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人教版 (新课标)选修310 实验：测定电池的电动势和内阻复习课件ppt
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这是一份人教版 (新课标)选修310 实验：测定电池的电动势和内阻复习课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了图10，图11，图12，图13，图14，图15，图16，图17，图18，图19等内容，欢迎下载使用。
掌握用伏特表和安培表测量电池电动势和内电阻的方法，学会利用图象法处理数据的方法．
在闭合电路中，由闭合电路的欧姆定律可得电源的电动势E、内阻r、路端电压U、电流I存在关系为U＝E－Ir，E、r在电路中不随外电阻R的变化而改变．测定电源的电动势和内阻可用三种方法：
方法一：测量原理图如图1所示，采用改变外电阻，可测得一系列I和U的值(至少6组)，然后再在U—I图象中描点作图，所得直线与纵轴的交点即为电动势E，图线斜率的绝对值为内阻r，这种方法叫伏安法，用电流表和电压表．
特别提醒基础实验是伏安法．安阻法和伏阻法是在伏安法实验的基础上的提高．实验数据也可以用图象法处理．由E＝U＋Ir，有U＝E－Ir，故根据伏安法数据作出U—I图象(如图2所示)．
电池、电压表、电流表、滑动变阻器、电键、导线若干、坐标纸．
1．按如图3所示电路图连接成电路，电流表取0.6 A量程，电压表取3 V量程，将滑动变阻器阻值调到有效电阻最大(图中左端)．
2．检查电路无误后，闭合电键，移动滑动变阻器触头的位置，使电流表有明显示数，记下一组(I，U)值．3．改变滑动变阻器滑片的位置5次，用同样的方法，再测出5组(I，U)数值．然后断开电键，整理好仪器．4．建立坐标系、描点．纵轴表示电压，横轴表示电流，取合适的标度，使所描坐标点绝大部分分布在坐标纸上，必要时纵坐标可以不从零开始取值．5．根据描出的坐标点作出U—I图象，并延长与两坐标轴相交．
特别提醒滑动变阻器为外电阻，列表记录两读数，电压变化便于作图，U轴起点要看清楚，求解E、r要用U—I图．
1．为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻应选得大些(选用已使用过一段时间的干电池)．2．在实验中不要将I调得过大，每次读完U和I的数据后应立即断开电源，以免干电池在大电流放电时极化现象严重，使得E和r明显变化．3．在画U－I图线时，要使尽可能多的点落在这条直线上．不在直线上的点应对称分布在直线两侧，不要顾及个别离开直线较远的点，以减小偶然误差．
用伏安法测电源电动势和内阻的方法很简单，但系统误差较大，这主要是由于伏特表和安培表内阻对测量结果的影响而造成的．用这种方法测电动势可供选择的电路有两种，如图6甲、乙所示．
同样的分析方法，可分析出当选用乙图进行测量时，仍把滑动变阻器作为外电路，因此安培表应看做内电路的一部分(如图6乙中虚线框内所示)，因为安培表和电池串联，所以等效内阻r测应等于电池真实阻值r真和安培表电阻RA之和，即r测＝r真＋RA>r真，此时如果断开外电路，则电流为零，安培表两端电势相等，等效电源的电动势E测就是电源电动势的真实值E真，即E测＝E真．
题型一 实验原理及数据处理[例1] 用电流表和电压表测定电池的电动势E和内电阻r，所用的电路如图7所示，一位同学测得的6组数据如下表所示．
(1)试根据这些数据在图8中作出U—I图线．
(2)根据图线得出电池的电动势E＝________V，电池的内阻r＝________ Ω.(3)若不作出图线，只选用其中两组U和I的数据，可利用公式E＝U1＋I1r和E＝U2＋I2r算出E和r，这样做可能得出误差很大的结果，选用第________组和第________组的数据，求得E和r误差最大．
[解析] (1)图线如图9所示．
[答案] (1)如图9所示(2)1.46 0.71 (3) 3 4
变式1—1 利用电压表和电流表测一节干电池的电动势E和内电阻r，电路如图10所示，图中R1为粗调滑动变阻器，R2为微调滑动变阻器，实验得到的四组数据，如表中所示．
(1)表中数据经处理后，可以确定电动势E＝________V，内电阻r＝________ Ω.(2)现有滑动变阻器：A(0～10 Ω，1 A)，B(0～50 Ω，0.5 A)，C(0～500 Ω，0.5 A)．那么在本次实验中，滑动变阻器R1应选用________，R2应选用________(选填“A”、“B”或“C”)．
答案：(1)根据表中数据作出电源的U—I图象，如图11所示，从图中可以得出，图线在U轴上的截距为1.5 V，即电源的电动势为：E＝1.5 V，图线斜率的绝对值为3，即电源的内电阻为：r＝3 Ω.
