实验十一 导体电阻率的测量 (课件+学案+练习) 2027年高考物理一轮复习考点精讲

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实验十一 导体电阻率的测量 (课件+学案+练习) 2027年高考物理一轮复习考点精讲

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实验十一 导体电阻率的测量
对应学生用书P209
一、实验器材
被测金属丝,直流电源,电流表,电压表,滑动变阻器,开关,导线若干,螺旋测微器,毫米刻度尺。
二、实验操作
1.测量金属丝直径:选择螺旋测微器或游标卡尺,在被测金属丝的三个不同位置各测一次直径,记录三次的读数。
2.选择电流表的连接方式,连接好实验电路。
被测金属丝的阻值较小,采用电流表外接法
3.测量金属丝的有效长度:选用毫米刻度尺,多次测量被测金属丝在两个接线柱之间的距离,得到有效长度的平均值l。
  接入后测长度
4.测量U、I值:把滑动变阻器的滑片调节到使其接入电路中的阻值最大的位置(为了保护电表),闭合开关S,改变滑动变阻器滑片的位置,读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值,填入表格内。
5.断开开关S,拆去实验线路,整理实验器材。
三、数据记录及分析
1.计算金属丝的横截面积:求出金属丝直径的平均值d,计算出金属丝的横截面积S= 。
2.计算Rx值的两种方法
(1)公式法:用Rx= 分别算出各次的数值,再取平均值。
(2)图像法:作U-I图像,利用斜率求出Rx,如图所示。
3.计算金属丝的电阻率ρ:将记录的数据Rx、l、d的值代入电阻率的计算式ρ=Rx·= 。
四、误差分析
1.系统误差
(1)采用伏安法测量金属丝的电阻时,若采用电流表外接法,由于电压表的分流,使电流测量值大于真实电流值, 由Rx=可知金属丝的电阻阻值小于真实阻值,使电阻率的测量值偏小;若采用电流表内接法,由于电流表的分压,使电压测量值大于真实电压值,由Rx=可知金属丝的电阻值大于真实阻值,使电阻率的测量值偏大。
(2)由于金属丝通电后发热升温,会使金属丝的电阻率变大,造成测量误差。
2.偶然误差
(1)金属丝的横截面积是利用直径计算得到的,直径的测量是产生误差的主要来源之一。
(2)金属丝的长度测量、电流表和电压表的读数等均会带来偶然误差。
考点一 测量导体的电阻率
以伏安法测电阻来测定导体的电阻率
【例1】 s某同学通过实验测量阻值约为5 Ω、粗细均匀的金属丝的电阻率。
(1)该同学采用如图所示的电路测量金属丝的电阻Rx。现有电源(电动势为3.0 V,内阻不计),电压表(量程0~3 V,内阻约3 kΩ),开关和导线若干,以及下列器材:
A.电流表(量程0~3 A,内阻约0.025 Ω)
B.电流表(量程0~0.6 A,内阻约0.125 Ω)
C.滑动变阻器(0~5 Ω,3 A)
D.滑动变阻器(0~1 000 Ω,0.5 A)
为了调节方便、测量准确,实验中电流表应选用    ,滑动变阻器应选用    。(选填实验器材前的字母)
(2)电压表应连接    (选填“M”或“N”)点。闭合开关S前,滑动变阻器的滑片应处在    (选填“左端”或“右端”)。
(3)测得金属丝的直径为d,长度为L,电阻为R,则该金属丝电阻率测量值的表达式ρ=    。仅考虑电表内阻引起的误差,电阻率的测量值    (选填“大于”或“小于”)真实值。
解析:(1)根据题中信息可得流过电阻的最大电流约为Imax== A=0.6 A,为了减小误差,电流表应选择B;由题图可知滑动变阻器采用分压式接法,为了方便操作,应选用最大阻值较小的C。
(2)通过计算可得出>,为了减小误差,电压表应连接M点;为了保护电路,闭合开关S前,滑动变阻器的滑片应处在使测量电路部分电压为零的左端。
