(新課標(biāo))2020版高考物理大二輪復(fù)習(xí) 專題七 物理實驗 第二講 電學(xué)實驗教學(xué)案

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1、第二講 電學(xué)實驗 [答案] (1)以下三種情況必須采用分壓接法: ①要使待測元件的電壓(或電流)從零(或很小值)開始連續(xù)調(diào)節(jié),必須采用分壓接法; ②如果實驗所提供的電壓表、電流表或電阻元件允許的最大電流(或電壓)較小,采用限流接法時,實際電流(或電壓)都會超過允許的最大電流(或電壓),為了保護(hù)電表或電阻元件免受損壞,必須采用分壓接法; ③若所用的滑動變阻器阻值遠(yuǎn)小于待測電阻阻值,采用限流式接法時電表示數(shù)變化不大,必須采用分壓接法. (2)伏安法、安安法、伏伏法、半偏法、等效替代法. (3)測電源電動勢和內(nèi)阻方法拓展 實驗方案 伏阻法 安阻法 實驗原理 E=U+r

2、 E=IR+I(xiàn)r 實驗電路 數(shù)據(jù)處理 計算法 由 解得E、r 由 解得E、r 數(shù)據(jù)處理 圖像法 原理:=· + 原理:=·R+ 原理:R=E·-r 誤差來源 電壓表的分流 E測r真 (4)多用電表歐姆擋使用步驟及方法 熱點考向一 基本儀器的使用和讀數(shù) 【典例】 (2019·江西臨川模擬)(1)用如圖所示的多用電表測量電阻,要用到選擇開關(guān)K和兩個部件S、T.請根據(jù)下列步驟完成電阻測量: ①旋動部件________,使指針對準(zhǔn)電流的“0”刻線. ②將K旋轉(zhuǎn)到電阻

3、擋“×100”的位置. ③將插入“+”“-”插孔的表筆短接,旋動部件________,使指針對準(zhǔn)電阻的________(選填“0刻線”或“∞刻線”). ④將兩表筆分別與待測電阻相接,發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)角度過?。疄榱说玫奖容^準(zhǔn)確的測量結(jié)果,請從下列選項中挑出合理的步驟,并按________的順序進(jìn)行操作,再完成讀數(shù)測量. A.將K旋轉(zhuǎn)到電阻擋“×1 k”的位置 B.將K旋轉(zhuǎn)到電阻擋“×10”的位置 C.將兩表筆的金屬部分分別與被測電阻的兩根引線相接 D.將兩表筆短接,旋動合適部件,對電表進(jìn)行校準(zhǔn) (2)如圖所示為多用電表的表盤,測電阻時,若用的是“×100”擋,則圖示的電阻值為_____

4、___Ω;測直流電流時,用的是0~100 mA的量程,此時圖示的電流值為________mA;測直流電壓時,用的是0~50 V量程,此時圖示的電壓值為________V. [思路引領(lǐng)] 歐姆表測量前先機(jī)械調(diào)零,再歐姆調(diào)零.電流表、電壓表讀數(shù)要注意最小分度值. [解析] (1)①機(jī)械調(diào)零應(yīng)旋動S,使指針對準(zhǔn)電流的“0”刻線.③歐姆調(diào)零應(yīng)旋動T,使表筆短接時指針對準(zhǔn)電阻的“0”刻線.④指針偏轉(zhuǎn)角度小,說明待測電阻大,所選倍率偏小,應(yīng)改選更大的倍率,選好新的倍率后,需對多用電表重新進(jìn)行歐姆調(diào)零,然后再測電阻,所以應(yīng)按ADC順序操作. (2)歐姆表讀數(shù)=刻度盤讀數(shù)×倍率=17.0×100 Ω

5、=1700 Ω;選用量程為0~100 mA的電流擋時,讀數(shù)可選取中間第二排刻度,由圖可知,此時的電流值為47 mA;選用量程為0~50 V的電壓擋,讀數(shù)選取中間第二排刻度,由圖可知,此時的電壓值為23.5 V. [答案] (1)①S?、跿 0刻線 ④ADC (2)1700 47 23.5 1.電流表、電壓表、歐姆表的對比 2.多用電表的使用方法 (1)選倍率,一般要選擇比被測電阻的估計值低一個數(shù)量級的倍率,如估計值為200 Ω就應(yīng)該選×10的倍率. (2)進(jìn)行歐姆調(diào)零. (3)將紅黑表筆接被測電阻兩端進(jìn)行測量. (4)將指針示數(shù)乘以倍率,得測量值. (5)測量結(jié)束后,將

6、選擇開關(guān)扳到OFF或交流電壓最高擋. 遷移一 電流表及電壓表的讀數(shù) 1.電流表量程一般有兩種:0~0.6 A,0~3 A;電壓表量程一般有兩種:0~3 V,0~15 V,如圖甲所示. (1)接0~3 V量程時讀數(shù)為________V. (2)接0~15 V量程時讀數(shù)為________V. (3)接0~3 A量程時讀數(shù)為________A. (4)接0~0.6 A量程時讀數(shù)為________A. [答案] (1)1.90 (2)9.5 (3)0.80 (4)0.16 遷移二 多用電表的讀數(shù)問題 2.如圖所示為多用電表的刻度盤.若選用倍率為“×100”的歐姆擋測電阻時,表

7、針如圖所示,則: (1)所測電阻的阻值為________Ω;如果要用此多用電表測量一個阻值約為2.0×104 Ω的電阻,為了使測量結(jié)果比較精確,應(yīng)選用的歐姆擋是________(選填“×10”、“×100”或“×1 k”). (2)用此多用電表進(jìn)行測量,當(dāng)選用量程為50 mA的電流擋測量電流時,表針指于圖示位置,則所測電流為________________________________________________________________________mA;當(dāng)選用量程為250 mA的電流擋測量電流時,表針指于圖示位置,則所測電流為________mA. (3)當(dāng)選用量程

