在空气中的波长为λ，则这束单色光的频率是多少？它在时间t内辐射的光能为多少？如果已知这束单色光在某介质中的传播速度为v，那么这束单色光从该介质射向真空发生全反射的临界角为多少？
答案 Pt arcsin
解析：根据c＝λf可得这束单色光的频率f＝c/λ；激光器在时间t内所做的功W＝Pt转化为光能；这束单色光对介质的折射率n＝c/v，设它从该介质射向真空发生全反射的临界角为C，则sinC＝1/n＝v/c，所以C＝arcsin(v/c)．这道题虽以激光为命题背景，但解题的根据仍然是前面所学的光学规律．
19、激光器发光功率为P，发出的激光在折射率为n的介质中波长为λ，c表示光在真空中的速度，下列说法中正确的是( )
A．该光在真空中的波长为nλ
B．该光在真空中的波长为
C．该光的频率为
D．该光的频率为
答案 AD
解析：注意光从一种介质进入另一种介质时，频率不会发生变化，对激光也是一样，由于速度变化，波长会相应变化，同一频率的光在真空中的波长大于在介质中的波长．
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20、下列应用激光的事例中错误的是( )
A．利用激光进行长距离精确测量
B．利用激光进行通信
C．利用激光进行室内照明
D．利用激光加工坚硬材料
答案 C
解析：激光单向性好，不利于室内照明，并且大功率的激光要靠专门的激光器产生，成本太高，且由于激光的能量集中，会对人体产生伤害，因此选项C所述激光的应用是错误的．
21、将激光束的宽度聚焦到纳米级(10－9m)范围内，可修复人体已损坏的器官，可对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病彻底根除，以上功能是利用了激光的( )
A．单色性好 B．平行度好
C．粒子性 D．高能量
答案 BD
解析：激光的平行度好，故可聚焦到很小的范围；激光的亮度高、能量大，故可修复器官．
22、氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为。已知波长为的激光是氖原子在能级间隔为的两个能级之间跃迁产生的。用表示产生波长为的激光所对应的跃迁的能级间隔，则的近似值为（ ）
A．10．50eV B．0．98eV C．0．53eV D．0．36Ev
答案 D
23、地球上某人看到月球上有一太空站，若它想用激光枪去击中它，那么他应将激光枪（ ）
A．瞄准太空站 B．偏向太空站上方
C．偏向太空站下方 D．上述三种情况都可以
答案 A
24、一盏电灯发光功率为100W,假设它发出的光向四周均匀辐射,光的平均波长λ=6.0×10-7m,在距电灯10 m远处,以电灯为球心的球面上,1m2的面积每秒通过的光子数约是（ ）
A．2×1017个 B．2×1016个
C．2×1015个 C．2×1023个
答案 A
25、一个频率为v0的光子在重力场中上升，它的波长将变长，频率减少为v0一△v，这种现象称为“引力红移”．设光速为c，则当光子在地球表面附近竖直上升H高时，其频率的红移量△v与原有频率v0之比为（ ）
A． B． C． D．
答案 B
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26、氦-氖激光器发出波长为663nm的激光，激光器的输出功率为1mW，已知普朗克常量为6.63×10-34J•s，光速为3.0×108m/s。激光器每秒发出的光子数为
A．2.2×1015 B．3.3×1015 C．2.2×1014 D．3.3×1014
答案 B
27、如左图所示，是一种自由电子激光器的原理图。经电场加速后的高速电子束，射入上下排列着许多磁铁的管中。相邻两块磁铁的极性是相反的。电子在垂直于磁场的方向上摆动着前进，电子在摆动的过程中发射出光子。管子两端的反光镜（图中未画出）使光子来回反射，光子与自由电子发生相互作用，使光能量不断增大，从而产生激光输出。⑴若该激光器发射激光的功率为P=6.63×109W，激光的频率为ν=1.0×1016Hz。则该激光器每秒发出多少个激光光子？（普朗克常量h=6.63×10-34J•s）⑵若加速电压U=1.8×104V，取电子质量m=9×10-4T。每个磁极的左右宽度为L=30cm，厚度为2 L。忽略左右磁极间的缝隙距离，认为电子在磁场中运动的速度大小不变。电子经电场加速后，从上下磁极间缝隙的正中间垂直于磁场方向射入第1对磁极的磁场中，电子一共可通过几对磁极？在右图的俯视图中，画出电子在磁场中运动的轨迹的示意图（尺寸比图甲有放大）。
答案 ⑴1.0×1027 ⑵3对，见右图。（提示：在磁场中轨迹半径为0.50m，每次侧移量为0.10m。）
28、硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能。若有N个频率为ν的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为（h为普朗克常数 ） （ ）
A．hν B．hν C．Nhν D．2 Nhν
答案 C
29、"秒"是国际单位制中的时间单位，它等于133 Cs原子基态的两个超精细能级之间跃迁时所辐射的电磁波周期的9 192 631 770倍．据此可知，该两能级之间的能量差为（普朗克常量h=6. 63×1034J・s)（ ）
A. 7. 21×10-24eV B. 6. 09×10-24eV
C. 3. 81×10-5 eV D. 4. 50×10-5 eV
答案 BC
30、
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一激光器辐射出一束波长为λ的单色光，如激光器每秒辐射的光能为E，设光速为C，普朗克恒量为h，则此激光器每秒辐射的光子数是 。
答案
