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第十三讲 动态电路和故障电路的分析
【衔接导入】
　　少年朋友，如果有人说，他能知道你正在想什么，你信吗？很多人都会说不信。大物理学家爱因斯坦也这样认为。传说他曾经亲自测试过这种事。一个名叫沃夫·梅森的人，他说他有这种特异功能。一天，爱因斯坦正和一位学者谈话，梅森来了。见到梅森，爱因斯坦忽然想起一件事。不料，梅森立即转身到隔壁房间拿来一把剃须刀。爱因斯坦大笑起来，原来他刚才想的就是“刮胡子”。
　　这件事虽然只是传说，但是一些科学家确实在探索这个问题。不久前，在前苏联的一次机器人展览会上，一台“生物电操作器”吸引了很多人。把一只金属手镯套在人的手臂上，只要套手镯的人脑子里想着“握紧拳头”，远处的机械手便立即握紧；当想到“松开手”时，机械手的手指也马上松开了。这说明了什么呢？说明思想并不像人们过去认为的那样，是装在大脑里摸不着的东西，它是物质的，可以通过导线传导。
　　当一个人的大脑在想事的时候，就会有生物电活动，通过导线的传导，机械手上的接收装置把这些生物电流放大，形成了操作机器的命令，机械手就随着人的思维握紧或松开手指。
　　人的思想能通过导线指挥机器装置，那么，能不能不通过导线，而以电波的形式直接传给另一个人呢？1979年，美国两位博士宣布，他们用计算机已经能把人思维时的脑电波翻译成词，并已鉴别出27个词的脑电波图形。
　　他们像做电脑图那样，把脑电图机的电极连在被试验的人头上，然后，要求接受试验的人重复想某一个单词，比如：“杯子”。当想到“杯子”时，人的脑子里就会出现杯子这个词的意念，这种意念又会呈现一定的脑电波波型。这样计算机就能把这个词的脑电波波型记录下来。后来多次试验证明：不论是谁，只要是说出或默想起“杯子”这个单词，计算机的荧光屏上就会出现相同特征的波型。
　　这些研究告诉人们：思想也是一种电波。将来也许有一天，人们真的能够用特殊的接收机收到人脑电波，然后输入计算机翻译成词，这样，就能了解人在想什么了。少年朋友，你愿意为这一天早日到来而去努力奋斗吗？
【知识新授】
一.动态电路
1.电路动态问题：就是对一个通常含有电源、滑动变阻器、开关、电流和电压表等电器元件的电路，通过改变变阻器接入电路的阻值或开关的通断来改变电路的连接方式，进而改变电路中的总电阻、电流、电压的大小。
2.动态电路判断要点
（1）、弄清电路中各元件之间的关系：
具体来说，要弄清电阻之间是串联还是并联或两者皆有；所给的电表是测量干路的电流（或电压）还是支路中的电流（或电压）等。
（2）、两个总电阻的变化规律：
①并联电路中的总电阻比并联的每个电阻都小；
②在任何一个电路（无论该电路是串联还是并联或两者皆有）中，总电阻随电路中某一个电阻的增大而增大，随某一个电阻的减小而减小。
3.基本思想
明确电路中的变量和不变量，首先确定不变的物理量（如电源的电压、各定值电阻，小灯泡的电阻以及小灯泡的额定电压等），然后根据相关的规律去分析其它量的变化。
4.解题思路
总体遵循“先局部——再整体——再局部”的思路，具体说来：
①由某个电阻或开头的变化分析总电阻的变化（局部）；
②根据欧姆定律，由总电阻的变化分析总电流的变化（整体）；
③由总电流的变化，根据欧姆定律和电路和串、并联规律分析各支路的电压、电流的变化（局部）。
记忆方法
动态电路判断前，先看电路串并联，电流表来似导线，电压表来似断电；
串联电阻在上升，电流示数减小中，定值电压也减小，滑动电压在上升；
并联电阻在增大，电压示数不变化，滑动电流在减小，干路电流跟着跑，
定值电流不变化，反向思考靠大家。
二．电路的故障分析
1.常见电路故障现象
电路连接错误：
连接电路时开关没有断开；滑动变阻器没有处于阻值最大处。
电表连接错误：
(1)量程选择过大，指针偏转角度太小，测量误差较大；
(2)量程选择过小，损坏电表；
(3)正负接线柱接反，指针反向偏转；
(4)电流表并联入电路，引起短路；
(5)电压表串联入电路，引起断路，电压表示数接近电源电压；
(6)用电器短路：用电器不能工作，电路电流过大；
(7)用电器断路：电路中电流为0。
2.故障类型
①短路：电路被短路部分有电流通过（电流表有示数），
被短路两点之间没有电压（电压表无示数）。
②断路：电路断路部分没有电流通过（电流表无示数），
断路两点之间有电压，断路同侧导线两点无电压。