(2)粗调变阻器的最大阻值较大，为了便于调节，滑动变阻器R1应选B；微调变阻器的阻值较小，R2应选A.
题型二 实验原理、方法的创新[例2] (2009·北京高考)某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池．该同学想测量一下这个电池的电动势E和内电阻r，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱(最大阻值为999.9 Ω，可当标准电阻用)、一只电流表(量程Ig＝0.6 A，内阻rg＝0.1 Ω)和若干导线．
(1)请根据测定电动势E和内电阻r的要求，设计图12(1)中器件的连接方式，画线把它们连接起来．
(3)在图13上把描绘出的坐标点连成图线．(4)根据图13描绘出的图线可得出这个电池的电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω.[解析] 本题考查测量电源电动势和内阻实验的设计和数据处理，意在考查考生实验设计的能力和处理实验数据的能力等．(1)先设计实验电路图，然后再根据电路图连线．由欧姆定律E＝I(R＋r)知，只要知道两组外电阻和电流值，就可以解出电源电动势和内阻．因此，直接将可变电阻和电流表串联在电路中就行．
(2)由电表可读出此时电流为0.50 A，则坐标为(2,2.6)．再在坐标纸上描出该点．(3)剔除明显有误差的点，将其他点用平滑的曲线连接起来，得到一条直线．
[答案] (1)如图14(1)所示 (2)如图14(2)所示 (3)如图14(2) (4)1.5(1.46～1.54) 0.3(0.25～0.35)
题后反思该类题目是在课本实验的基础上进行变更而来的，考查知识的迁移运用．要重视对实验的研究，理解实验原理、方法，提高用图象处理数据的能力．
变式2—1 (2010·广东高考)某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻，使用的器材还包括定值电阻(R0＝5Ω)一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图15(a)．①在图15(b)的实物图中，已正确连接了部分电路，请完成余下电路的连接．
②请完成下列主要实验步骤：A. 检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图15(c)所示，读得电阻值是________；B. 将开关S1闭合，开关S2断开，电压表的示数是1.49V；C. 将开关S2________，电压表的示数是1.16V；断开开关S1.③使用测得的数据，计算出干电池的内阻是________(计算结果保留两位有效数字)．④由于所用电压表不是理想电压表，所以测得的电动势比实际值偏________(填“大”或“小”)．
解析：①如图16所示．
④由于电压表不是理想电压表，所以外电路不能视为断路，电路中有电流，电压表示数为电阻箱两端电压，应小于电动势，即测量值小于真实值．答案：①见解析 ②20 Ω 闭合 ③0.69 Ω ④小
1．在“用电压表和电流表测电池的电动势和内阻”的实验时，一般是不用新电池而用旧电池进行实验，其原因是：旧电池的内阻较大，而新电池的内阻很小，实验时，电压表的读数变化很小，从而影响测量值的精确性．如果要较为精确地测量一节新电池的内阻，可用以下给定的器材和一些导线来完成实验．
(1)用连线的方法将图17中的这些仪器连成电路．(2)写出实验得出的新电池内阻r的表达式，并说明各字符的物理含义．
答案：(1)电路连接如图18所示
2．在测定一节水果电池的电动势和内阻的实验中，备有下列器材：A．水果电池E(电动势大约0.3 V，内电阻约3 Ω)B．电流表A1(满偏电流3 mA，内阻100 Ω)C．电流表A2(满偏电流100 mA，内阻约1 Ω)D．电压表V(0～3 V，内阻约1 000 Ω)E．滑动变阻器R1(0～20 Ω，1 A)F．滑动变阻器R2(0～200 Ω，1 A)G．开关S和导线若干
