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2022届高考物理一轮复习单元检测八 恒定电流(解析版)
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这是一份2022届高考物理一轮复习单元检测八 恒定电流(解析版),共14页。试卷主要包含了单项选择题,多项选择题,非选择题等内容,欢迎下载使用。
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.(2020·河南洛阳市质检)因智能手机耗电量大,移动充电宝应运而生,它是能直接给移动设备充电的储能装置,充电宝的转化率是指电源放电总量占电源容量的比值,一般在0.60~0.70之间(包括移动电源和被充电池的线路板、接头和连线的损耗).如图1为某一款移动充电宝,其参数见下表,下列说法正确的是( )
图1
A.充电宝充电时将电能转化为内能
B.该充电宝最多能储存的能量为3.6×106 J
C.该充电宝电量从零到完全充满电的时间约为2 h
D.该充电宝给电量为零、容量为3 000 mA·h的手机充电,则理论上能充满4次
答案 D
解析 该充电宝充电时是将电能转化为化学能,故A错误;充满电后储存的总电荷量q=20 000 mA·h=7.2×104 C,最多能储存的能量为E=qU=3.6×105 J,故B错误;该充电宝完全充满电所需时间约为t=eq \f(q,I)=3.6×104 s=10 h,故C错误;由于其转换率为0.60,所以释放的电荷量q1=0.6q,则该充电宝可为手机充电的次数n=eq \f(q1,3 000 mA·h)=4,故D正确.
2.(2019·湖南湘东区联考)如图2所示,a、b、c为不同材料制成的电阻,b与a的长度相等,b的横截面积是a的两倍;c与a的横截面积相等,c的长度是a的两倍.当开关闭合后,三个理想电压表的示数关系是U1∶U2∶U3=1∶1∶2.关于这三种材料的电阻率ρa、ρb、ρc,下列说法正确的是( )
图2
A.ρa是ρb的2倍 B.ρa是ρc的2倍
C.ρb是ρc的2倍 D.ρc是ρa的2倍
答案 C
解析 电路为串联电路,通过a、b、c的电流相等.设a的长度为L,横截面积为S,因为R=eq \f(U,I),所以eq \f(Ra,Rb)=eq \f(U1,U2)=1,而R=ρeq \f(l,S),即eq \f(ρa\f(L,S),ρb\f(L,2S))=1,即ρb=2ρa;同理eq \f(Ra,Rc)=eq \f(U1,U3)=eq \f(1,2),所以eq \f(ρa\f(L,S),ρc\f(2L,S))=eq \f(1,2),故ρa=ρc,由上述可知ρb=2ρc,选项C正确.
3.(2019·北京市西城区期末)将一个内阻为100 Ω、满偏电流为3 mA的电流表,改装成量程为0~0.6 A的电流表,则需要( )
A.串联一个阻值约为0.5 Ω的电阻
B.串联一个阻值约为5 Ω的电阻
C.并联一个阻值约为0.5 Ω的电阻
D.并联一个阻值约为5 Ω的电阻
答案 C
解析 将一个内阻为100 Ω、满偏电流为3 mA的电流表,改装成量程为0~0.6 A的电流表,量程扩大200倍,则需要并联一个阻值为内阻的eq \f(1,199)的电阻,即并联一个阻值约为0.5 Ω的电阻,选项C正确.
4.(2020·上海市浦东新区一模)如图3所示,电源电动势为E,内阻为r,R1、R2为定值电阻,R3为滑动变阻器.当R3的滑片向右移动时( )
图3
A.R1消耗的功率减小
B.R3消耗的功率可能减小
C.R2消耗的功率增大
D.电源内阻消耗的功率增大
答案 B
解析 当R3的滑片向右移动时,R3的阻值变大,则电路的总阻值变大,总电流减小,路端电压变大,则R1两端电压变大,则消耗的功率变大,选项A错误;将R1和R2等效为电源的内阻,则R3与等效内阻的关系不能确定,可知R3消耗的功率可能减小,也可能增大,选项B正确;R1两端的电压变大,则通过R1的电流变大,总电流减小,则通过R2的电流减小,R2消耗的功率减小,选项C错误;因通过电源的电流减小,则电源内阻消耗的功率减小,选项D错误.