(3)根据电阻定律R=ρ,又S=π,联立可得ρ=;根据(2)中分析可知,电流表采用外接法,则电流的测量值大于流过电阻的真实值,根据欧姆定律R=可知电阻的测量值小于真实值,则电阻率的测量值小于真实值。
答案:(1)B C (2)M 左端 (3) 小于
角度突破
1.电流表内、外接法的判断依据
(1)当<即Rx>时,用电流表内接法。
(2)当>即Rx<时,用电流表外接法。
2.滑动变阻器的使用
(1)分压式接法可以使待测电阻(或用电器)的电压从零开始连续调节,这是本实验选择的接法。
(2)闭合开关前,对于限流式接法,应使滑动变阻器接入电路的阻值最大;对于分压式接法,滑片应置于使测量电路电压为零的位置。
知识拓展
1.指针偏转在到量程间为佳,这是电表量程的选择要求。
2.在保证安全电流的前提下,滑动变阻器的分压接法应优先选择总阻值远小于待测电阻(或与待测电阻相当)的滑动变阻器。因为若阻值过大,调节会非常不灵敏,难以精细控制电压。
教学札记:
通过转化的图像测电阻,再测定导体的电阻率
【例2】 (2025·连云港模拟)某探究小组要测量电阻丝的电阻率,可利用的器材有:电源(E=3 V、内阻约为0.5 Ω)、电流表(量程分别为0.6 A、3 A)、定值电阻R=5 Ω、电阻丝、金属夹、刻度尺、开关S、导线若干。他们设计了如图所示的实验电路原理图。
(1)实验步骤如下:
①将电阻丝拉直固定,按照图甲连接电路,金属夹置于电阻丝的    (选填“A”或“B”)端;
②用螺旋测微器测量电阻丝的直径D,如图乙所示,则D=     mm;
③闭合开关S,快速滑动金属夹至适当位置并记录电流表示数I,断开开关S,记录金属夹与B端的距离L;
④多次重复步骤③,根据记录的若干组I、L的值,作出图像如图丙所示。
(2)电流表量程应该选择    (选填“0.6”或“3”)A。
(3)若图丙中图像的斜率为k,则电阻丝的电阻率ρ=    (选用字母k、D、E、R表示)。
(4)某同学发现图丙中图像在纵轴上的截距为b,其运用截距b和题中已知物理量求得电源内阻r=1.5 Ω,明显偏大,请说明出现这种现象的原因       。
角度突破
1.螺旋测微器的读数:规则为“固定刻度读数+可动刻度读数×0.01 mm”,且需要估读到毫米的千分位。
2.电表量程的选择:遵循安全和精确原则。先由Imax≈估算电路中的最大电流,再选择合适量程。
能力要语
1.转换法与图像法的应用:本题中,通过对欧姆定律和电阻定律的联立,将非线性关系转化为线性关系=kL+b,通过-L图像的斜率k与纵截距b的物理意义求解未知量。
2.系统误差的溯源与修正:误认为电流表为理想电流表,产生系统误差。本题的第(4)问中电源内阻的阻值包含了电流表的阻值,即r测=r真+rA。
【例2】 解析:(1)①为了确保电路的安全,闭合开关之前应使电阻丝接入电路的电阻达到最大值,可知金属夹置于电阻丝的A端。
②根据螺旋测微器的读数规律,该读数为
2.5 mm+0.01×18.0 mm=2.680 mm。
(2)由于= A=0.6 A可知,回路中电流不可能大于0.6 A,为了确保安全与精度,电流表量程应该选择0.6 A。
(3)根据闭合电路欧姆定律有I=,根据电阻定律有Rx=ρ,其中S=π,解得=L+,根据图像有k=,解得ρ=。
(4)图像在纵轴上的截距为b,则有b=,解得r=bE-R-rA<bE-R=r测,可知由于忽略电流表的内阻,导致测量值明显偏大,即出现这种现象的原因是测量值中含有电流表内阻。
答案:(1)①A ②2.680 (2)0.6 (3) (4)测量值中含有电流表内阻
以替代法测电阻来测定导体的电阻率
【例3】 (2025·四川高考)某学生实验小组要测量一段合金丝的电阻率。所用实验器材有:
学生电源E(电动势0.4 V,内阻未知) 螺旋测微器
待测合金丝样品(长度约1 m) 米尺(量程0~100 cm)
滑动变阻器(最大阻值20 Ω) 电阻箱(阻值范围0~999.9 Ω)
电流表(量程0~30 mA,内阻较小) 开关S1、S2,导线若干