3.电路故障分析思路
①认真审题，判断电路各元件连接方式，明确电流表、电压表测量的元件，各开关控制的元件。
②根据故障现象分析有无电流，得出电路是短路还是断路。
③根据电表示数变化分析找出故障位置。
4.利用电流表、电压表判断电路故障
（1）电流表示数正常而电压表无示数
“电流表示数正常”表明电流表所在电路为通路，“电压表无示数”表明无电流通过电压表。
故障原因可能是：①电压表损坏； ②电压表接触不良； ③与电压表并联的用电器短路。
（2）电压表有示数而电流表无示数
“电压表有示数”表明电路中有电流通过，“电流表无示数”说明没有或几乎没有电流流过电流表。
故障原因可能是：①电流表短路； ②和电压表并联的用电器断路
（3）电流表电压表均无示数
“两表均无示数”表明无电流通过两表，除了两表同时短路外，可能是干路断路导致无电流。
5.其余判断故障方法
①用导线(或电流表)并接法来查找故障位置。当导线两端接在电路中某两点之间时，原来不能工作的用电器工作，说明导线并接两点之间的部分可能有断路。注意：不能并接在电源两端。
②用电压表并接在电路某两点时，电压表有示数，说明与电压表并接部分有可能断路。电压表无示数，表明与电压表并联部分以外断路。
③用小灯泡并接在电路某两点之间时，若小灯泡发光，表明与小灯泡并接的电路部分断路。
【例题分析】
例1.如图所示，电源电压不变，闭合开关后，下列关于电压表示数变化的说法正确的是（??? ）
A.?滑片P向右移动，V1表示数变大，V2表示数不变
B.?滑片P向右移动，V1表示数变小，V2表示数变大
C.?滑片P向左移动，V1表示数变小，V2表示数变大
D.?滑片P向左移动，V1表示数变大，V2表示数不变
例2.小明对中考体育测试使用的身高测量仪感兴趣，为了了解它的测量原理，他尝试设计了如图所示的四个电路，其中能够实现身高越高、电压表示数越大的电路是（??? ）
A.??????????B.??????????C.??????????D.?
例3.如图是酒精浓度检测仪的简化电路图，图中R0为定值电阻、R为酒精气体传感器，R的电阻值随酒精气体浓度的增大而减小，如果驾驶员对着酒精气体传感器呼出的酒精气体浓度越大，那么（??? ）
A.?A表示数越大，V表示数越小???????????????????????????????B.?A表示数越小，V表示数越大
C.?A表和V表示数均越小??????????????????????????????????????????D.?A表和V表示数均越大
例4.小明在医院看到一种输液报警器（如图甲），当管内药液流完时，电铃发声，报警器内部有一可变电阻，当输液管内有液体时，电阻大，无液体时，电阻小，电路如图乙所示，则当闭合开关报警器工作时，分析正确的是（ ???）
A.?输完药液时，电流表示数变小
B.?输完药液时，电压表示数变小
C.?输完药液时，电铃响的原因是其两端电压变大，电铃正常工作
D.?未输完药液时，电铃不响是因为没有电流通过
例5.汽车中有如图所示的电路，电路中上端带金属细杆的金属滑块M与两侧金属弹簧相连并接入电路中，M与弹簧套在光滑绝缘的水平细杆上，汽车静止时，M上的金属细杆与红、绿灯下端的触头都不接触，当汽车向前启动时（??? ）
A.?红、绿灯都亮????????????B.?红、绿灯都不亮????????????C.?红灯亮、绿灯不亮????????????D.?红灯不亮、绿灯亮
例6.（2019八上·柯桥月考）如图甲是小强同学在“探究通过导体的电流与电阻关系”的实验电路图，图乙是他依据测得的实验数据绘制的电流随电阻变化的图像。当电阻由10Ω更换为15Ω时，闭合开关后，为使电阻两端的电压________（填“改变”或“不变”），滑动变阻器的滑片应向________（填“左”或“右”）端滑动。
7.如图所示的电路中，电源电压恒定，R2=10Ω，开关S、S1都闭合时，电流表示数为0.4A；开关S闭合，开关S1断开时，电流表示数变为0.3A。则电源电压为________V，电阻R1的阻值为________Ω。
例8.（2019八上·余杭期末）LED（发光二极管的简称）是一种新型节能、环保的光源产品。如图甲是一种常见的LED手电筒，发光元件由4个发光二极管并联组成，每个发光二极管正常工作时的电流为0.03安，它的能量由可反复充电使用的电池提供，且LED灯发光的颜色会随电压的变化而变化，如下表所示。