8、為10 V的電壓擋測量電壓時,表針也指于圖示位置,則所測電壓為________V. [解析] (1)歐姆表讀數(shù):對應(yīng)最上一行刻度值為15,倍率為“×100”,讀數(shù)為1.5×103 Ω;測2.0×104 Ω電阻時應(yīng)選“×1 k”的歐姆擋.(2)選50 mA直流電流擋,則每一大格表示10 mA,每一小格表示1 mA,測量的精確度為1 mA,應(yīng)估讀到0.1 mA(此時為1/10估讀),指針對應(yīng)的讀數(shù)為30.7 mA;選擇量程為250 mA的電流擋,則每一大格表示50 mA,每一小格表示5 mA,測量的精確度為5 mA,應(yīng)估讀到1 mA(此時為1/5估讀),指針對應(yīng)的讀數(shù)為153 mA.(3)選擇1

9、0 V電壓擋,則每一大格表示2 V,每一小格表示0.2 V,測量的精確度為0.2 V,應(yīng)估讀到0.1 V(此時應(yīng)為1/2估讀),指針對應(yīng)的讀數(shù)為6.1 V. [答案] (1)1.5×103 ×1 k (2)30.7(30.5~30.9都正確) 153(152~154都正確) (3)6.1 多用電表歐姆擋的表盤的刻度不均勻,指針在“0 Ω”附近和“∞”附近誤差很大,指針在表盤中央附近誤差最小,所以測量時一定要選擇合適的倍率,盡可能使指針指到表盤中央附近. 熱點考向二 以測電阻為核心的實驗 【典例】 (2019·江蘇卷)某同學(xué)測量一段長度已知的電阻絲的電阻率.實驗操作如下: (

10、1)螺旋測微器如下圖甲所示.在測量電阻絲直徑時,先將電阻絲輕輕地夾在測砧與測微螺桿之間,再旋動________(選填“A”“B”或“C”),直到聽見“喀喀”的聲音,以保證壓力適當(dāng),同時防止螺旋測微器的損壞. (2)選擇電阻絲的________(選填“同一”或“不同”)位置進(jìn)行多次測量,取其平均值作為電阻絲的直徑. (3)乙圖中Rx為待測電阻絲.請用筆畫線代替導(dǎo)線,將滑動變阻器接入丙圖實物電路中的正確位置. (4)為測量Rx,利用乙圖所示的電路,調(diào)節(jié)滑動變阻器測得5組電壓U1和電流I1的值,作出的U1-I1關(guān)系圖像如下圖丁所示.接著,將電壓表改接在a、b兩端,測得5組電壓U2和電流

11、I2的值,數(shù)據(jù)見下表: U2/V 0.50 1.02 1.54 2.05 2.55 I2/mA 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 請根據(jù)表中的數(shù)據(jù),在方格紙上作出U2-I2圖像. (5)由此,可求得電阻絲的Rx=________Ω.根據(jù)電阻定律可得到電阻絲的電阻率. [思路引領(lǐng)] 可根據(jù)U-I圖像的斜率分別求出R0+Rx+RA和R0+RA. [解析] (1)A起固定作用,便于讀數(shù);B為粗調(diào),調(diào)節(jié)B使電阻絲與測微螺桿、測砧剛好接觸;然后調(diào)節(jié)C,C起微調(diào)作用.(2)電阻絲電阻R=ρ,測量一段電阻絲的電阻,S為這段電阻絲的橫截面積,而不是某位置處

12、的橫截面積,故應(yīng)在不同位置進(jìn)行多次測量,取平均值作為電阻絲的直徑以減小誤差.(4)把U2和I2的數(shù)據(jù)在方格紙中描點連線,如答圖2所示.(5)結(jié)合題圖丁中圖線的斜率可知R0+Rx+RA=49.0 Ω,R0+RA=25.5 Ω,解得Rx=23.5 Ω. [答案] (1)C (2)不同 (3)如圖1所示 (4)如圖2所示 (5)23.5(23.0~24.0都算對) 常見測電阻的三種方法 1.伏安法測電阻 用電壓表和電流表測出待測電阻Rx的電壓U和電流I. (1)多測幾組U、I值,利用Rx=求出Rx的平均值. (2)描繪出U-I圖像,利用圖線的斜率求出Rx. 2.等效替代法測電阻

13、 實驗電路如圖所示. 電阻R2保持不變,把待測電阻R和電阻箱R1分別接入電路,如果兩次電路中的電流相同,則可以認(rèn)為待測電阻的阻值R等于此時電阻箱的電阻R1,即R=R1. 3.半偏法測電阻 (1)用半偏法測電流表內(nèi)阻,如圖所示,電阻箱應(yīng)和電流表并聯(lián),然后與滑動變阻器串聯(lián),R測R真. 遷移一 半偏法測電流表內(nèi)阻 1.某同學(xué)要把一個量程為200 μA的直流電流計G改裝為量程為4 V的直流電壓表. (1)他按如圖所示的電路,用半偏法測定電流計G的內(nèi)電阻rg,其中電阻R0約為1

14、kΩ.為使rg的測量值盡量準(zhǔn)確,在以下器材中,電源E應(yīng)選用________,電阻R1應(yīng)選用________,電阻R2應(yīng)選用________(選填器材前的字母). A.電源(電動勢1.5 V) B.電源(電動勢6 V) C.電阻箱(0~999.9 Ω) D.滑動變阻器(0~500 Ω) E.電位器(一種可變電阻,與滑動變阻器相當(dāng))(0~5.1 kΩ) F.電位器(0~51 kΩ) (2)該同學(xué)在開關(guān)斷開的情況下,檢查電路連接無誤后,將R2的阻值調(diào)至最大.后續(xù)的實驗操作步驟依次是________,________,________,________,最后記錄R1的阻值并整理好器材

15、.(請按合理的實驗順序,選填下列步驟前的字母) a.閉合S1 b.閉合S2 c.調(diào)節(jié)R2的阻值,使電流計指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度 d.調(diào)節(jié)R2的阻值,使電流計指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半 e.調(diào)節(jié)R1的阻值,使電流計指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半 f.調(diào)節(jié)R1的阻值,使電流計指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度 (3)如果所得的R1的阻值為300.0 Ω,則圖中被測電流計G的內(nèi)阻rg的測量值為________Ω,該測量值________實際值(填“略大于”“略小于”或“等于”). (4)給電流計G________聯(lián)(填“串”或“并”)一個阻值為________kΩ的電阻,就可以將該電流計G改裝為量程為4 V的電壓表.

