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文檔簡介

第八章恒定電流

■DIBAZHANG

第1講電路的基本概念和規(guī)律

姜蘭姜季臺必備知識新學法基礎落實連連彭套翁

[主干知識?填一填]

一、電流

i.形成的條件:導體中有自由電荷;導體兩端存在電壓.

2.電流是標量:正由苞定向移動的方向規(guī)定為電流的方向.

3.兩個表達式:①定義式:/=一;②決定式:

IK

二、電阻、電阻定律

1.電阻:反映了導體對電流的阻礙作用.表達式為:R斗

2.電阻定律:同種材料的導體,其電阻R與它的長度/成正比,與它的橫截面積S成反

比;導體電阻還與構成它的材料有關.表達式為:??=4

3.電阻率

(1)物理意義:反映導體的導電性能,是導體材料本身的屬性.

(2)電阻率與溫度的關系:金屬的電阻率隨溫度升高而增大;半導體的電阻率隨溫度升高

而減小.

三、部分電路歐姆定律及其應用

1.內(nèi)容:導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比,跟導體的電阻成反比.

2.表達式:1=^.

3.適用范圍:金屬導電和電解液導電的純電阻電路,不適用于氣體導電或半導體元件.

4.導體的伏安特性曲線(/-U圖線)

(1)比較電阻的大?。簣D線的斜率仁巖=(=右圖中凡*2(填?/r

“V”或“=").

(2)線性元件:伏安特性曲線是直線的電學元件.

()----------?U

(3)非線性元件:伏安特性曲線為曲線的電學元件.

四、電功率、焦耳定律

1.電功:電路中電場力移動電荷做的功.表達式為

2.電功率:單位時間內(nèi)電流做的功.表示電流做功的快慢.表達式為P=5=DZ.

3.焦耳定律:電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比,跟導體的電阻及通電時

間成正比.表達式為。=/20.

4.熱功率:單位時間內(nèi)的發(fā)熱量.表達式為P=y=9.

[規(guī)律結論?記一記]

1.電流既有大小也有方向,但它的運算遵循代數(shù)運算法則,是標量.

2.在理解公式時一定要注意定義式與決定式的區(qū)別,其中定義式或計算式有:/=3R

=*P=竿等,決定式有:1=*、I=nqSu等.

3.公式W=U〃可求解任何電路的電功,而卬=尸用=學,只適用于純電阻電路.

4.無論是線性元件還是非線性元件,只要是純電阻元件,電阻都可由氏=戶計算.

[必刷小題?測一測]

一、易混易錯判斷

1.電流越大,單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量就越多.(J)

2.由知,導體的電阻與導體兩端的電壓成正比,與流過導體的電流成反比.(X)

3.根據(jù)/哼可知3與g成正比.(X)

4.由。=竿知,導體的電阻率與導體的電阻和橫截面積的乘積成正比,與導體的長度

成反比.(X)

5.公式卬=片7=尸放只適用于純電阻電路.(J)

二、經(jīng)典小題速練

1.(魯科版必修第三冊P7a2)(多選)一根粗細均勻的細銅絲,原來的電阻為R,貝4()

A.截去最剩下部分的電阻變?yōu)?R

B.均勻拉長為原來的2倍,電阻變?yōu)?R

C.對折后,電阻變?yōu)??

D.均勻拉長,使截面積為原來的宏電阻變?yōu)?R

解析:CD由公式R=/4可知,截取/后,剩下的部分電阻應為管,故選項A錯誤;均

勻拉長為原來的2倍后,細銅線的體積不變,橫截面積變?yōu)樵瓉淼?由公式可知,

電阻變?yōu)樵瓉淼?倍,故選項B錯誤,選項D正確;對折后,長度變成原來的一半,橫截面

積變?yōu)樵瓉淼?倍,由公式可知,電阻變?yōu)樵瓉淼?故選項C正確.

2.(魯科版必修第三冊P76「)(多選)下列有關公式的說法正確的是()

A.計算電功時卬=U〃適用于任何電路

B.對任何電路卬=U〃=與7

C.在非純電阻電路中,UI>FR

D.計算焦耳熱時,放適用于任何電路

解析:ACD公式W=U〃是計算電路總功大小的定義式,適用于任何電路,故選項A

正確;公式W=U〃=芍r只適用于純電阻電路,故選項B錯誤;非純電阻電路中消耗的電能

除轉化為內(nèi)能外,還轉化為其他形式的能,則U/>/2凡選項C正確;公式0=尸即適用于任

何電路焦耳熱的計算,故選項D正確.