(1)为了方便且能准确地进行测量，其中应选用的滑动变阻器是________(用序号字母表示)；(2)请在虚线框图中画出测量电池电动势和内阻的实验电路图，并用题中所给的相应的符号标注．
答案：(1)E 为了便于操作，使滑动变阻器使用的有效导线的长度较大，滑动变阻器应选E；(2)由于电源的电动势较小，使用电压表测量电压误差较大，采用两个电流表进行测量，计算出电源的路端电压，实验电路如图19所示．
3．在测定一节干电池的电动势和内阻的实验中，备有下列器材：A．干电池(电动势E约为1.5 V，内阻r约为1.0 Ω)B．电流表G(满偏电流3.0 mA，内阻Rg＝10 Ω)C．电流表A(量程0～0.6 A，内阻约为0.5 Ω)D．滑动变阻器R(0～20 Ω，10 A)E．滑动变阻器R′(0～100 Ω，1 A)F．定值电阻R1＝990 ΩG．开关和导线若干
(1)为了能准确地进行测量，也为了操作方便，实验中应选用的滑动变阻器是________．(填写字母)(2)请画出实验原理图．
解析：由闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir可知，只要能测出两组路端电压和电流即可，但题目中只给出两个电流表且其中一个电流表G的内阻已知，可以把内阻已知的电流表和定值电阻R1串联改装成一个电压表．为了减少误差，滑动变阻器需选D，设计实验原理如图20所示．
答案：(1)D (2)见解析
4．(2010·江苏高考)在测量电源的电动势和内阻的实验中，由于所用电压表(视为理想电压表)的量程较小，某同学设计了如图21所示的实物电路．
(1)实验时，应先将电阻箱的电阻调到________．(选填“最大值”、“最小值”或“任意值”)(2)改变电阻箱的阻值R，分别测出阻值R0＝10Ω的定值电阻两端的电压U，下列两组R的取值方案中，比较合理的方案是________．(选填“1”或“2”)
解析：(1)将电阻箱的电阻调到最大值是为了保护电压表．(2)实验时，若电阻箱的阻值与定值电阻的阻值相差太大，电压表的示数变化不明显，实验误差太大，所以比较合理的是方案2.
5．(2009·安徽高考)用图22所示电路，测定一节干电池的电动势和内阻．电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用．除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：
(a)电流表(量程0.6 A、3 A)；(b)电压表(量程3 V、15 V)；(c)定值电阻(阻值1 Ω、额定功率5 W)；(d)定值电阻(阻值10 Ω、额定功率10 W)；(e)滑动变阻器(阻值范围0～10 Ω、额定电流2 A)；(f)滑动变阻器(阻值范围0～100 Ω、额定电流1 A)．
那么(1)要正确完成实验，电压表的量程应选择________ V，电流表的量程应选择________ A；R0应选择________ Ω的定值电阻，R应选择阻值范围是________ Ω的滑动变阻器．(2)引起该实验系统误差的主要原因是______________________．
解析：(1)一节干电池的电动势1.5 V，电压表选3 V的量程．电流表选0.6 A的量程，定值电阻选1 Ω，滑动变阻器选0～10 Ω.(2)电压表读出的是路端电压，电流表的读数为IA，干路电流I＝IA＋IV，误差是由电压表分流造成的．答案：(1)3 0.6 1 0～10 (2)电压表的分流
①按电路原理图在图23(2)虚线框内各实物图之间画出连线．②在闭合开关S前，将滑动变阻器的滑动端c移动至________(填“a端”、“中央”或“b端”)．
在图24所示的坐标纸上以I1为纵坐标、I2为横坐标画出所对应的I1—I2曲线．
④利用所得曲线求得电源的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.(保留两位小数)⑤该电路中电源输出的短路电流Im＝________A.