16、 [解析] (1)利用半偏法測量電流計的內(nèi)阻時,所選滑動變阻器的阻值必須大于電路所需的最小電阻值,根據(jù)電源的路端電壓近似等于電源電動勢,電路中的最大電流為電流計的滿偏電流,則最小電阻值為 Ω=30 kΩ或 Ω=7.5 kΩ,考慮到保護(hù)電路電阻R0=1 kΩ,則可知調(diào)節(jié)滑動變阻器使電流計滿偏時滑動變阻器的阻值分別接近29 kΩ或6.5 kΩ,所以電路圖中的滑動變阻器R2不能選擇D和E,只能選擇F.電流計滿偏時,滑動變阻器的阻值越大,實驗的誤差越小,所以電源應(yīng)選擇電動勢為6 V的B,而且電位器F的阻值也滿足調(diào)節(jié)所需.R1是用來測量電流計內(nèi)阻的電阻箱,只能選C. (2)實驗步驟為:第一步,閉合S2

17、(b);第二步,調(diào)節(jié)R2的阻值,使電流計滿偏(c);第三步,閉合S1(a);第四步,調(diào)節(jié)R1的阻值,使電流計半偏(e);第五步,讀出R1的示數(shù). (3)R1的示數(shù)即待測電流計的內(nèi)阻,為300.0 Ω.閉合S1后,電路中的總電阻減小,當(dāng)電流計半偏時,干路電流大于電流計的滿偏電流,流過電阻箱的電流大于流過電流計的電流,所以電阻箱的阻值略小于被測電流計的內(nèi)阻. (4)給電流計串聯(lián)一個電阻可以改裝成電壓表,可得改裝后電壓表的內(nèi)阻為RV== Ω=20 kΩ,則串聯(lián)電阻的大小為20 kΩ-0.3 kΩ=19.7 kΩ. [答案] (1)B C F (2)b c a e (3)300.0 略小于 (4

18、)串 19.7 遷移二 等效法測電阻 2.某同學(xué)想用如圖甲所示的實驗電路,測量未知電阻Rx的阻值、電流表A的內(nèi)阻和電源(內(nèi)阻忽略不計)的電動勢,實驗過程中電流表的讀數(shù)始終符合實驗要求. (1)為了測量未知電阻Rx的阻值,他在閉合開關(guān)之前應(yīng)該將兩個電阻箱的阻值調(diào)至________(填“最大”或“最小”),然后閉合開關(guān)K1,將開關(guān)K2撥至1位置,調(diào)節(jié)R2使電流表A有明顯讀數(shù)I0;接著將開關(guān)K2撥至2位置.保持R2不變,調(diào)節(jié)R1,當(dāng)調(diào)節(jié)R1=34.2 Ω時,電流表A讀數(shù)仍為I0,則該未知電阻的阻值Rx=________Ω. (2)為了測量電流表A的內(nèi)阻RA和電源(內(nèi)阻忽略不計)的電動勢E

19、,他將R1的阻值調(diào)到1.5 Ω,R2調(diào)到最大,將開關(guān)K2調(diào)至2位置,閉合開關(guān)K1;然后多次調(diào)節(jié)R2,并在表格中記錄下了各次R2的阻值和對應(yīng)電流表A的讀數(shù)I;最后根據(jù)記錄的數(shù)據(jù),他畫出了如圖乙所示的圖像;利用圖像中的數(shù)據(jù)可求得,電流表A的內(nèi)阻RA=________________________________________________________________________Ω,電源(內(nèi)阻忽略不計)的電動勢E=________V. [解析] (1)為了保證電路中用電器的安全,在閉合開關(guān)之前應(yīng)該將兩個電阻箱的阻值調(diào)至最大,使電路中的電流較小,不會燒壞電流表;由于兩次操作電路中電流相

20、等,說明兩次操作電路中的總電阻也相等,故Rx=34.2 Ω. (2)根據(jù)閉合電路歐姆定律可知E=I(R2+RA+R1),解得=+,結(jié)合-R2圖像的斜率和截距可得E=4 V,RA=0.5 Ω. [答案] (1)最大 34.2 (2)0.5 4 遷移三 電橋法測電阻 3.(2019·黑龍江三市調(diào)研)(1)如圖甲所示為某同學(xué)在實驗室設(shè)計的一電路圖,其中R1、R2、R3為定值電阻,R4為一電阻箱,G是一靈敏電流表(零刻度在表盤的中央).閉合開關(guān),當(dāng)R4調(diào)節(jié)到某一值時,發(fā)現(xiàn)靈敏電流表的示數(shù)為零.則此時關(guān)于四個電阻阻值的關(guān)系正確的是________. A.R1+R3=R2+R4 B.R1+

21、R4=R2+R3 C.R1R4=R2R3 D.R1R3=R2R4 (2)受上述實驗的啟發(fā),這位同學(xué)又設(shè)計了一測量未知電阻阻值的實驗.實驗所需器材是:待測電阻R待測、一直流電源(電動勢E=3 V)、電阻箱R(阻值范圍是0~999.9 Ω)、一小白熾燈泡(耐壓值較高,可用來作指示燈)、一均勻但長度未知的直電阻絲AB(電阻絲上有一個帶有絕緣柄的小金屬線夾,線夾和電阻絲接觸良好,且線夾可在電阻絲上自由滑動)、比電阻絲稍長的毫米刻度尺一把、開關(guān)一個、導(dǎo)線若干. a.根據(jù)題意,請用線段代替導(dǎo)線把圖乙中電路連接完整. b.把線夾夾在電阻絲離A端較近的位置上,閉合開關(guān)S,調(diào)整電阻箱,使得小燈泡不

22、亮,記錄電阻箱此時的阻值R1,用刻度尺測量此時A到線夾的距離x1. c.把線夾向右移動,重復(fù)上述步驟,分別測量并記錄多組R、x數(shù)據(jù)(不少于六組). d.把測得的數(shù)據(jù)在平面直角坐標(biāo)系中描繪出來,為了較直觀地體現(xiàn)出變量之間的關(guān)系,要作出一線性圖像,如果圖像的縱坐標(biāo)是電阻箱接入電路的電阻R,則橫坐標(biāo)應(yīng)該是________. e.根據(jù)上一步驟,作出的圖像在縱軸上的截距的絕對值為R0,圖像的斜率為k,則可求得R待測=________;電阻絲的總長度L=________. f.下列措施能進(jìn)一步提高上述實驗準(zhǔn)確性的是________. A.電阻箱應(yīng)改換成阻值較大的滑動變阻器 B.小白熾燈泡應(yīng)改換