5.如图4所示的电路中,两平行金属板之间的带电液滴处于静止状态,电流表和电压表均为理想电表,由于某种原因灯泡L的灯丝突然烧断,其余用电器均不会损坏,则下列说法正确的是( )
图4
A.电流表、电压表的读数均变小
B.电源内阻消耗的功率变大
C.液滴将向上运动
D.电源的输出功率变大
答案 C
解析 当灯泡L的灯丝突然烧断时电路中总电阻增大,则总电流减小,电源的内电压和R1两端的电压减小,由闭合电路的欧姆定律可知,路端电压增大,故电容器C两端的电压增大,板间场强增大,带电液滴所受的电场力增大,则该液滴将向上运动,C正确;由于C两端的电压增大,R2、R3中的电流增大,则电流表、电压表的读数均变大,A错误;因干路电流减小,则电源内阻消耗的功率变小,B错误;由于电源的内、外电阻的关系未知,不能判断电源的输出功率如何变化,D错误.
6.(2020·河北定州市质检)阻值相等的四个电阻R、电容器C及电池E(内阻可忽略)接成如图5所示的电路.保持S1闭合,开关S2断开且电流稳定时,C所带的电荷量为Q1;闭合开关S2,电流再次稳定后,C所带的电荷量为Q2.Q1与Q2的比值为( )
图5
A.5∶3 B.2∶1
C.1∶2 D.1∶3
答案 A
解析 电池E的内阻可忽略,保持开关S1闭合、S2断开且电流稳定时,电容器两端的电压为:U1=eq \f(E,3R)×2R=eq \f(2E,3);闭合开关S2,电流再次稳定后,电容器两端的电压为:U2=eq \f(E,\f(5,2)R)×R=eq \f(2E,5),由Q=CU得,Q1∶Q2=U1∶U2=5∶3.故A正确.
7.(2020·湖北武汉二中测试)如图6甲、乙所示,电源电动势为E=12 V,内阻r=3 Ω,R0=1 Ω,直流电动机内阻R0′=1 Ω,当调节滑动变阻器R1时可使甲电路电源输出功率达到最大,调节滑动变阻器R2时可使乙电路电源输出功率达到最大,且此时电动机刚好正常工作(额定输出功率为P0=2 W),则R1和R2的阻值分别为( )
图6
A.2 Ω,1.5 Ω B.1.5 Ω,2 Ω
C.2 Ω,2 Ω D.1.5 Ω,1.5 Ω
答案 A
解析 题图甲电路是纯电阻电路,当外电阻与电源内阻相等时,电源的输出功率最大,所以R1=2 Ω;题图乙电路是含电动机电路,在非纯电阻电路中不能用欧姆定律进行计算,则其电源输出功率P=IU=I(E-Ir),由数学知识可知,当I=eq \f(E,2r)=2 A时P有最大值,U=6 V,此时电动机的输出功率为2 W,发热功率为I2R0′=4 W,所以电动机的输入功率为6 W,电动机两端的电压为eq \f(6 W,2 A)=3 V,则R2两端电压为3 V,所以R2=1.5 Ω,选项A正确.
8.如图7所示电路中,电源内阻为r,电流表A和电压表V均为理想电表.平行板电容器C内部有一个用绝缘细线悬挂的带电小球,稳定时细线偏离竖直方向一个小角度,当滑动变阻器滑片P从右端向左端滑动的过程中,下列说法正确的是( )
图7
A.电流表示数增大
B.电压表示数增大
C.细线与竖直方向的夹角减小
D.滑片P移动中可能有两个位置使电源输出功率相等
答案 D
解析 当滑动变阻器的触头P从右端滑至左端的过程中,滑动变阻器接入电路的电阻减小,滑动变阻器与灯L并联的电阻减小,外电路总电阻减小,根据闭合电路欧姆定律分析得知,电路中总电流I增大,路端电压减小,则电压表V的示数减小,滑动变阻器与灯L并联部分的电压U并=E-I(R0+r)减小,通过灯L的电流减小,电流表示数减小,故A、B错误;电容器C的电压UC=IR0,I增大,UC增大,根据E电=eq \f(UC,d)和F=qE电知电场力增大,根据平衡条件可知线与竖直方向的夹角增大,故C错误;若电源内阻大于电阻R0的阻值,当滑动变阻器的触头P从右端滑至左端的过程中,可能会外电阻先大于电源内阻后小于电源内阻,则有电源输出功率先增大后减小,所以滑片P移动中可能有两个位置使电源输出功率相等,故D正确.