(1)将待测合金丝样品绷直固定于米尺上,将金属夹分别夹在样品20.00 cm和70.00 cm位置,用螺旋测微器测量两金属夹之间样品三个不同位置的横截面直径,读数分别为0.499 mm、0.498 mm和0.503 mm,则该样品横截面直径的平均值为    mm。
(2)该小组采用限流电路,则图甲中电流表的“+”接线柱应与滑动变阻器的接线柱    (选填“a”或“b”)相连。闭合开关前,滑动变阻器滑片应置于    (选填“左”或“右”)端。
(3)断开S2、闭合S1,调节滑动变阻器使电流表指针恰好指到15.0 mA刻度处。断开S1、闭合S2,保持滑动变阻器滑片位置不变,旋转电阻箱旋钮,使电流表指针仍指到15.0 mA处,此时电阻箱面板如图乙所示,则该合金丝的电阻率为    Ω·m(取π=3.14,结果保留2位有效数字)。
(4)为减小实验误差,可采用的做法有    (有多个正确选项)。
A.换用内阻更小的电源
B.换用内阻更小的电流表
C.换用阻值范围为0~99.99 Ω的电阻箱
D.多次测量该合金丝不同区间等长度样品的电阻率,再求平均值
角度突破
1.本题中滑动变阻器采用限流式接法,连接时应遵循“一上一下”原则;同时,闭合开关前,滑片应置于使电路中电流最小的位置,即滑动变阻器最大阻值端。
2.本实验中,为了减小因合金丝材料粗细不均匀带来的误差,需多次测量直径求平均值,这也是减小偶然误差的基本操作。
教学札记:
知识拓展
“等效替代法”测电阻
(1)当电路状态完全相同时,可以认为未知电阻Rx与电阻箱的阻值R是等效的。
(2)这种方法巧妙地规避了电流表内阻、电源内阻以及滑动变阻器阻值不精确等因素对测量的系统性影响。
(3)这种方法中,只要电流表足够灵敏,其测量精度主要取决于电阻箱的精度。因此更高精度的电阻箱能有效减小误差。
教学札记:
【例3】 解析:(1)该样品横截面直径的平均值为
d= mm=0.500 mm。
(2)由于滑动变阻器采用限流式接法,应将其串联接在电路中,故采用“一上一下”原则,即电流表的“+”接线柱应与滑动变阻器的接线柱a相连。为了保护电路,闭合开关前,滑动变阻器滑片应置于最大阻值处,即最左端。
(3)该合金丝的电阻为R=3.2 Ω,由电阻定律R=ρ及S=π可得ρ=,其中d=0.500 mm,l=70.00 cm-20.00 cm=50.00 cm,解得该合金丝的电阻率为ρ≈1.3×10-6 Ω·m。
(4)本题中,应用等效替代法测电阻消除了电源的内阻、电流表的内阻对测量合金丝阻值的影响,故A、B错误。根据电阻定律可知ρ=,则为了减小实验误差,可减小测合金丝电阻时的误差,选择更精确的电阻箱,可换用阻值范围为0~99.99 Ω,或多次测量该合金丝不同区间等长度样品的电阻率,再求平均值,故C、D正确。
答案:(1)0.500 (2)a 左 (3)1.3×10-6 (4)CD
考点二 创新拓展实验
综合其他原理、增加探究目的
【例4】 某探究小组为测量一种新型材料制成的圆柱形电阻的电阻率,进行了如下实验探究。
图乙中的实验器材:
①电流表,量程为0~0.6 A,内阻为1.0 Ω;
②定值电阻R0,阻值为20.0 Ω;
③电阻箱R,最大阻值为999.9 Ω。
(1)该小组用螺旋测微器测量该圆柱形电阻的直径d,示数如图甲所示,其读数为    mm。再用游标卡尺测得其长度l。
(2)该小组用如图乙所示的电路测量该圆柱形电阻Rx的阻值。将S2置于位置1,闭合S1,多次改变电阻箱R的阻值,记下电流表的对应读数I,实验数据见表格。根据表中数据,在图丙中绘制出-R图像。再将S2置于位置2,此时电流表读数为0.400 A。计算可得Rx=    Ω(结果保留2位有效数字)。最后可得到该材料的电阻率ρ=
    (用d、l、Rx表示)。由丙图还可得出电源电动势E=     V(结果保留2位有效数字)。
R/Ω 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0