23、成指針式毫伏表 C.直接用歐姆表來測量待測電阻會更準(zhǔn)確、快捷 D.用刻度尺測長度時,要多次測量求平均值 [解析] (1)由題知靈敏電流表示數(shù)為零,則φM=φN,故UR1=UR3,流過R1、R3的電流分別用I1、I3表示,由歐姆定律有I1=、I3=,又I1(R1+R2)=I3(R3+R4),聯(lián)立得R1R4=R2R3,選項C正確. (2)a.連接電路如圖所示. d、e.設(shè)電阻絲單位長度阻值為r,則左邊電阻絲阻值為xr,右邊電阻絲的阻值為(L-x)r,由電橋平衡特點得xr·R=(L-x)rR待測,整理得R=R待測L-R待測,為保證圖像是線性的,若縱坐標(biāo)是R,則橫坐標(biāo)應(yīng)該是,因為作出的圖

24、像在縱軸上的截距的絕對值為R0,可知R待測=R0,L==. f.滑動變阻器接入電路的阻值讀不出來,故A項錯誤;電橋是否平衡,通過小燈泡是否發(fā)光來判斷,如果不發(fā)光就說明電路已經(jīng)達(dá)到平衡,小燈泡的發(fā)光效果與通過的電流有關(guān)系,電流越小,發(fā)光越弱,但有微弱電流時,可能人眼看不到小燈泡發(fā)光,改換成指針式毫伏表,能更直觀判斷電橋是否平衡,故B項正確;用歐姆表來測量電阻,因刻度不均勻使讀數(shù)誤差太大,所以精確測量電阻時,不能用歐姆表,故C項錯誤;用刻度尺測長度時,多次測量求平均值,可以減少偶然誤差,故D項正確. [答案] (1)C (2)a.見解析圖 d. e.R0  f.BD 最獨特的測量方法——

25、電橋法測電阻 在電阻的測量方法中,有一種很獨特的測量方法,那就是電橋法.其測量電路如圖所示,實驗中調(diào)節(jié)電阻箱R3,當(dāng)A、B兩點的電勢相等時,R1和R3兩端的電壓相等,設(shè)為U1,同時R2和Rx兩端的電壓也相等,設(shè)為U2. 根據(jù)歐姆定律有:=,=,由以上兩式解得:R1Rx=R2R3,這就是電橋平衡的條件,由該平衡條件可求出被測電阻Rx的阻值. 熱點考向三 以測電源電動勢和內(nèi)阻為核心的實驗 【典例】 (2018·江蘇卷)一同學(xué)測量某干電池的電動勢和內(nèi)阻. (1)如圖1所示是該同學(xué)正準(zhǔn)備接入最后一根導(dǎo)線(圖中虛線所示)時的實驗電路.請指出圖中在器材操作上存在的兩個不妥之處.

26、(2)實驗測得的電阻箱阻值R和電流表示數(shù)I,以及計算的數(shù)據(jù)見下表: R/Ω 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 I/A 0.15 0.17 0.19 0.22 0.26 /A-1 6.7 6.0 5.3 4.5 3.8 根據(jù)表中數(shù)據(jù),在方格紙上作出R-關(guān)系圖像.由圖像可計算出該干電池的電動勢為________V;內(nèi)阻為________Ω. (3)為了得到更準(zhǔn)確的測量結(jié)果,在測出上述數(shù)據(jù)后,該同學(xué)將一只量程為100 mV的電壓表并聯(lián)在電流表的兩端.調(diào)節(jié)電阻箱,當(dāng)電流表的示數(shù)為0.33 A時,電壓表的指針位置如圖2所示,則該干電池的電動勢應(yīng)為____

27、____________________________________________________________________V;內(nèi)阻應(yīng)為________Ω. [思路引領(lǐng)] (1)利用閉合電路歐姆定律E=I(R+r)變化成R=E-r,結(jié)合R-圖像分析是解題關(guān)鍵.(2)考慮到電流表內(nèi)阻,利用閉合電路歐姆定律得E=I(R+r+RA),則R=E-(r+RA). [解析] (1)在連接電路前,首先要斷開開關(guān),電路中串聯(lián)的電阻箱阻值要調(diào)節(jié)到最大,所以操作中存在的不足之處是:①開關(guān)未斷開;②電阻箱阻值為零.(2)根據(jù)測量得到的數(shù)據(jù),利用描點法先在坐標(biāo)圖中畫出數(shù)據(jù)點,然后用直尺過盡可能多的

28、點畫出傾斜的直線,如圖所示.對題圖1,利用閉合電路歐姆定律,可得E=I(R+r),變化成R=E·-r,對照作出的R-圖像,可知R-圖像的斜率等于電池的電動勢,可得E=1.4 V;R-圖像在縱軸的截距的絕對值等于電池的內(nèi)阻,可得r=1.2 Ω.(3)根據(jù)電壓表的讀數(shù)規(guī)則,題圖2中電壓表讀數(shù)U=66 mV,由題述知I=0.33 A,根據(jù)歐姆定律可得電流表內(nèi)阻RA==0.2 Ω.對題圖1,考慮到電流表內(nèi)阻,利用閉合電路歐姆定律,可得E=I(R+r+RA),變化成R=E·-(r+RA),對照作出的R-圖像,可知R-圖像的斜率等于電池的電動勢,可得E=1.4 V;R-圖像在縱軸的截距的絕對值等于電池的內(nèi)

29、阻與電流表內(nèi)阻之和,可得電池的內(nèi)阻為1.0 Ω. [答案] (1)①開關(guān)未斷開;②電阻箱阻值為零.(2)如圖所示 1.4(1.30~1.44都算對) 1.2(1.0~1.4都算對) (3)1.4(結(jié)果與(2)問第一個空格一致) 1.0(結(jié)果比(2)問第二個空格小0.2) 測量電源電動勢和內(nèi)阻的三個常用方案 方案 伏安法 伏阻法 安阻法 原理 E=U+I(xiàn)r E=U+r E=IR+I(xiàn)r 電路圖 關(guān)系式 U=E-Ir =+ =+ 圖像 縱軸截距:E 斜率大?。簉 縱軸截距: 斜率: 縱軸截距: 斜率: 誤差 分析