答案：①连线如图25所示
④1.49(在1.48～1.50范围内同样给分)0．60(在0.55～0.65范围内同样给分)⑤2.5(在2.3～2.7范围内同样给分)
掌握用伏特表和安培表测量电池电动势和内电阻的方法，学会利用图象法处理数据的方法．
在闭合电路中，由闭合电路的欧姆定律可得电源的电动势E、内阻r、路端电压U、电流I存在关系为U＝E－Ir，E、r在电路中不随外电阻R的变化而改变．测定电源的电动势和内阻可用三种方法：
方法一：测量原理图如图1所示，采用改变外电阻，可测得一系列I和U的值(至少6组)，然后再在U—I图象中描点作图，所得直线与纵轴的交点即为电动势E，图线斜率的绝对值为内阻r，这种方法叫伏安法，用电流表和电压表．
特别提醒基础实验是伏安法．安阻法和伏阻法是在伏安法实验的基础上的提高．实验数据也可以用图象法处理．由E＝U＋Ir，有U＝E－Ir，故根据伏安法数据作出U—I图象(如图2所示)．
电池、电压表、电流表、滑动变阻器、电键、导线若干、坐标纸．
1．按如图3所示电路图连接成电路，电流表取0.6 A量程，电压表取3 V量程，将滑动变阻器阻值调到有效电阻最大(图中左端)．
2．检查电路无误后，闭合电键，移动滑动变阻器触头的位置，使电流表有明显示数，记下一组(I，U)值．3．改变滑动变阻器滑片的位置5次，用同样的方法，再测出5组(I，U)数值．然后断开电键，整理好仪器．4．建立坐标系、描点．纵轴表示电压，横轴表示电流，取合适的标度，使所描坐标点绝大部分分布在坐标纸上，必要时纵坐标可以不从零开始取值．5．根据描出的坐标点作出U—I图象，并延长与两坐标轴相交．
特别提醒滑动变阻器为外电阻，列表记录两读数，电压变化便于作图，U轴起点要看清楚，求解E、r要用U—I图．
1．为了使电池的路端电压变化明显，电池的内阻应选得大些(选用已使用过一段时间的干电池)．2．在实验中不要将I调得过大，每次读完U和I的数据后应立即断开电源，以免干电池在大电流放电时极化现象严重，使得E和r明显变化．3．在画U－I图线时，要使尽可能多的点落在这条直线上．不在直线上的点应对称分布在直线两侧，不要顾及个别离开直线较远的点，以减小偶然误差．
用伏安法测电源电动势和内阻的方法很简单，但系统误差较大，这主要是由于伏特表和安培表内阻对测量结果的影响而造成的．用这种方法测电动势可供选择的电路有两种，如图6甲、乙所示．
同样的分析方法，可分析出当选用乙图进行测量时，仍把滑动变阻器作为外电路，因此安培表应看做内电路的一部分(如图6乙中虚线框内所示)，因为安培表和电池串联，所以等效内阻r测应等于电池真实阻值r真和安培表电阻RA之和，即r测＝r真＋RA>r真，此时如果断开外电路，则电流为零，安培表两端电势相等，等效电源的电动势E测就是电源电动势的真实值E真，即E测＝E真．
题型一 实验原理及数据处理[例1] 用电流表和电压表测定电池的电动势E和内电阻r，所用的电路如图7所示，一位同学测得的6组数据如下表所示．
(1)试根据这些数据在图8中作出U—I图线．
(2)根据图线得出电池的电动势E＝________V，电池的内阻r＝________ Ω.(3)若不作出图线，只选用其中两组U和I的数据，可利用公式E＝U1＋I1r和E＝U2＋I2r算出E和r，这样做可能得出误差很大的结果，选用第________组和第________组的数据，求得E和r误差最大．
[解析] (1)图线如图9所示．
[答案] (1)如图9所示(2)1.46 0.71 (3) 3 4
变式1—1 利用电压表和电流表测一节干电池的电动势E和内电阻r，电路如图10所示，图中R1为粗调滑动变阻器，R2为微调滑动变阻器，实验得到的四组数据，如表中所示．
(1)表中数据经处理后，可以确定电动势E＝________V，内电阻r＝________ Ω.(2)现有滑动变阻器：A(0～10 Ω，1 A)，B(0～50 Ω，0.5 A)，C(0～500 Ω，0.5 A)．那么在本次实验中，滑动变阻器R1应选用________，R2应选用________(选填“A”、“B”或“C”)．
答案：(1)根据表中数据作出电源的U—I图象，如图11所示，从图中可以得出，图线在U轴上的截距为1.5 V，即电源的电动势为：E＝1.5 V，图线斜率的绝对值为3，即电源的内电阻为：r＝3 Ω.