二、多项选择题(本题共4小题,每小题5分,共20分.在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求.全部选对的得5分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.如图8所示,a、b分别是一电源和一小灯泡的UI图线,图线a与纵、横轴的交点坐标为(0,U1)和(I1,0),两条图线的交点坐标为(I2,U2),图线b在交点的切线与横轴交点的坐标为(I3,0),则下列说法正确的是( )
图8
A.小灯泡的电阻随着电流的增大而减小
B.电源与小灯泡形成闭合回路且通过的电流为I2时,小灯泡的电阻为eq \f(U2,I2-I3)
C.电源的电动势为U1
D.电源的内阻为eq \f(U1,I1)
答案 CD
解析 从题图图线b可以看出小灯泡的电阻随着电流的增大而增大,选项A错误;当小灯泡与电源串联形成闭合回路时,由UI图线可知,回路中的电流为I2时,路端电压为U2,由电阻的定义可知R=eq \f(U2,I2),选项B错误;由电源的UI图线可知电源的电动势为E=U1,内阻r=eq \f(U1,I1),选项C、D正确.
10.(2020·安徽江南十校联考)如图9所示的电路中,电源电动势为E,内阻为R,L1和L2为相同的灯泡,每个灯泡的电阻和定值电阻的阻值均为R,电压表为理想电表,S为单刀双掷开关,当开关由1位置打到2位置时,下列说法中正确的是( )
图9
A.电压表读数将变小
B.L1亮度不变,L2将变亮
C.L1将变亮,L2将变暗
D.电源内阻的发热功率将变小
答案 AB
解析 开关在位置1时,外电路总电阻R总=eq \f(3,2)R,电压表示数U=eq \f(\f(3,2)R,R+\f(3,2)R)E=eq \f(3,5)E,同理,每个灯泡两端的电压U1=U2=eq \f(1,5)E,电源内阻的发热功率为P热=eq \f(\f(2,5)E2,R)=eq \f(4E2,25R),开关在位置2时,外电路总电阻R总′=eq \f(2,3)R,电压表示数U′=eq \f(\f(2,3)R,R+\f(2,3)R)E=eq \f(2,5)E,灯泡L1两端的电压U1′=eq \f(1,5)E,L2两端的电压为U2′=eq \f(2,5)E,电源内阻的发热功率为P热′=eq \f(\f(3,5)E2,R)=eq \f(9E2,25R),综上所述,电压表读数变小,故A正确;L1亮度不变,L2将变亮,故B正确,C错误;电源内阻的发热功率将变大,故D错误.
11.(2020·辽宁月考)如图10所示,直线A为电源a的路端电压与电流的关系图像,直线B为电源b的路端电压与电流的关系图像,直线C为一个电阻R的两端电压与电流的关系图像.将这个电阻R分别接到a、b两电源上,那么( )
图10
A.R接到a电源上,电源的效率较高
B.R接到b电源上,电源的效率较高
C.R接到a电源上,电源的输出功率较大
D.R接到b电源上,电源的输出功率较大
答案 BC
解析 电源的效率η=eq \f(P出,P总)=eq \f(UI,EI)=eq \f(R,R+r),结合题图,由闭合电路的欧姆定律U=E-Ir可知,b电源的内阻r较小,R接到b电源上,电源的效率较高,故A错误,B正确.当电阻R与电源组成闭合电路时,电阻R的U-I图线与电源的U-I图线的交点表示工作状态,交点的纵坐标表示电压,横坐标表示电流,两者乘积表示电源的输出功率,由题图可知,R接到a电源上,电压与电流的乘积较大,即电源的输出功率较大,故C正确,D错误.