30、E測r真 E測r真 遷移一 利用伏安法測定電源電動勢和內(nèi)阻 1.(2019·哈爾濱三中模擬)某實驗小組正在測定一節(jié)新型電池的電動勢(約為3 V)和內(nèi)阻,現(xiàn)要選取一個定值電阻R0當(dāng)作保護(hù)電阻. (1)首先為了準(zhǔn)確測量定值電阻R0的阻值,在操作臺上準(zhǔn)備了如下實驗器材: A.電壓表V(量程為0~3 V,電阻約為4 kΩ) B.電流表A1(量程為0~1 A,內(nèi)阻約為0.5 Ω) C.電流表A2(量程為0~3 A,內(nèi)阻約為0.5 Ω) D.定值電阻R0(阻值約為3 Ω) E.滑動變阻器R(0~1

31、0 Ω) F.開關(guān)S一個,導(dǎo)線若干 上述器材中,在測量R0阻值時應(yīng)選擇________(填器材前面的序號)為電流表,其實驗電路圖應(yīng)選圖甲中的________________________________________________________________________(填圖號),經(jīng)測量定值電阻R0的阻值為2.8 Ω. (2)之后為了測量該新型電池的電動勢和內(nèi)阻,設(shè)計了如下實驗,完成圖乙中實驗器材的連接. (3)根據(jù)實驗記錄的數(shù)據(jù)作出U-I圖線如圖丙所示,根據(jù)圖丙可以求出待測新型電池的內(nèi)阻為________Ω,電池電動勢為________V.(保留兩位有效數(shù)字)

32、 [解析] (1)新型電池的電動勢約為3 V,定值電阻R0的阻值約為3 Ω,則通過定值電阻R0的最大電流約為1 A,故在測量R0的阻值時應(yīng)選擇電流表A1;由于電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于R0的阻值,故電流表采用外接的方法,即圖(a)所示. (2)如圖所示. (3)由電路圖可得U=E-I(R0+r),則在U-I圖線中,圖線斜率的絕對值表示定值電阻和電源內(nèi)阻之和,即R0+r==3.75 Ω,所以電源的內(nèi)阻r=0.95 Ω,由圖像可知,I=0.1 A時,有U=2.5 V,代入U=E-I(R0+r)得到E=2.9 V. [答案] (1)B (a) (2)見解析圖 (3)0.95 2.9 遷移二 利用電

33、壓表和電阻箱測定電源電動勢和內(nèi)阻 2.某學(xué)習(xí)小組要測量一電池的電動勢和內(nèi)阻(小于30 Ω),實驗室提供的器材有:一個滿偏電壓為3 V、內(nèi)阻為3 kΩ的電壓表V1,兩個電阻箱(0~9999.9 Ω),一個開關(guān)和若干導(dǎo)線. (1)由于電壓表V1量程偏小,首先需將電壓表改裝成量程為9 V的電壓表V2,則電壓表V1應(yīng)與電阻箱________(填“并聯(lián)”或“串聯(lián)”),并將該電阻箱阻值調(diào)為__________________. (2)接著用改裝的電壓表V2對電池的電動勢及內(nèi)阻進(jìn)行測量,實驗電路如圖1所示,改變電阻箱R的阻值并記錄相應(yīng)的電壓表V2示數(shù)U,進(jìn)行相關(guān)計算后將數(shù)據(jù)一并記錄在下表中. 次數(shù)

34、 1 2 3 4 5 6 R(Ω) 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 U(V) 4.18 5.71 6.44 6.90 7.04 8.00 (V-1) 0.239 0.175 0.155 0.145 0.142 0.125 (Ω-1) 0.050 0.025 0.017 0.013 0.010 0.008 ①根據(jù)表中數(shù)據(jù),圖2中已描繪出四個點,請將第3、4兩組數(shù)據(jù)也描繪在圖2中,并作出-圖線; ②根據(jù)圖線可得電池的電動勢E=________V,內(nèi)阻r=________Ω.(結(jié)果保留三位有效數(shù)

35、字) [解析] 電壓表擴(kuò)大量程需串聯(lián)一個電阻R串,則Imax===1×10-3 A,R串=-RV1=-3×103 Ω=6000 Ω.由題圖1得U+r=E,整理得=·+,結(jié)合作出的圖線有=0.11 V-1,= A-1,解得電池的電動勢E=9.09 V,內(nèi)阻r=23.6 Ω. [答案] (1)串聯(lián) 6000 Ω (2)①如圖所示?、?.09 23.6 測量電源電動勢和內(nèi)阻的原理是閉合電路歐姆定律,處理實驗數(shù)據(jù)一般采用圖像法.求解電源電動勢和內(nèi)阻的一般方法是根據(jù)設(shè)計的電路,利用閉合電路歐姆定律列出相關(guān)方程,并將方程變化成與圖像相符的形式,再根據(jù)圖像的斜率和截距的物理意義得出電源電動勢

36、和內(nèi)阻. 高考熱點題型突破——電學(xué)實驗的創(chuàng)新設(shè)計與器材選擇 器材選取三原則 1.安全性原則:要能夠根據(jù)實驗要求和客觀條件選用合適的儀器,使實驗切實可行,能達(dá)到預(yù)期目的.另外還要注意測量儀器的量程,尤其電器元件的電流不能超過其允許通過的最大電流等. 2.精確性原則:根據(jù)實驗的需要,選用精度合適的測量工具,但對某個實驗來講,精確程度合適即可,并不是精度越高越好. 3.方便性原則:實驗時需考慮調(diào)節(jié)方便,便于操作,如滑動變阻器的選擇,既要考慮它的額定電流,又要考慮它的阻值范圍,在二者都能滿足實驗要求的情況下,還要考慮阻值大小對實驗操作是否調(diào)節(jié)方便的問題. 【典例】 (2019·河

37、北名校聯(lián)盟)一待測電阻Rx的阻值約為20 Ω,現(xiàn)要測量其阻值,實驗室提供的器材如下: A.電流表A1(量程150 mA,內(nèi)阻約為60 Ω) B.電流表A2(量程20 mA,內(nèi)阻r2=30 Ω) C.電壓表V(量程15 V,內(nèi)阻約為3000 Ω) D.定值電阻R01=10 Ω E.定值電阻R02=120 Ω F.滑動變阻器R1(0~3 Ω,2.0 A) G.滑動變阻器R2(0~500 Ω,0.5 A) H.電源,電動勢E=4 V(內(nèi)阻不計) I.開關(guān)S及導(dǎo)線若干 (1)為了使電表調(diào)節(jié)范圍較大,測量準(zhǔn)確,測量時電表讀數(shù)不得小于其量程的,請從所給的器材中選擇合適的實驗器材____