3.(人教版必修第三冊P56T3)某手機的說明書標明該手機電池容量為4000mA?h,待機

時間為22d,請估算該手機的待機電流有多大.說明書還標明,用該手機播放視頻的時間是

17h,請估算播放視頻的電流大約是待機電流的幾倍.

解析:由題意得,待機時間A=22d=528h,

,rej入j,、A

由4=〃可付手機待機電流1尸木Q=-4-0-0^02m8Ah-?--hF,6,mA.

播放視頻的電流h=^=----—弋235.3mA,

可得7;=-7=葭處31倍?

答案:7.6mA31

、奉奉奉奉關鍵能力新探究思維拓展

命題點一對電流的理解與計算(自主學習)

[核心整合]

1.應用/=滸算時應注意:若導體為電解液,因為電解液里的正、負離子移動方向相

反,但形成的電流方向相同,故g為正、負離子帶電荷量的絕對值之和.

2.三個電流表達式的比較

公式適用范圍字母含義公式含義

£反映了/的大小,但不

q為時間f內(nèi)通過導體橫

定義式一切電路能說

截面的電荷量

n:導體單位體積內(nèi)的

自由電荷數(shù)

<7:每個自由電荷的電荷

從微觀上看〃、q、S、v

微觀式I=nqSv一切電路量

決定了/的大小

S:導體橫截面積

V:電荷定向移動的平均

速率

/由U、R決定,

金屬、U:導體兩端的電壓18U

決定式I=

R電解液R:導體本身的電阻

[題組突破]

1.(公式/=/等效應用)(多選)氫原子核外只有一個電子,它繞氫原子核運動一周的時間

約為2.4X10-16s,則下列說法正確的是()

A.電子繞核運動的等效電流為6.7X104人

B.電子繞核運動的等效電流為1.5X103A

C.等效電流的方向與電子的運動方向相反

D.等效電流的方向與電子的運動方向相同

解析:AC根據(jù)電流的定義式/=軻得等效電流為/=?=會皆小A=6.7X10.4A,

II入1U

故A正確,B錯誤;等效電流的方向與電子的運動方向相反,故C正確,D錯誤.

2.(公式/=^在電解液中的應用)如圖所示,在1價離子的電解質溶

液內(nèi)插有兩根碳棒4和8作為電極,將他們接在直流電源上,于是溶液

里就有電流通過.若在r秒內(nèi),通過溶液內(nèi)截面S的正離子數(shù)為小,通

過的負離子數(shù)為〃2,設基本電荷為e,則以下說法中正確的是()

A.正離子定向移動形成的電流方向從A-B,負離子定向移動形成的電流方向從8—4

B.溶液內(nèi)由于正、負離子移動方向相反,溶液中的電流抵消,電流等于零

C.溶液內(nèi)的電流方向從A-8,電流/=學

D.溶液內(nèi)的電流方向從A-8,電流/=e

解析:D電荷的定向移動形成電流,規(guī)定正電荷定向移動的方向為電流方向,負電荷

定向移動的方向為電流的反方向,由題圖所示可知,電流方向是4-B,帶電離子在溶液中定

向移動

形成電流,電流不為零,電流/=^=生£產(chǎn),故選項D正確,A、B.C錯誤.

3.(等效電流的計算)安培提出了著名的分子電流假說,根據(jù)這一假說,電子繞核運動可

等效為一環(huán)形電流.設電荷量為e的電子以速率。繞原子核沿順時針方向做半徑為,的勻速

圓周運動,關于該環(huán)形電流的說法,正確的是()

A.電流大小為黑,電流方向為順時針

2nr

B.電流大小為7,電流方向為順時針

C.電流大小為五;,電流方向為逆時針

D.電流大小為十,電流方向為逆時針

2n/*。ne

解析:C電子做圓周運動的周期人丁,由/=請/=五;,電流的方向與電子運動

方向相反,故為逆時針.