LED两端电压/伏
2
2.4
3.2
LED灯的颜色
红
黄
蓝
请回答下列问题：
（1）这种LED手电筒正常工作时的总电流为________安。
（2）图乙是一个LED与60欧的定值电阻R串联，已知电源电压为3.5伏保持不变，闭合开关S，读数为0.025安。通过计算说明此时LED灯发出什么颜色的光？
例9.（2019八上·吴兴期末）如图所示是一种风速测定简易装置。其中风速表是由电流表（0--0.6A）改装而成,R为阻值为10Ω的定值电阻,R1为滑动变阻器（最大阻值为20Ω）,电源电压为9V，“T”型管道的竖直管内装有可上下自由移动的轻质活塞,活塞通过轻质细杆和滑动变阻器的滑片相连(活塞与管道壁接触紧密),活塞运动时, 细杆可带动滑动变阻器滑片移动。

（1）结合已有的知识，说明这个风速测定仪的原理。
（2）根据该仪器测得的风速和滑动变阻器R1接入电路中的阻值之间的关系如图所示。
风速km/h
0
5
10
15
20
25
30
接入电路的R1/Ω
20
16
12
8
5
2
0
实验中，我们把风速为0km/h时，风速仪对应的电流值标为零刻度；把风速最大时，风速仪对应的电流值标为最大风速。请计算风速仪零刻度和最大风速所对应的电流值；
（3）通过以上分析，请你说出该风速仪存在的不足之处________。
例10.（2018八下·台州开学考）为了研究小灯泡电流与电压的关系，小明选择额定电压为2.5伏的小灯泡、电压为4伏的电源以及其它相关器材按图甲连接电路，进行实验。
（1）在实验过程中，小明将滑动变阻器的滑片从A端开始移动，直到灯泡正常发光，在此过程中测得小灯泡电流和电压的几组数据，并正确画出曲线a，如图乙所示。该实验中小明选择的滑动变阻器可能是??? ?????。

A.滑动变阻器R1（20欧，3安）? ?????
B.滑动变阻器R2（50欧，2安）
C.滑动变阻器R3（2000欧，0.25安）
（2）小明在图乙中还画出了本实验中滑动变阻器的电流随电压变化的曲线b，老师据图指出该曲线是错误的，其理由是________。
【巩固练习】
1.如图电路的滑动触片P原来在中点，当移动P时，电流表读数变化情况是（ ??）