38、__________(用器材前對應(yīng)的字母序號填寫). (2)根據(jù)你選擇的實驗器材,請你在虛線框內(nèi)畫出測量Rx的最佳實驗電路圖并標(biāo)明元件符號. (3)待測電阻阻值的表達(dá)式為Rx=________,式中未知量符號的物理意義為__________________________________. [審題指導(dǎo)]  第一步 讀題干—提信息 題干 信息 A2內(nèi)阻r2=30 Ω 可改裝成電壓表 電壓表量程15 V 量程過大不可用 為了使電表調(diào)節(jié)范圍較大,測量準(zhǔn)確 滑動變阻器用分壓式接法 第二步 審程序—順?biāo)悸? [解析] 因測量時要使電表調(diào)節(jié)范圍較大,所以滑動變阻器要用分壓

39、式接法,選用小阻值的R1;電源電動勢為4 V,電壓表的量程為15 V,量程太大不可用,因電流表A2的內(nèi)阻已知且題中給出了定值電阻,所以可用電流表A2與定值電阻R02串聯(lián)充當(dāng)電壓表(量程為3 V)使用,此時通過待測電阻的最大電流不超過I=150 mA,電流表A1可直接測電流.電路如圖所示,此時通過被測電阻的電流為I=I1-I2,被測電阻兩端的電壓為U=I2(R02+r2),根據(jù)歐姆定律,被測電阻的阻值為Rx=. [答案] (1)ABEFHI (2)見解析 (3) I1、I2分別為電流表A1、A2的示數(shù) 定值電阻的五大功能 (1)保護(hù)電學(xué)元件,使通過元件的電流不會過大,避免損壞元件.

40、 (2)與其他元件組合成混聯(lián)電路,利用串、并聯(lián)電路的特點列式求待測電阻阻值. (3)改裝功能:大阻值定值電阻與小量程電流表串聯(lián)改裝成大量程電壓表;小阻值定值電阻與小量程電流表并聯(lián)改裝成大量程電流表;大阻值定值電阻與小量程電壓表串聯(lián)改裝成大量程電壓表. (4)小阻值定值電阻與電源串聯(lián),等效擴(kuò)大電源內(nèi)阻,減小測量電源內(nèi)阻的誤差. (5)與其他元件搭配組合,通過開關(guān)控制以便于構(gòu)成兩個不同的電路,測兩次電流、電壓值,列出關(guān)系式求得未知量. 1.現(xiàn)有一塊靈敏電流計A1,量程為200 μA,內(nèi)阻約為1 kΩ,要精確測出其內(nèi)阻Rg,提供的器材有: 電流表A2(量程為1 mA,內(nèi)阻r=5

41、0 Ω); 滑動變阻器R(阻值范圍為0~30 Ω); 定值電阻R1(阻值R1=100 Ω); 定值電阻R2(阻值R2=3 kΩ); 電源E(電動勢約為4.5 V,內(nèi)阻很小); 單刀單擲開關(guān)S一個,導(dǎo)線若干. (1)請利用上述所有器材,設(shè)計出合理的、便于多次測量的實驗電路圖,并保證各電表的示數(shù)超過其量程的,將電路圖畫在題中的虛線框中. (2)在所測量的數(shù)據(jù)中選一組,用測量量和已知量來計算A1表的內(nèi)阻,表達(dá)式為Rg=________,表達(dá)式中各符號表示的意義是_______________________________________________________________

42、_________________________________________________________________________________. [解析] 本題考查電學(xué)實驗,電流表內(nèi)阻的測量.首先對于控制電路,被測電阻大約為1000 Ω,而滑動變阻器最大值只有30 Ω,則應(yīng)采用分壓式接法.測A1兩端的電壓,因沒有提供電壓表,可以把A2改裝成電壓表,但其量程又太小,可用一個電阻串聯(lián),放大其測電壓的量程,因A1的最大電壓值只有0.2 V,則只要把R1與A2串聯(lián)即可滿足要求.又由于A1兩端電壓太低,可以再串一個電阻R2來增大電壓,從而使滑動變阻器的范圍大些.其設(shè)計圖如圖所示.(

43、2)閉合電路歐姆定律可知Rg=,I1、I2分別表示A1、A2的示數(shù),r表示電流表A2的內(nèi)阻. [答案] (1)如圖所示 (2) I2表示A2表的示數(shù),I1表示A1表的示數(shù) 2.(2019·江西省紅色七校)某學(xué)習(xí)小組進(jìn)行精確測量電阻Rx的阻值的實驗,有下列器材供選用. A.待測電阻Rx(約300 Ω) B.電壓表V(3 V,內(nèi)阻約3 kΩ) C.電流表A1(10 mA,內(nèi)阻約10 Ω) D.電流表A2(20 mA,內(nèi)阻約5 Ω) E.滑動變阻器R1(0~20 Ω,額定電流2 A) F.滑動變阻器R2(0~2000 Ω,額定電流0.5 A) G.直流電源E(3 V,內(nèi)阻約1

44、 Ω) H.開關(guān)、導(dǎo)線若干 (1)甲同學(xué)根據(jù)以上器材設(shè)計了用伏安法測量電阻的電路,并能滿足Rx兩端電壓從零開始變化并進(jìn)行多次測量.則電流表應(yīng)選擇________(填“A1”或“A2”);滑動變阻器應(yīng)選擇________(填“R1”或“R2”);請在虛線框中幫甲同學(xué)畫出實驗電路原理圖. (2)乙同學(xué)經(jīng)過反復(fù)思考,利用所給器材設(shè)計出了如圖所示的測量電路,具體操作如下: ①按圖連接好實驗電路,閉合開關(guān)S1前調(diào)節(jié)滑動變阻器R1、R2的滑片至適當(dāng)位置; ②閉合開關(guān)S1,斷開開關(guān)S2,調(diào)節(jié)滑動變阻器R1、R2的滑片,使電流表A1的示數(shù)恰好為電流表A2的示數(shù)的一半; ③閉合開關(guān)S2并保持