4.(微觀表達式/=〃qS。的應用)一根橫截面積為S的銅導線,通過電流為/.已經(jīng)知道銅

的密度為P,銅的摩爾質量為電子電荷量為e,阿伏加德羅常數(shù)為刈,設每個銅原子只

提供一個自由電子,則銅導線中自由電子定向移動速率為()

MIMINA

A,pNxSepSe

WAINxSe

PSeU'Mp

解析:A設自由電子定向移動的速率為°,導線中自由電子從一端定向移到另一端所用

時間為t,對銅導體研究:每個銅原子可提供一個自由電子,則銅原子數(shù)目與自由電子的總

數(shù)相等,為〃=寄刈,t時間內(nèi)通過導體截面的電荷量為q=ne,則電流強度為1=*=

PSueNz鈿nMl站”

M,解傳故選A-

命題點二歐姆定律及電阻定律(自主學習)

[核心整合]

1.歐姆定律的“二同”

(1)同體性:指人U、R三個物理量必須對應同一段電路或同一段導體.

(2)同時性:指U和/必須是導體上同一時刻的電壓和電流.

2.電阻與電阻率的區(qū)別

(1)電阻反映了導體對電流阻礙作用的大小,而電阻率則反映制作導體的材料導電性能的

好壞.

(2)導體的電阻大,電阻率不一定大,它的導電性能不一定差;導體的電阻率小,電阻不

一定小,即它對電流的阻礙作用不一定小.

(3)導體的電阻、電阻率均與溫度有關.

3.電阻的決定式和定義式的比較

決定式定義式

公式

R=dR號

電阻的決定式電阻的定義式

說明了導體的電阻由哪些因

提供了一種測電阻的方法——伏安法,R與

素決定,R由/?、/、S共同決

區(qū)別U、/均無關

只適用于粗細均勻的金屬導

適用于任何純電阻導體

體和濃度均勻的電解質溶液

[題組突破]

1.(電阻率的應用)2019年3月19日,復旦大學科研團隊宣稱已成功制備出具有較高電

導率的神化鋁納米帶材料,據(jù)介紹該材料的電導率是石墨烯的1000倍.電導率。就是電阻率

p的倒數(shù),即“=!.下列說法正確的是()

A.材料的電導率越小,其導電性能就越強

B.材料的電導率與材料的形狀有關

C.電導率的單位是QJmr

D.電導率大小與溫度無關

解析:C由題知,材料的電導率越小,電阻率越大,阻礙電流的本領越強,導電性能

越差,A錯誤;電導率與電阻率一樣,與材料的長度、橫截面積等無關,而與材料本身及溫

度、壓力等有關,B、D錯誤;電阻率的單位是Q?m,則電導率的單位是Q-i?mLC正

確.

2.(電阻定律的理解)某同學拿了一根細橡膠管,里面灌滿了鹽水,兩端用粗銅絲塞住管

口,形成一段封閉的長度為20cm的鹽水柱,測得鹽水柱的電阻大小為R,如果鹽水柱的電

阻隨長度、

橫截面積的變化規(guī)律與金屬導體相同,則握住橡膠管的兩端把它均勻拉長至40cm,此

時鹽水柱的電阻大小為()

A.RB.

C.2RD.4R

解析:D鹽水柱的電阻隨長度、橫截面積的變化規(guī)律與金屬導體相同,故遵守R=pg

握住橡膠管的兩端把它均勻拉長至40cm,長度變?yōu)樵瓉淼?倍,由V=LS知,橫截面積變

為原來的/根據(jù)/?=(知,電阻變?yōu)樵瓉淼?倍,即為4R,故A、B、C錯誤,D正確.

3.(電阻定律與歐姆定律的綜合)如圖所示,厚薄均勻的矩形金屬薄

................,產(chǎn)

片邊長為cm,hc=5cm,當將C與D接入電壓恒為U的電路時,R可

電流為2A,若將A與8接入電壓恒為U的電路中,則電流為()F':

A.0.5AB.1AID,

C.2AD.4A

解析:A設金屬薄片厚度為d,根據(jù)電阻定律R=\有&°=2芳方,^B=P--^,故

微=(勃-=*根據(jù)歐姆定律,電壓相同時,電流與電阻成反比.故兩次電流之比為4:1,

因此第二次電流為0.5A.則A正確,B、C、D錯誤.