(2)粗调变阻器的最大阻值较大，为了便于调节，滑动变阻器R1应选B；微调变阻器的阻值较小，R2应选A.
题型二 实验原理、方法的创新[例2] (2009·北京高考)某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池．该同学想测量一下这个电池的电动势E和内电阻r，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱(最大阻值为999.9 Ω，可当标准电阻用)、一只电流表(量程Ig＝0.6 A，内阻rg＝0.1 Ω)和若干导线．
(1)请根据测定电动势E和内电阻r的要求，设计图12(1)中器件的连接方式，画线把它们连接起来．
(3)在图13上把描绘出的坐标点连成图线．(4)根据图13描绘出的图线可得出这个电池的电动势E＝________V，内电阻r＝________Ω.[解析] 本题考查测量电源电动势和内阻实验的设计和数据处理，意在考查考生实验设计的能力和处理实验数据的能力等．(1)先设计实验电路图，然后再根据电路图连线．由欧姆定律E＝I(R＋r)知，只要知道两组外电阻和电流值，就可以解出电源电动势和内阻．因此，直接将可变电阻和电流表串联在电路中就行．
(2)由电表可读出此时电流为0.50 A，则坐标为(2,2.6)．再在坐标纸上描出该点．(3)剔除明显有误差的点，将其他点用平滑的曲线连接起来，得到一条直线．
[答案] (1)如图14(1)所示 (2)如图14(2)所示 (3)如图14(2) (4)1.5(1.46～1.54) 0.3(0.25～0.35)
题后反思该类题目是在课本实验的基础上进行变更而来的，考查知识的迁移运用．要重视对实验的研究，理解实验原理、方法，提高用图象处理数据的能力．
变式2—1 (2010·广东高考)某同学利用电压表和电阻箱测定干电池的电动势和内阻，使用的器材还包括定值电阻(R0＝5Ω)一个，开关两个，导线若干，实验原理图如图15(a)．①在图15(b)的实物图中，已正确连接了部分电路，请完成余下电路的连接．
②请完成下列主要实验步骤：A. 检查并调节电压表指针指零；调节电阻箱，示数如图15(c)所示，读得电阻值是________；B. 将开关S1闭合，开关S2断开，电压表的示数是1.49V；C. 将开关S2________，电压表的示数是1.16V；断开开关S1.③使用测得的数据，计算出干电池的内阻是________(计算结果保留两位有效数字)．④由于所用电压表不是理想电压表，所以测得的电动势比实际值偏________(填“大”或“小”)．
解析：①如图16所示．
④由于电压表不是理想电压表，所以外电路不能视为断路，电路中有电流，电压表示数为电阻箱两端电压，应小于电动势，即测量值小于真实值．答案：①见解析 ②20 Ω 闭合 ③0.69 Ω ④小
1．在“用电压表和电流表测电池的电动势和内阻”的实验时，一般是不用新电池而用旧电池进行实验，其原因是：旧电池的内阻较大，而新电池的内阻很小，实验时，电压表的读数变化很小，从而影响测量值的精确性．如果要较为精确地测量一节新电池的内阻，可用以下给定的器材和一些导线来完成实验．
(1)用连线的方法将图17中的这些仪器连成电路．(2)写出实验得出的新电池内阻r的表达式，并说明各字符的物理含义．
答案：(1)电路连接如图18所示
2．在测定一节水果电池的电动势和内阻的实验中，备有下列器材：A．水果电池E(电动势大约0.3 V，内电阻约3 Ω)B．电流表A1(满偏电流3 mA，内阻100 Ω)C．电流表A2(满偏电流100 mA，内阻约1 Ω)D．电压表V(0～3 V，内阻约1 000 Ω)E．滑动变阻器R1(0～20 Ω，1 A)F．滑动变阻器R2(0～200 Ω，1 A)G．开关S和导线若干
(1)为了方便且能准确地进行测量，其中应选用的滑动变阻器是________(用序号字母表示)；(2)请在虚线框图中画出测量电池电动势和内阻的实验电路图，并用题中所给的相应的符号标注．