12.(2020·河北邯郸市模拟)如图11所示,电源电动势为E,内阻为r,R1、R2为定值电阻.调节电阻箱R的阻值,使电压表V的示数增大ΔU,在此过程中( )
图11
A.路端电压增加,增加量一定等于ΔU
B.电阻R2两端的电压减小,减少量一定等于ΔU
C.通过电阻R1的电流增加,增加量一定等于eq \f(ΔU,R1)
D.通过电阻R2的电流减小,减少量一定小于eq \f(ΔU,R2)
答案 CD
解析 电压表V的示数增大ΔU,则电阻R2和电源内阻上的电压之和一定减小ΔU,电阻R2两端的电压减少量一定小于ΔU,通过电阻R2的电流减小量一定小于eq \f(ΔU,R2);路端电压增加,增加量一定小于ΔU,故A、B错误,D正确.电压表V的示数增大ΔU,即R1两端电压增大ΔU,则通过R1的电流增加,由于R1是定值电阻,所以其电流增加量一定等于eq \f(ΔU,R1),故C正确.
三、非选择题(本题共5小题,共56分)
13.(10分)(2020·河南许昌市期中)某探究小组利用如图12甲所示的电路图来研究某小灯泡L的电阻、功率随着电流变化的关系.所用仪器为:电流表A1(量程0~10 mA,内阻RA1=100 Ω);电流表A2(量程0~0.6 A,内阻RA2约0.5 Ω);滑动变阻器R0(0~20 Ω,额定电流2 A);定值电阻R=200 Ω;电源(电动势E=3 V,内阻不计);开关S及导线若干.
(1)根据图甲的测量电路原理图,用笔画线代替导线,在图乙所给的实物图上连线;
图12
(2)该探究小组根据他们在图乙上所连的正确实验电路图,当开关S闭合后,通过调节滑动变阻器R0的阻值,读出电流表A1和电流表A2一一对应的电流值,填写在下列表格中:
请你利用他们测出的数据在图丙中的I2-I1坐标图上画出I2-I1图线;
(3)根据你所画的I2-I1图线可知,随着电流逐渐增大,小灯泡L的阻值逐渐________(填“增大”“减小”或“不变”);
(4)当电流表A1的读数I1=6.0 mA时,小灯泡L消耗的电功率为________W.(结果保留两位有效数字)
答案 (1)
(2)
(3)增大
(4)0.75
14.(10分)(2020·山东烟台市一模)某同学在进行“测定金属丝的电阻率”的实验:
图14
(1)如图14甲所示,该同学用螺旋测微器测量金属丝的直径D=________ mm;
(2)该同学用如图乙所示电路图测量金属丝Rx的电阻,供选择的仪器如下:
①电流表A1(内阻为r);
②电流表A2;
③滑动变阻器R1(0~1 000 Ω);
④滑动变阻器R2(0~20 Ω);
⑤蓄电池(2 V);
⑥电键S及导线若干.
(3)滑动变阻器应选择________(选填“R1 ”或“R2 ”);在图丙中按图乙用连线代替导线连接实物图;
(4)闭合电键S ,移动滑动触头至某一位置,记录A1、A2 的读数I1、I2 ,通过调节滑动变阻器,得到多组实验数据;以I2 为纵坐标, I1为横坐标,作出相应图像,如图丁所示.根据I2—I1 图像的斜率k及电流表A1的内阻r,写出金属丝电阻的表达式Rx=________;
(5)测得金属丝连入电路的长度为L,则金属丝的电阻率ρ=________(用k、D、L、r表示).
答案 (1)2.500 (3) R2 见解析图 (4)eq \f(r,k-1) (5)eq \f(πrD2,4Lk-1)
解析 (1)金属丝的直径D=2 mm+50.0×0.01 mm=2.500 mm;
(3)根据电路原理图可知,滑动变阻器是分压式接法,所以滑动变阻器要选择阻值范围较小的R2;
根据电路原理图,实物图连线如图所示;
(4)根据闭合电路的欧姆定律可知金属丝的电阻Rx=eq \f(I1r,I2-I1)
变形得I2=(1+eq \f(r,Rx))I1
所以I2-I1 图像的斜率k=1+eq \f(r,Rx)
可得Rx=eq \f(r,k-1)
(5)根据电阻定律得Rx=ρeq \f(L,S)
解得ρ=eq \f(RxS,L)=eq \f(πrD2,4Lk-1).