I題后反思I

(1)導體變形前后,電阻率不變.

(2)導體有規(guī)則的幾何外形時,不同的連接方式對應不同的S和/.

(3)電阻隨溫度的變化,一般是由電阻率隨溫度變化引起的.

命題點三伏安特性曲線的理解及應用(師生互動)

[核心整合]

I.圖線的意義

(1)由于導體的導電性能不同,所以不同的導體有不同的伏安特性曲線.

(2)伏安特性曲線上每一點的電壓坐標與電流坐標的比值,對應這一狀態(tài)下的電阻.

(3)/U圖像中圖線上某點與。點連線的斜率表示電阻的倒數(shù),斜率越大,電阻越小.

2.兩類圖線的比較

u

(1)圖線〃、e、d、/表示線性元件,6、c?表示非線性元件.

(2)在圖甲中,斜率表示電阻的大小,斜率越大,電阻越大,凡>凡.

在圖乙中,斜率表示電阻倒數(shù)的大小,斜率越大,電阻越小,尺網(wǎng).

(3)圖線b的斜率變小,電阻變小,圖線c的斜率變大,電阻變小.

注意:曲線上某點切線的斜率不是電阻或電阻的倒數(shù).根據(jù)/?=7,電阻為某點和原點

連線的斜率或斜率的倒數(shù).

EE(多選)小燈泡通電后其電流/隨所加電壓u變化的圖

線如圖所示,尸為圖線上一點,PN為圖線在尸點的切線,PQ為

U軸的垂線,PM為/軸的垂線,則下列說法中正確的是()

A.隨著所加電壓的增大,小燈泡的電阻增大

B.對應尸點,小燈泡的電阻為/?=竽

/2

C.對應P點,小燈泡的電阻為

D.對應尸點,小燈泡的功率為圖中矩形PQOM所圍的面積大小

解析:ABD/-U圖線上的點與。點連線的斜率逐漸減小,說明電阻逐漸增大,A正確;

對應尸點,小燈泡的電阻為尺二黃"尸1B正確,C錯誤;對應P點,小燈泡的功率為尸

=hU\,此值恰為圖中矩形PQOM所圍面積的大小,D正確.

I題后反思I

伏安特性曲線問題的處理方法

(1)首先分清是/-U圖線還是U-I圖線.

(2)對線性元件:R=,=等;對非線性元件R號豐端,即非線性元件的電阻不等于

U-/圖像某點切線的斜率.

(3)在電路問題分析時,/-U(或U-7)圖像中的電流、電壓信息是解題的關鍵,要將電路中

的電子元件和圖像有機結合.

[題組突破]

1.(U/圖線的理解)A、B兩電阻的伏安特性曲線如圖所示,關于

兩電阻的描述正確的是()

A.電阻4的電阻隨電流的增大而減小,電阻8的阻值不變

B.在兩圖線交點處,電阻4的阻值等于電阻B的阻值

C.在兩圖線交點處,電阻4的阻值大于電阻B的阻值

D.在兩圖線交點處,電阻4的阻值小于電阻B的阻值

解析:B由題圖可知,電阻A圖線上各點與。的連線的斜率越來越大,故電阻A的阻

值隨電流的增大而增大,電阻B的阻值不變,選項A錯誤;兩圖線的交點處,電流和電壓均

相同,由歐姆定律可知,兩電阻的阻值大小相等,選項B正確,C、D錯誤.

2.(伏安特性曲線的應用)(2022?漳州質檢)(多選)某一熱敏電阻的阻值隨qa,

溫度的升高而減小,在一次實驗中,將該熱敏電阻與一小燈泡串聯(lián),通電后/o

其電流/隨所加電壓。變化的圖線如圖所示,M為兩元件的伏安特性曲線沙,一.