I/A 0.414 0.352 0.308 0.272 0.244 0.222
(3)持续使用后,电源电动势降低、内阻变大。小明认为,若再次将此圆柱形电阻连入此装置,测得电路的电流,仍根据原来描绘的图丙的图像得到该电阻的测量值会偏小。你是否同意小明的观点    (选填“同意”或“不同意”),并给出理由   
           。
角度突破
1.图像法处理数据:图像法能降低偶然误差。本题通过公式变换,将非线性关系转化为-R的线性关系,通过图像的斜率可以求解电源电动势E(斜率k=)。
2.串并联电路知识:当S2接1时,电路是电阻箱R、定值电阻R0和电流表内阻rA的串联。当S2接2时,是将Rx替代了电阻箱R;消除了电源内阻r、定值电阻R0和电流表内阻rA带来的系统误差,使Rx的测量更加精确。
教学札记:
易错警示
第(3)问的辨析是本题的难点和升华点。
1.第一步推理:由“电源电动势降低、内阻变大”推理出,电流值变小,电流倒数变大。
2.若仍用旧图像,变大后的对应一个更大的R值,从而导致测量值偏大。
教学札记:
【例4】 解析:(1)螺旋测微器的精度为0.01 mm,故其读数为
3.5 mm+20.0×0.01 mm=3.700 mm。
(2)电流表读数为0.400 A,即=2.5 A-1,由图可得此时电阻的值为Rx=6.0 Ω,根据电阻定律Rx=,其中横截面积S=π,可得ρ=,根据闭合电路欧姆定律I=,整理可得=R+,即-R图像的斜率为k== V-1,解得E≈12 V。
(3)不同意。电源电动势降低、内阻变大,该电阻接入电路后,电流值变小,倒数变大,则从题图丙中得到该电阻的测量值将偏大。
答案:(1)3.700 (2)6.0  12 (3)不同意 见解析
[实验(十一)] 导体电阻率的测量
(选择题每题5分,非选择题每题10分,建议用时:40分钟)
1.某同学测量一段长度已知的电阻丝的电阻率。
(1)螺旋测微器如图甲所示,在测量电阻丝直径时,先将电阻丝轻轻地夹在测砧与测微螺杆之间,先旋转    ,当测微螺杆刚好接触电阻丝时,再旋动    (均选填“A”“B”或“C”),直到听见“喀喀”的声音,以保证压力适当,同时防止螺旋测微器的损坏。
(2)选择电阻丝的    (选填“同一”或“不同”)位置进行多次测量,取其平均值作为电阻丝的直径。
(3)图乙中Rx为待测电阻丝,请补充完整图丙中实物间的连线。
解析:(1)A起固定作用,便于读数;B为粗调旋钮,调节B使电阻丝与测微螺杆、测砧刚好接触;然后调节C,C起微调作用。
(2)电阻丝的粗细不一定均匀,为保证测量结果准确,应在不同位置测直径,然后取平均值作为电阻丝的直径。
(3)滑动变阻器采用分压式接法接入电路,电流表使用外接法,注意连线不能交叉,如图所示。
答案:(1)B C (2)不同 (3)见解析图
2.某同学想通过实验测定一捆几百米长合金导线(电阻约为10 Ω)的实际长度。实验室提供了下列可选用的器材:
A.电流表(量程为0~2 mA,内阻Rg=199 Ω);
B.电压表(量程为0~3 V,内阻约为3 kΩ);
C.滑动变阻器R(最大阻值为25 Ω);
D.电阻箱(可调节范围为0~999.9 Ω);
E.电源(电压恒为4 V);
F.螺旋测微器、开关、导线若干。
(1)考虑到安全因素,需将电流表的量程扩大到0~400 mA,则需要将电流表与电阻箱
    (选填“串联”或“并联”),并将电阻箱阻值调至    Ω(结果保留两位有效数字),改装完成后的电流表内阻记为RA。
(2)为精确测量导线电阻,该同学设计了如图所示的电路,其中A为改装后的电流表。某次实验时测得改装后的电流表读数为I,电压表读数为U,则该导线的电阻Rx=
    (用给定的物理量符号表示)。已知该导线的电阻率为ρ,直径为d,则该导线的长度L=      (用ρ、Rx、d、π表示)。
解析:(1)根据并联分流原理可知,将电流表的量程扩大到0~400 mA,则需要将电流表与电阻箱并联;电流表的量程扩大到0~400 mA,电阻箱阻值应调为R== Ω=1.0 Ω。