答案：(1)E 为了便于操作，使滑动变阻器使用的有效导线的长度较大，滑动变阻器应选E；(2)由于电源的电动势较小，使用电压表测量电压误差较大，采用两个电流表进行测量，计算出电源的路端电压，实验电路如图19所示．
3．在测定一节干电池的电动势和内阻的实验中，备有下列器材：A．干电池(电动势E约为1.5 V，内阻r约为1.0 Ω)B．电流表G(满偏电流3.0 mA，内阻Rg＝10 Ω)C．电流表A(量程0～0.6 A，内阻约为0.5 Ω)D．滑动变阻器R(0～20 Ω，10 A)E．滑动变阻器R′(0～100 Ω，1 A)F．定值电阻R1＝990 ΩG．开关和导线若干
(1)为了能准确地进行测量，也为了操作方便，实验中应选用的滑动变阻器是________．(填写字母)(2)请画出实验原理图．
解析：由闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir可知，只要能测出两组路端电压和电流即可，但题目中只给出两个电流表且其中一个电流表G的内阻已知，可以把内阻已知的电流表和定值电阻R1串联改装成一个电压表．为了减少误差，滑动变阻器需选D，设计实验原理如图20所示．
答案：(1)D (2)见解析
4．(2010·江苏高考)在测量电源的电动势和内阻的实验中，由于所用电压表(视为理想电压表)的量程较小，某同学设计了如图21所示的实物电路．
(1)实验时，应先将电阻箱的电阻调到________．(选填“最大值”、“最小值”或“任意值”)(2)改变电阻箱的阻值R，分别测出阻值R0＝10Ω的定值电阻两端的电压U，下列两组R的取值方案中，比较合理的方案是________．(选填“1”或“2”)
解析：(1)将电阻箱的电阻调到最大值是为了保护电压表．(2)实验时，若电阻箱的阻值与定值电阻的阻值相差太大，电压表的示数变化不明显，实验误差太大，所以比较合理的是方案2.
5．(2009·安徽高考)用图22所示电路，测定一节干电池的电动势和内阻．电池的内阻较小，为了防止在调节滑动变阻器时造成短路，电路中用一个定值电阻R0起保护作用．除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：
(a)电流表(量程0.6 A、3 A)；(b)电压表(量程3 V、15 V)；(c)定值电阻(阻值1 Ω、额定功率5 W)；(d)定值电阻(阻值10 Ω、额定功率10 W)；(e)滑动变阻器(阻值范围0～10 Ω、额定电流2 A)；(f)滑动变阻器(阻值范围0～100 Ω、额定电流1 A)．
那么(1)要正确完成实验，电压表的量程应选择________ V，电流表的量程应选择________ A；R0应选择________ Ω的定值电阻，R应选择阻值范围是________ Ω的滑动变阻器．(2)引起该实验系统误差的主要原因是______________________．
解析：(1)一节干电池的电动势1.5 V，电压表选3 V的量程．电流表选0.6 A的量程，定值电阻选1 Ω，滑动变阻器选0～10 Ω.(2)电压表读出的是路端电压，电流表的读数为IA，干路电流I＝IA＋IV，误差是由电压表分流造成的．答案：(1)3 0.6 1 0～10 (2)电压表的分流
①按电路原理图在图23(2)虚线框内各实物图之间画出连线．②在闭合开关S前，将滑动变阻器的滑动端c移动至________(填“a端”、“中央”或“b端”)．
在图24所示的坐标纸上以I1为纵坐标、I2为横坐标画出所对应的I1—I2曲线．
④利用所得曲线求得电源的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω.(保留两位小数)⑤该电路中电源输出的短路电流Im＝________A.
答案：①连线如图25所示
④1.49(在1.48～1.50范围内同样给分)0．60(在0.55～0.65范围内同样给分)⑤2.5(在2.3～2.7范围内同样给分)
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