0UoU

的交點,則下列說法正確的是()

A.圖中圖線。是小燈泡的伏安特性曲線,圖線》是熱敏電阻的伏安特性曲線

B.圖中圖線6是小燈泡的伏安特性曲線,圖線。是熱敏電阻的伏安特性曲線

C.圖線中的M點表示該狀態(tài)小燈泡的電阻等于熱敏電阻的阻值

D.圖線中M點對應的狀態(tài),小燈泡的功率與熱敏電阻的功率相等

解析:BCD隨著電壓的增加,元件的熱功率增加,溫度升高;從圖像可以看出,〃圖

線對應電阻減小,b圖線對應電阻增加;熱敏電阻其阻值隨溫度的升高而減小,而小燈泡的

電阻隨溫度的升高而增加,故。是熱敏電阻的伏安特性曲線,人是小燈泡的伏安特性曲線,A

錯誤,B正確;圖線中的M點電流和電壓都相等,根據(jù)歐姆定律可知電阻相等,功率P=U/

也相等,故C、D正確.

命題點四電路中的能量(師生互動)

[核心整合]

1.純電阻電路與非純電阻電路的比較

■]電路卜

純電阻電路非純電阻電路

i

W=QW>Q

UIt=FRt=監(jiān)2

Uh=IRt+WK^

0=/2夫+。用他

K

人&

如只含電阻、電爐子、如含有電風扇、電動機、

白熾燈等元件的電路電解槽等元件的電路

2.電動機的三個功率及其關系

輸入功率電動機的總功率,由電動機電路中的電流和電壓決定,即「必=2入=。/

輸出功率電動機做有用功的功率,也叫作機械功率

熱功率電動機線圈上有電阻,電流通過線圈時會發(fā)熱,熱功率P故=尸,

三者關系產(chǎn)總=產(chǎn)出+尸熱

P出尸出

效率//=—X100%=—X100%

①正常工作的電動機是非純電阻元件

特別說明

②電動機因故障或其他原因不轉動時,相當于一個純電阻元件

血21(多選)如圖所示,電源電動勢E=3V,小燈泡L的規(guī)格為

“2V0.4W”,開關S接1,當滑動變阻器調(diào)到R=4Q時,小燈泡L

正常發(fā)光,現(xiàn)將開關S接2,小燈泡L和電動機M均正常工作.則(

A.電源內(nèi)阻為1C

B.電動機的內(nèi)阻為4Q

C.電動機正常工作電壓為IV

D.電源效率約為93.3%

【思維導引】(1)開關S接1、2時小燈泡L均正常工作,說明兩次回路中電流相等且

均等于小燈泡L的額定電流.

(2)電動機工作時,電路為非純電阻電路,部分電路歐姆定律不適用.

解析:AD小燈泡正常工作時的電阻&=常=10Q,流過小燈泡的電流/=專=0.2A,

E

當開關S接1時,R照=7=15Q,電源內(nèi)阻r=R.e-R—RL=1Q,A正確;當開關S接2

時,電動機M兩端的電壓[/M=£-//—{/=0.8V,電動機為非純電阻用電器,電動機內(nèi)阻

RM國君華=4Q,B、C錯誤;電源效率〃=100%=與釁X100%、93.3%,D正確.

/1H,JN

I題后反思I

非純電阻電路的分析方法

(1)抓住“兩個關鍵量”:確定電動機的電壓UM和電流/M是解決這類問題的關鍵.若能

求出UM、IM,就能確定電動機的電功率尸=UM/M,根據(jù)電流/M和電動機的電阻廠可求出熱

功率最后求出輸出功率產(chǎn)出=尸一P’.

(2)用好“一條線索”:處理非純電阻電路的計算問題時,要善于從能量轉化的角度出發(fā),

緊緊圍繞能量守恒定律,利用“電功=電熱+其他能量”這條線索尋找等量關系求解.

[題組突破J

1.(純電阻電路的分析與計算)如圖所示,甲、乙兩電路中電源完全相同,相同材料的電

阻絲A、B,長度分別是乙和2L;直徑分別為4和2d,在兩電路中分別通過相同的電荷量q

的過程中,下列判斷正確的是()

----1=1-------11---

A----------B

—11L-11--Y—

ErSErS

甲乙

A.4、B的電阻之比RA:RB=1:2

B.A、8的電流

C.A、B的電壓

D.A、B產(chǎn)生的電熱QA=QB

解析:C根據(jù)電阻定律得&=/4=產(chǎn)工,RB=p-j---,解得RA:RB=2:1,故

'4nd2Hn(2d)2

F

A錯誤.根據(jù)閉合電路歐姆定律得:/=后,E和廠相等,RA>RB,則故B錯誤.根

據(jù)閉合電路歐姆定律得:U=E-Ir,E和r相等,IA<IB,則UA>UB,故C正確.電阻產(chǎn)生的

電熱為。=/用,又〃=q,U=1R,得Q=qU,因4相等,所以。>Q小故D錯誤.