(2)根据欧姆定律有Rx+RA=,解得Rx=-RA;根据电阻定律,有Rx=ρ,其中S=πd2,解得L=。
答案:(1)并联 1.0 (2)-RA 
3.(2024·江苏高考)某同学在实验室测定金属块的电阻率,电路如图甲所示,除被测金属块(图乙)外,还有如下实验器材可供选择:
A.直流电源:电动势约为3 V,内阻可忽略不计;
B.电流表A1:量程0~100 mA,内阻约为1 Ω;
C.电流表A2:量程0~10 mA,内阻约为4 Ω;
D.电压表V:量程0~3 V,内阻约为3 kΩ;
E.滑动变阻器R1:0~10 Ω;
F.滑动变阻器R2:0~50 Ω;
G.开关、导线等。
(1)用多用电表电阻挡粗测金属块电阻,测得A、B端电阻RAB=4 Ω,测C、D端电阻时的示数如图丙所示,则RCD=    Ω。
(2)测C、D端电阻时滑动变阻器应选    (填实验器材前字母序号)。
(3)实物连线如图丁所示,其中4个区域,连错的部分是    。
(4)连通电路时,滑动变阻器滑片应置于最    (选填“左”或“右”)端。
(5)实验中测量A、B间电阻时选用电流表A1,测量C、D间电阻时选用电流表A2,经过一系列测量后得到金属块的电阻率ρAB和ρCD。
ρAB ρCD
1.02 1.06
小明认为A、B间测得的电阻计算电阻率更准确,因为测量A、B间电阻时所用的电流表A1的内阻更小,你认为小明的说法是否正确,说明你的理由      
                         。
解析:(1)由图可得,多用电表电阻挡选用“×100”倍率,则C、D端电阻RCD=3.3×100 Ω=330 Ω。
(2)由图甲可得,滑动变阻器采用限流式接法接入电路,为了多次测量时电压表、电流表数据有明显变化,应该接入阻值和C、D端电阻接近的滑动变阻器R2,即选F。
(3)电压表测量金属块和电流表两端的电压,连接错误的区域是②区域,目前电压表测量电流表两端的电压,应将电压表的右边接线柱(+接线柱)连接到电阻的右端。
(4)接通开关前,滑动变阻器的滑片应放在阻值最大的最右端位置。
(5)≈4,≈80,C、D间电阻与电流表A2的内阻相差较大,电压表测量值更接近C、D两端电压,用C、D间测量的电阻计算电阻率更准确,则小明的说法错误。
答案:(1)330 (2)F (3)② (4)右 (5)错误 理由见解析
4.某实验小组在“测量金属丝电阻率”的实验中,先用多用电表进行粗测电阻,再采用“伏安法”较准确地测量未知电阻,后计算金属丝电阻率。
(1)在使用多用电表测电阻时,以下说法正确的是    。
A.每换一次挡位,不必重新进行欧姆调零
B.指针越接近刻度盘中央,误差越小
C.在外电路中,电流从红表笔流经被测电阻到黑表笔
D.测量时,若指针偏角较小,说明这个电阻的阻值较大,应换倍率较大的挡位来测量
(2)先用多用电表的电阻挡“×1”按正确操作步骤粗测其电阻,指针如图甲所示,读数应记为    Ω。
(3)用螺旋测微器测量金属丝直径,某次测量示数如图乙所示,该金属丝直径的测量值d=    mm。
(4)实验室提供的器材如下:
A.待测金属丝的电阻Rx;
B.电流表A1(量程0~0.6 A,内阻约0.1 Ω);
C.电流表A2(量程0~3 A,内阻约0.01 Ω);
D.电压表V1(量程0~3 V,内阻约3 kΩ);
E.电压表V2(量程0~15 V,内阻约20 kΩ);
F.滑动变阻器R(0~20 Ω);
G.电源E(电动势为3.0 V,内阻不计);
H.开关、若干导线。
为了调节方便,测量准确,实验中电流表应选    (选填“B”或“C”),电压表应选    (选填“D”或“E”)。
(5)请你根据图丙所示电路图用笔画线代替导线,将图丁所示的实验电路连接完整。
(6)若金属丝接入电路的长度为l,直径为d,通过金属丝的电流为I,金属丝两端的电压为U,由此可计算得出金属丝的电阻率ρ=        (用题目所给字母表示)。