31、频率为ν的光子，具有能量为hν，动量为hν/c，将这个光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原来的运动方向，这种现象称为光的散射，散射后的光子（ ）
A、改变原来的运动方向，但频率保持不变
B、光子将从电子处获得能量，因而频率将增大
C、散射后的光子运动方向将与电子运动方向在一条直线上，但方向相反
D、由于电子受到碰撞时将会吸收光子的一部分能量，散射后的光子频率低于入射光的频率
答案 D
32、如图所示为康普顿效应示意图，光子与一个静止的电子发生碰撞，图中标出了碰撞后电子的运动方向。设碰前光子频率为v，碰后为v′，则关于光子碰后的运动方向和频率的说法中正确的是（ ）
A．可能沿图中①方向 B．可能沿图中②方向
C．v= v′ D．v< v′
答案 B
33、某脉冲激光器的耗电功率为2×103W，每秒钟输出10个光脉冲，每个脉冲时间持续10―8s，携带的能量为0.2J，则每个脉冲的功率为 W。该发光器将电能转化为激光能量的效率为 。
答案 2×107，1×10―3
34、射线是放射性物质发出的电磁波，波长在2×10-10m以下，是一种能量很大的光子流。一个光子的能量至少相当于_____个频率为3×1014Hz的红光光子的能量．在医疗上用射线作为“手术刀”来切除肿瘤，若刀输出功率为10mW，则在1s内射出的光子数至少有______个．（普朗克常量h=6.63×10-34J・s）
答案 5×103 5.03×1016
35、下列叙述中符合激光应用的实例，正确的是（ ）
①利用激光进行通信 ②利用激光加工坚硬的材料
③利用激光进行室内照明 ④利用激光进行长距离精确测量
A．①②③ B．①②④ C．②③④ D．①③④
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答案 B
36、某白炽灯的发光功率是P=6．63W，设其发光向四周均匀辐射，平均波长，则在距离d=lO．Om处每秒钟落在垂直于光线方向上面积为上的光子数为____________()
答案
37、对于激光的认识，下列说法正确的是（ ）
A．普通光源发出的光都是激光
B．激光是自然界普遍存在的一种光
C．激光是一种人工产生的相干光
D．激光已经深入到我们生活的各个方面
答案 CD
38、有一功率为的红外线电热器，如果它辐射的红外线的频率为，求：
（1）每秒发出的光子数；
（2）在距离电热器远处，垂直于红外线传播方向的的面积上每分钟能接收到多少个光子？
答案 （1）（个） （2）（个）
39、真空中有一个沿一定方向运动的光子和一个静止的自由电子发生碰撞，碰撞后电子向某一方向运动，光子沿另一方向飞出.那么，碰撞后的光子跟碰撞前的光子相比
A.速度不变 B.频率不变
C.能量变大 D.波长变长
答案 AD解析：光子的速度在真空中恒定不变，所以A对.由能量守恒定律知，光子的能量应该减少，由E=h v,c=λv知，光子频率减小，波长变长，所以D对.
40、美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长相同的成分外，还有波长大于的成分，这个现象称为康普顿效应．关于康普顿效应，以下说法正确的是 （ ）
（A）康普顿效应现象说明光具有波动性
（B）康普顿效应现象说明光具有粒子性
（C）当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量增加
（D）当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量减少
答案 B D
41、
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激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理．用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝，已知待测物体的速度v、二次曝光时间间隔Δt和双缝间距d满足关系式d=kvΔt．实验中可测得二次曝光时间间隔Δt、双缝到屏之间的距离l以及相邻两条亮纹间的距离Δx．若所用激光的波长为λ，则利用该实验确定物体运动速度的表达式是（ ）
A、 B、
C、 D、
答案 C
42、太赫兹辐射（1THz=1012Hz）是指频率从0.3THz到10THz、波长介于无线电波中的毫米波与红外线之间的电磁辐射区域，所产生的T射线在物体成像、医疗诊断、环境检测、通讯等方面具有广阔的应用前景．最近，科学家终于研制出以红外线激光器为基础的首台可产生4.4THz的T射线激光器，从而使T射线的有效利用成为现实。已知普朗克常数h=6.63×10－34J·s，关于4.4THz的T射线，下列说法中错误的是（ ）
A．它在真空中的速度为3.0×108m/s
B．它是某种原子核衰变时产生的
C．它的波长比可见光短
D．它的光子的能量约为2.9×10－21J
答案 BC
43、处于激发态的原子，如果在入射光子的电磁场的影响下，从高能态向低能态跃迁，同时两个状态之间的能量差以光子的形式辐射出去，这种辐射叫受激辐射。原子发生受激辐射时，发出的光子的频率、发射方向等都跟入射光子完全一样，这样使光得到加强，这就是激光产生的原理。发生受激辐射时，产生的激光的原子的总能量，电子的电势能，电子的动能的变化是（ ）
A．增大，减小 B．减小，增大
C．减小 D．增大
答案 BC 由于发生受激辐射时，原子从高能态向低能态跃迁，其总能量减小，电子离原子核的距离近了，电势能要减小，电子绕核运动的半径小，其速度和动能就要增大。
44、做双缝干涉实验时，常用激光光源，这主要是应用激光的（ ）
A．平行性好 B．反射性好
C．亮度高的特性 D．相干性好
答案 D
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