45、滑動變阻器R2的滑片位置不變,讀出電壓表V和電流表A1的示數(shù),分別記為U、I; ④待測電阻的阻值Rx=________,比較甲、乙兩同學(xué)測量電阻Rx的方法,你認(rèn)為哪個同學(xué)的方法更有利于減小系統(tǒng)誤差?________(填“甲”或“乙”)同學(xué)的. [解析] (1)通過待測電阻的最大電流約為Imax= A=10 mA,電流表應(yīng)選擇A1;實驗要求電壓從零開始變化,則滑動變阻器應(yīng)采用分壓接法,為方便實驗操作,應(yīng)選擇最大阻值較小的滑動變阻器R1;由R>RA1RV,可知電流表應(yīng)采用內(nèi)接法.(2)④由實驗步驟②可知,通過R2與Rx的電流相等,則兩支路電阻相等,由實驗步驟③可知,電壓表測待測電阻兩端電壓,由

46、于兩并聯(lián)支路電阻相等,則通過它們的電流相等,由實驗原理可知,通過待測電阻的電流等于電流表A1的示數(shù)I,則待測電阻的阻值Rx=;由兩種實驗方案的實驗原理可知,甲同學(xué)的實驗中電流表的內(nèi)阻對實驗結(jié)果有影響,而乙同學(xué)的方法消除了電流表內(nèi)阻的影響,測量值與真實值相等. [答案] (1)A1 R1 如圖所示 (2)④ 乙 專題強(qiáng)化訓(xùn)練(十六) 1.(2019·湖南湘東六校聯(lián)考)某同學(xué)想用半偏法測定一塊精度很高的電壓表V(量程為0~3 V,內(nèi)阻約為20 kΩ)的內(nèi)阻,并將其改裝成歐姆表,現(xiàn)有器材如下: A.直流電源E(電動勢為4 V,內(nèi)阻不計); B.電阻箱R(最大阻值為99999.9 Ω

47、); C.滑動變阻器R1(最大阻值為10 kΩ); D.滑動變阻器R2(最大阻值為5 Ω); E.開關(guān)、導(dǎo)線若干. (1)圖甲虛線框內(nèi)為該同學(xué)設(shè)計的部分測量電路,請你補(bǔ)畫完整,滑動變阻器應(yīng)選擇________. (2)根據(jù)設(shè)計的電路圖,連接好實驗電路,進(jìn)行實驗操作,請你補(bǔ)充完善下面的操作步驟.首先閉合開關(guān)S1、S2,調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片,使電壓表指針達(dá)到滿偏;保持________不變,斷開開關(guān)________(選填“S1”或“S2”),調(diào)節(jié)________的阻值,使電壓表指針達(dá)到半偏,讀取并記錄此時電阻箱的阻值R0,則電壓表的內(nèi)阻RV=________. (3)實驗測得電壓表的

48、內(nèi)阻為24 kΩ,該同學(xué)選用上述電源E及另一個滑動變阻器將電壓表改裝為歐姆表,若將如圖乙所示的電壓表表盤上的電壓刻度換成電阻刻度,則電壓表表盤上2 V處對應(yīng)的電阻值為________kΩ. [解析] (1)由圖甲可知,滑動變阻器采用分壓式接法,因此選擇阻值較小的R2. (2)根據(jù)實驗原理可知,當(dāng)電阻箱短接時,調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片的位置,使得電壓表指針滿偏,然后把電阻箱接入電路中,保持滑動變阻器的滑片位置不變,則并聯(lián)部分分得電壓幾乎不變,調(diào)節(jié)電阻箱的阻值,使得電壓表指針半偏,則電阻箱的阻值即為電壓表的內(nèi)阻,即RV=R0. (3)由題意可知·RV=3 V,·RV=2 V,聯(lián)立解得Rx=16

49、 kΩ. [答案] (1)見解析圖 R2 (2)滑動變阻器滑片位置 S2 R R0 (3)16 2.(2019·吉林長春質(zhì)檢)某同學(xué)設(shè)計了圖甲的電路來測量一電源的電動勢和內(nèi)阻,待測電源電動勢約為2 V,內(nèi)阻約為幾歐姆,R為阻值0~10 Ω的滑動變阻器,R0為阻值990 Ω的定值電阻,X、Y為兩個電流表,實驗室有以下幾個電流表: A1:量程0~0.6 A,內(nèi)阻約為0.5 Ω A2:量程0~3 A,內(nèi)阻約為0.1 Ω A3:量程0~20 mA,內(nèi)阻為1 Ω A4:量程0~2 mA,內(nèi)阻為10 Ω (1)為了較準(zhǔn)確地測量電源的電動勢和內(nèi)阻,則X應(yīng)該選擇________,Y應(yīng)該選擇_

50、_______. (2)實驗中,調(diào)節(jié)滑動變阻器,得到多組X、Y的數(shù)據(jù),根據(jù)數(shù)據(jù)畫出X-Y的圖像如圖乙所示,則根據(jù)圖像計算可知,電源電動勢為________V,內(nèi)阻為________Ω(計算結(jié)果均保留兩位小數(shù)). [解析] (1)據(jù)題意,X、Y是兩只電流表,故實驗原理是將X改裝成電壓表后,配合電流表Y采用伏安法測電源的電動勢和內(nèi)阻.根據(jù)電源電動勢約2 V和R0的阻值為990 Ω,可知R0應(yīng)與A4串聯(lián),即X應(yīng)選A4.再根據(jù)圖乙可知電路中最大電流約為0.35 A,故Y應(yīng)選A1.(2)因改裝后的電壓表U=IX(RA4+R0),由閉合電路歐姆定律有U=E-IYr,聯(lián)立結(jié)合題圖乙,當(dāng)Y的電流為0時,可

51、得E=1.85 V,當(dāng)Y的電流為0.30 A時,X的電流為1.55 mA,U=1.55 V,可得r=1.00 Ω. [答案] (1)A4 A1 (2)1.85 1.00 3.(2019·天津卷)現(xiàn)測定長金屬絲的電阻率. (1)某次用螺旋測微器測量金屬絲直徑的結(jié)果如圖所示,其讀數(shù)是________________________________________________________________________mm. (2)利用下列器材設(shè)計一個電路,盡量準(zhǔn)確地測量一段金屬絲的電阻.這段金屬絲的電阻Rx約為100 Ω,畫出實驗電路圖,并標(biāo)明器材代號. 電源E(電動勢10