2.(純電阻電路與非純電阻電路的比較)(多選)如圖所示,電阻凡=20—_嗯

Q,電動機的繞組&=10。.當開關打開時,電流表的示數(shù)是0.5A,當

開關合上后,電動機轉動起來,電路兩端的電壓不變,電流表的示數(shù)/和(g

電路消耗的電功率P應是()

A./=1.5AB./<1.5A

C.P=15WD.P<15W

解析:BD當開關打開時,由歐姆定律t/=/i/?2=0.5X20V=10V.當開關合上后,電

動機轉動起來,電路兩端的電壓10V不變,通過品的電流不變,電動機中電流一定小于1=

1A,則電流表示數(shù)/<1.5A,選項A錯誤,B正確.電路消耗的電功率P=U/<15W,選項C

錯誤,D正確.

限時規(guī)范訓練

1.關于電流,下列說法中正確的是()

A.通過導體橫截面的電荷量越多,導體中的電流越大

B.電子運動的速率越大,電流越大

C.單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量越多,導體中的電流越大

D.因為電流有方向,所以電流是矢量

解析:C電流的大小等于單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量,故A錯誤,C正確;

電流的微觀表達式/=〃eS。,電流的大小由單位體積的自由電荷數(shù)、每個自由電荷所帶電荷

量、導體的橫截面積和電荷定向移動的速率共同決定,故B錯誤;電流是標量,故D錯誤.

2.關于材料的電阻率,下列說法正確的是()

A.把一根長導線截成等長的三段,則每段的電阻率都是原來的上

B.材料的電阻率隨溫度的升高而增大

C.通常情況下純金屬的電阻率較合金的電阻率小

D.電阻率是反映材料導電性能好壞的物理量,電阻率越大的導體對電流的阻礙作用越

解析:C材料的電阻率與長度無關,A錯誤;半導體材料的電阻率隨溫度升高而減小,

B錯誤;通常情況下純金屬的電阻率較合金的電阻率小,C正確;電阻率大的導體,電阻不

一定大,D錯誤.

3.電線是家庭裝修中不可或缺的基礎建材,電線的質量直接關系到瓏蟲鼻_

用電安全.某型號電線每卷長度為100m,銅絲直徑為1.6mm.為檢驗其▼

是否采用了導電性能比較差的劣質銅,現(xiàn)給整卷電線加上1.50V恒定電

壓,測得通過電線的電流為1.20A,由此可知此電線所用銅的電阻率約為()

A.1.7X10-9Q.mB.2.5X10-8Q?m

C.1.1X10-7Q.mD.5.0X10-6C?m

解析:B給整卷電線加上1.50V恒定電壓,測得通過電線的電流為1.20A,則導線得

rLL4PL

電阻值為Q=1.25Q又R=p-=p—^=^,代入數(shù)據(jù)可得p=2.5Xlor

Q?m,故B正確,A,C、D錯誤.

4.工人師傅在改裝電爐時,為了使電功率減小到原來的一半,下列措施中可行的是()

A.截去一半電爐絲

B.串聯(lián)一條相同的電爐絲

C.并聯(lián)一條相同的電爐絲

D.把連接電爐和電源的電線長度增加一倍

解析:B由公式可知,要使電功率減小到原來的一半,如果U不變,就要使電

A

阻增大為原來的2倍.根據(jù)電阻定律R=p《可知,截去一半電爐絲,電阻減半,A錯誤;串

3

聯(lián)一條相同的電爐絲,電阻成為2R,B正確;并聯(lián)一條相同的電爐絲,電阻變?yōu)樵瓉淼亩?/p>

之一,C錯誤;由于導線的電阻很小,把連接電源和電爐的導線長度增加一倍,由串聯(lián)分壓

的原理知:增加的導線分去的電壓并不大,電爐兩端的電壓變化也不大;而電爐電阻絲的阻

值不變,則電爐的實際功率變化也不大,D錯誤.

5.如圖所示為通過某種半

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