15.(14分)(2020·福建南平市一模)某研究性学习小组设计了如图15甲所示的电路来测量电源的电动势E、内阻r及待测电阻Rx的阻值,通过改变滑动变阻器的阻值,记录多组电压表V1、V2及电流表A的读数,并描点作图得到了如图乙所示的a、b两条U-I图线,电表均为理想电表.
图15
(1)由电压表V1与电流表A的示数描绘的U-I图线是图乙中的________(选填“a”或“b”).
(2)由图乙可得,电源电动势E=________ V,内阻r=________ Ω,待测电阻Rx=________ Ω.(结果均保留两位有效数字)
(3)在滑动变阻器触头滑动的过程中,电压表V1、V2读数变化量分别用ΔU1、ΔU2表示,电源内阻为r,定值电阻为Rx,则eq \f(ΔU1,ΔU2)=________(用题中物理量符号表示).
答案 (1)a (2)2.7 0.9 1.8 (3)eq \f(r,Rx+r)
解析 (1)根据U=E-Ir可知U2-I图像的斜率应该等于电阻Rx和电源内阻之和,U1-I图像的斜率应该等于电源内阻,可知U2-I图像的斜率较大,U1-I图像的斜率较小,即电压表V1与电流表A的示数描绘的U-I图线是题图乙中的a;
(2)由题图乙可得,电源电动势E=2.7 V,由图线a可得:r=eq \f(ΔUa,ΔI)=eq \f(2.7,3.0) Ω=0.9 Ω
由图线b可得:Rx+r=eq \f(ΔUb,ΔI)=eq \f(2.7,1.0) Ω=2.7 Ω
待测电阻Rx=1.8 Ω;
(3)根据U=E-Ir可知:
U1=E-Ir;
U2=E-I(Rx+r)
则eq \f(ΔU1,ΔI)=r
eq \f(ΔU2,ΔI)=Rx+r
则eq \f(ΔU1,ΔU2)=eq \f(r,Rx+r).
16.(10分)(2019·北京市通州区模拟)为测定电流表内阻,实验中备用的器材如下:
A.电流表(量程0~100 μA)
B.标准电压表(量程0~5 V)
C.电阻箱(阻值范围0~999 Ω)
D.电阻箱(阻值范围0~99 999 Ω)
E.电源(电动势2 V)
F.电源(电动势6 V)
G.滑动变阻器(最大阻值50 Ω,最大电流1.5 A)
H.开关和导线若干
(1)如果采用如图16所示的电路测定电流表A的内阻并且想得到较高的精确度,那么从以上备用器件中,可变电阻R1应选用________,可变电阻R2应选用________,电源应选用________(用字母代号填写).
图16
(2)如果实验时要进行的步骤有:
a.合上开关K1;
b.合上开关K2;
c.观察R1的阻值是否最大,如果不是,将R1的阻值调到最大;
d.调节R1的阻值,使电流表指针偏转到满刻度;
e.调节R2的阻值,使电流表指针偏转到满刻度的一半;
f.记下R2的阻值.
把以上步骤的字母按实验的合理顺序排列:________.
(3)如果在步骤f中所得R2的阻值为600 Ω,则图中电流表的内阻Rg的测量值为________ Ω.
(4)如果再给出:I.电源(电动势8 V);J.电源(电动势12 V),电源应选择________(填选项前的字母).
答案 (1)D C F (2)cadbef (3)600 (4)I
解析 (1)该实验为半偏法测电流表的内阻.K2闭合前后的两次电路,如果干路电流变化不大,那么就可以认为K2闭合后,电流表半偏时,电流表和电阻箱R2所分的电流各占一半,又因为二者并联,两端的电压相等,自然就可以推出电流表的内阻和电阻箱R2的阻值相等.所以可变电阻R1应适当选择大一些的,R1选用D,电源的选择要保证电流表达到半偏电流,电源选用F.该实验要通过可变电阻R2的阻值来间接反映出电流表的内阻,因此可变电阻R2的选取原则是能读数且尽量和电流表的内阻在同一数量级上,可变电阻R2应选用C.
(2)实验前,将R1 的阻值调到最大;合上开关K1;调节R1的阻值,使电流表指针偏转到满刻度;保持R1的阻值不变,合上开关K2;调节R2的阻值,使电流表指针偏转到满刻度的一半;记下R2的阻值,认为电流表的内阻等于R2的阻值.因此操作顺序为cadbef.