52、V,內(nèi)阻約為10 Ω) 電流表A1(量程0~250 mA,內(nèi)阻R1=5 Ω) 電流表A2(量程0~300 mA,內(nèi)阻約為5 Ω) 滑動變阻器R(最大阻值10 Ω,額定電流2 A) 開關(guān)S及導(dǎo)線若干 (3)某同學(xué)設(shè)計方案正確,測量得到電流表A1的讀數(shù)為I1,電流表A2的讀數(shù)為I2,則這段金屬絲電阻的計算式Rx=________.從設(shè)計原理看,其測量值與真實值相比________(填“偏大”、“偏小”或“相等”). [解析] (1)由螺旋測微器的讀數(shù)規(guī)則可知,該金屬絲的直徑應(yīng)為0 mm+20.0×0.01 mm=0.200 mm;(2)對提供的實驗器材分析可知,由于滑動變阻器的總電阻比

53、待測電阻的阻值小得多,因此滑動變阻器應(yīng)采用分壓接法,由于沒有提供電壓表,因此可以用內(nèi)阻已知的電流表充當(dāng)電壓表,即將A1作為電壓表,由于A1的內(nèi)阻已知,因此A2應(yīng)采用外接法;(3)由電路圖可知,Rx=,由于A1的內(nèi)阻已知,因此該實驗不存在系統(tǒng)誤差,因此測量值與真實值相等. [答案] (1)0.200(0.196~0.204均可) (2)如圖 (3) 相等 4.(2019·廣東六校聯(lián)考)為了測量電阻值約為4 Ω的未知電阻的準(zhǔn)確阻值,實驗室提供了如下的實驗器材: 兩個內(nèi)阻均為r=100 Ω、滿偏電流均為Ig=1 mA的電流計?; 定值電阻R1=29900 Ω、R2=2900 Ω、R3=

54、 Ω、R4= Ω; 最大阻值為5 Ω的滑動變阻器R5; 最大阻值為20 Ω的滑動變阻器R6; 內(nèi)阻可忽略的電源,電動勢E=3 V; 開關(guān)一只,導(dǎo)線若干. 其中設(shè)計的部分測量電路如虛線框中的電路所示,請回答下列問題: (1)為了減小實驗誤差,定值電阻A應(yīng)選用________,定值電阻B應(yīng)選用________; (2)為了測量多組實驗數(shù)據(jù),要求測量電路兩端電壓從零開始調(diào)節(jié),則滑動變阻器應(yīng)選用________,并在虛線框中將電路補(bǔ)充完整; (3)在反復(fù)調(diào)節(jié)滑動變阻器的過程中,發(fā)現(xiàn)兩電流計的示數(shù)總是相同,由此可知該待測電阻的阻值應(yīng)為______________________.

55、[解析] (1)定值電阻A與電流計?串聯(lián)相當(dāng)于電壓表,又由于電源的電動勢為3 V,則由電壓表的改裝原理可知RA=-r= Ω=2900 Ω,故定值電阻A應(yīng)選用R2,由題意可知流過待測電阻的最大電流值約為I= A=0.75 A,定值電阻B與電流計?并聯(lián)相當(dāng)于電流表,則由電流表的改裝原理可知RB== Ω= Ω,故定值電阻B應(yīng)選用R3. (2)由于要求電壓從零開始調(diào)節(jié),故滑動變阻器應(yīng)采用分壓式接法,滑動變阻器應(yīng)選用最大阻值較小的R5,補(bǔ)全的電路如圖所示. (3)當(dāng)兩電流計的示數(shù)相同時,設(shè)電流計的示數(shù)為I′,則由串、并聯(lián)電路的特點可知,通過待測電阻的電流與通過電阻B的電流相同,根據(jù)歐姆定律得=,

56、整理可得待測電阻的阻值為Rx===4 Ω. [答案] (1)R2 R3 (2)R5 見解析圖 (3)4 Ω 5.(2019·鄭州市高中畢業(yè)班第一次質(zhì)量預(yù)測)某同學(xué)利用以下器材測量一節(jié)干電池的電動勢和內(nèi)阻,實驗原理如圖甲所示. 電壓表V:(量程3 V,內(nèi)阻約為RV=10 kΩ) 電流表G:(量程3 mA,內(nèi)阻Rg=100 Ω) 滑動變阻器R:(阻值范圍0~10 Ω,額定電流2 A) 定值電阻R0=0.5 Ω 開關(guān)S和導(dǎo)線若干 (1)該同學(xué)將電流表G與定值電阻R0并聯(lián),實際上是進(jìn)行了電表的改裝,則他改裝后的電流表對應(yīng)的量程是________A(結(jié)果保留一位有效數(shù)字). (2)

57、該同學(xué)利用上述實驗原理圖進(jìn)行實驗測得多組數(shù)據(jù),以電流表G的讀數(shù)I為橫軸,以電壓表V的讀數(shù)U為縱軸,繪出了如圖乙所示的圖線,根據(jù)圖線可求出干電池的電動勢E=________V,內(nèi)阻r=________Ω.(結(jié)果均保留兩位小數(shù)) (3)這樣測得的電動勢________,內(nèi)阻________.(填“偏大”“偏小”或“不變”) [解析] (1)當(dāng)電流表G的指針達(dá)到滿偏時,定值電阻R0中的電流IR0==0.6 A,改裝后的電流表對應(yīng)的量程為Im=Ig+I(xiàn)R0=3 mA+0.6 A=0.603 A≈0.6 A.(2)電流表改裝后其量程擴(kuò)大了200倍,即電路中的總電流是電流表讀數(shù)的200倍,由閉合電路歐姆定律有E=U+200Ir,對照圖乙,變換為U=E-200r·I,圖線在縱軸的截距等于干電池的電動勢,E=1.48 V,圖線的斜率的絕對值為200r= Ω,解得內(nèi)阻r=0.84 Ω.(3)由于電壓表不是理想電表,則實際通過電池的電流大于改裝后電流表的讀數(shù),可知測得的電動勢偏小,內(nèi)阻偏?。? [答案] (1)0.6 (2)1.48(1.47~1.49均可) 0.84(0.76~0.90均可) (3)偏小 偏小 28

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