(7)某同学认为使用上述方案所测的电阻率比理论值偏大,你是否同意他的观点并说明理由:             。
解析:(1)用多用电表测电阻时,每换一次挡位,都必须重新进行欧姆调零,故A错误;指针越接近刻度盘中央,误差越小,故B正确;在外电路中,电流从黑表笔流经被测电阻到红表笔,故C错误;测量时,若指针偏角较小,说明这个电阻的阻值较大,应换倍率较大的挡位来测量,故D正确。故选BD。
(2)该同学选用电阻表“×1”挡,而电阻表的读数为指针所指刻度与倍率的乘积,所以图中对应的读数为6.0×1 Ω=6.0 Ω。
(3)螺旋测微器的读数为固定刻度与可动刻度之和,则金属丝直径的测量值为3.5 mm+20.7×0.01 mm=3.707 mm。
(4)由于电源电动势为3.0 V,则电压表应选择量程为0~3 V的电压表D;测量金属丝的电阻阻值约为6.0 Ω,则电路中的最大电流为Im== A=0.5 A,因此电流表应选量程为0~0.6 A的B。
(5)根据电路图连接实验电路如图所示。
(6)根据欧姆定律有Rx=,根据电阻定律有Rx=ρ,S=π,联立解得ρ=。
(7)不同意,根据以上分析可知,由于电流表采用外接法,所测电流偏大,所以电阻率的测量值小于理论值。
答案:(1)BD (2)6.0 (3)3.707 (4)B D (5)见解析图 (6) (7)见解析(共64张PPT)
高三一轮总复习高效讲义
物 理
01
第十章
电路与电能
实验十一 导体电阻率的测量
知识梳理 夯实基础
考点探究 提升能力
实验
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知识梳理 夯实基础
考点探究 提升能力
角度突破
测量导体的电阻率
考点一
知识拓展
角度突破
能力要语
角度突破
知识拓展
创新拓展实验
考点二
角度突破
易错警示
实验(十一) 导体电阻率的测量
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谢谢观看
V
Rx
A
S
U
R=AU
△U
0
N
A
R.
M
N
S
电阻丝
金属夹
R
A
E,T
S




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9
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×10
68
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2
×1
×0.1
2


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1
0
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S
2
5101520253035R/



V
测站测微螺杆
B
A
5
A
R
S
E


V

P
R
1十

V
z


P
R


E
S
h
R
A
Rx
V
V
A
R
A
D
C
B

5040
30
201510
iwu山8S
k500200100
TTTTTTTTT
100
150
50
6
200
0
0
TTTT
250
mA.V
0.5
2.5V-/
0
A-V-2
TTTTTTT
150
6
00
4
TTT
TT
2
mA.Y
×1k×100×10
×1
1.5
OFF
2
5
2.5
100
10
2
10
50+
-250
mA
500
2.51050
250500V


①H②
tth
A
I
R
I
I
I
1
1
I
3
504030
2015
10
L
1k500200100
/111人
100
1
25
50
20
10
0
200
p
1.5
250
mA.V
20
2.5Vw
A-V-0
15

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