(3)根据(1)中的分析可知,电流表的内阻Rg的测量值,就等于电阻箱R2的阻值,即600 Ω.
(4)在不烧表的前提下,电源电动势要尽可能地大一些,这样可以减小实验误差.因为估算出的电源电动势的最大值是Em=IgmR1m≈10 V,所以选择I.
17.(12分)(2020·山东日照市4月模拟)某同学要用电阻箱和电压表测量某水果电池组的电动势和内阻,考虑到水果电池组的内阻较大,为了提高实验的精度,需要测量电压表的内阻.实验室中恰好有一块零刻度在中央的双向电压表,该同学便充分利用这块表,设计了如图17甲所示的实验电路,既能实现对该电压表内阻的测量,又能利用该表完成水果电池组电动势和内阻的测量.该同学用到的实验器材有:待测水果电池组(电动势约4 V、内阻约50 Ω),双向电压表(量程为2 V、内阻约为2 kΩ),电阻箱(0~9 999 Ω),滑动变阻器(0~200 Ω),一个单刀双掷开关及若干导线.
(1)该同学按如图甲所示电路图连线后,首先测量了电压表的内阻.请完善测量电压表内阻的实验步骤:
①将R1的滑动触片滑至最左端,将开关S拨向1位置,将电阻箱阻值调为0;②调节R1的滑动触片,使电压表示数达到满偏U;③保持R1的滑动触片位置不变,调节R2,使电压表的示数达到eq \f(U,3),读出电阻箱的阻值,记为R0,则电压表的内阻RV=________.
图17
(2)若测得电压表内阻为2 kΩ,可分析此测量值应________(填“大于”“等于”或“小于”)真实值.
(3)接下来测量电源的电动势和内阻,实验步骤如下:
①将开关S拨至________(填“1”或“2”)位置,将R1的滑片移到最________端,不再移动;
②调节电阻箱的阻值,使电压表的示数达到一合适值,记录电压表的示数和电阻箱的阻值;
③重复第二步,记录多组电压表的示数和对应的电阻箱的阻值.
(4)若将电阻箱与电压表并联后的阻值记录为R,作出eq \f(1,U)-eq \f(1,R)图像,如图乙所示,其中纵轴截距为b,斜率为k,则电动势的表达式为________,内阻的表达式为________.
答案 (1)eq \f(R0,2) (2)大于 (3)2 左 (4)eq \f(1,b) eq \f(k,b)
解析 (1)滑动变阻器接入电路的阻值不变,电压表与电阻箱两端电压不变,电压表示数变为eq \f(1,3)U,则电阻箱电压为eq \f(2,3)U,电阻箱接入电路的阻值等于电压表内阻的2倍,则电压表内阻RV=eq \f(1,2)R0.
(2)调节电阻箱阻值使电压表示数变为满偏电压的eq \f(1,3)时,电路总电阻变大,电路总电流变小,滑动变阻器滑动触片右侧电阻与电源内阻两端的电压变小,电阻箱与电压表两端总电压变大,当电压表示数变为满偏电压的eq \f(1,3)时,电阻箱两端电压大于电压表满偏电压的eq \f(2,3),实际上电压表内阻小于eq \f(1,2)R0,则电压表内阻的测量值偏大.
(3)①电源电动势与内阻,应将开关S拨至2位置,将R1的滑动触片移到最左端,不再移动.
(4)由图示电路图可知,在闭合电路中,电源电动势E=U+Ir=U+eq \f(U,R)r
则eq \f(1,U)=eq \f(1,E)+eq \f(r,E)·eq \f(1,R)
由题图乙可知,图像截距b=eq \f(1,E)
图像斜率k=eq \f(r,E)
则电源电动势E=eq \f(1,b)
电源内阻r=eq \f(k,b).容量
20 000 mA·h
兼容性
所有智能手机
边充边放
否
保护电路
是
输入
DC 5 V 2 A MAX
输出
DC 5 V 0.1 A~2.5 A
尺寸
156*82*22 mm
转化率
0.60
实验次数
1
2
3
4
5
6
A1的读数I1/mA
0
1.0
2.0
4.0
6.0
8.0
A2的读数I2/A
0
0.13
0.20
0.34
0.42
0.48
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