A.?无论滑动触片P向上或向下移动，电流表读数都减小
B.?无论滑动触片P向上还是向下移动，电流表读数都增大
C.?滑动触片P向上移动时电流表读数增大
D.?滑动触片P向下移动时电流表读数增大
2. 如图电路中，电源电压保持不变，当开关S闭合，滑动变阻器的滑片P向右移动时，电流表和电压表的示数变化情况分别为（??? ）
A.?电流表的示数变小，电压表的示数变大???????????????B.?电流表的示数变大，电压表的示数不变
C.?电流表的示数变小，电压表的示数不变???????????????D.?电流表的示数变小，电压表的示数变小
3.酒精测试仪可检测驾驶员是否酒后驾车，如图是它的电路图。图中酒精气体传感器的电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，如果测量到酒精气体浓度越大，那么（ ??）

A.?传感器的电阻越大??????????????????????????????????????????????B.?通过传感器的电流越小
C.?传感器两端的电压越大???????????????????????????????????????D.?电压表的示数越大
4. 如图所示是一种自动测定油箱内油量多少的装置。R是滑动变阻器，它的金属滑片连在杠杆的一端。从油量表（由电流表改装而成）指针所指的刻度，就可以知道油箱内油量的多少。下列说法正确的是（ ??）

A.?油量增加，R增大，油量表指针偏转变小?????????????B.?油量增加，R减小，油量表指针偏转变大
C.?油量减少，R增大，油量表指针偏转变大?????????????D.?油量减少，R减小，油量表指针偏转变小
5. 小明同学做电学实验，通过改变滑动变阻器R3电阻的大小，依次记录的电压表和电流表的读数如下表示，分析表格中实验数据。可推断小明实验时所用的电路可能是图A、B、C、D中的哪一个（?? ）
电压表读数U/V
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
1.10
电流表读数I/A
0.18
0.21
0.24
0.27
0.30
0.33
A.?????????????????????????????????????????????B.???
C.????????????????????????????????????????????D.?
6. 在昼夜明灯的地下停车场，驾驶员根据车位入口上方的红绿灯入停。如图是小吴设计的自动控制电路，将光控开关（遮光时开关闭合）装在每个车位地面中央，红绿灯装在车位入口上方。当车位未停车时绿灯亮；当车位已停车时红灯亮，则图中 L1、L2(??? )

A.?都是红灯??????????????????B.?都是绿灯??????????????????C.?分别是绿灯、红灯??????????????????D.?分别是红灯、绿灯
7. 为了测定风速的大小，小明设计了四种装置，如图所示。图中探头、金属杆和滑动变阻器的滑片P相连，可上下移动。现要求：当风吹过探头时，滑动变阻器R2的滑片P向上移动，且风速增大时电压表的示数增大。以下四个图中符合要求的是( ???）
A.?????????????????????????????????????B.?
C.?????????????????????????????????????D.?
8. 请根据下表给出的多组电压表和电流表的数据分析判断，该电路可能是（ ???）
U/伏
1.0
1.5
2.0
2.2
2.5
2.7
I/安
0.20
0.30
0.40
0.44
0.50
0.54
A.????????????????????????????????????????????B.?
C.???????????????????????????????????????????D.?
9. 如图，电源电压不变，R0为定值电阻，闭合开关S，向左移动滑片P的过程中(?? )
?
A.?电压表示数变大，电流表示数变小??????????????????????B.?电压表示数变小，电流表示数变大
C.?电压表示数变大，电流表示数变大??????????????????????D.?电压表示数不变，电流表示数变小
10. 电源电压保持不变。闭合开关S，电路正常工作。一段时间后，电压表的示数突然变大，若电路中只有一处故障，且只发生在电阻R1或R2处，则下列排查故障实验正确的是(?? )
?
A.?如果将电流表并联在R1两端，可能会导致电源短路
B.?如果将电流表并联在R2两端，电流表一定有示数
C.?如果将电流表串联在电路中，电流表一定有示数
D.?如果将图中电压表换成一小灯泡，灯泡发光，则故障一定在R1处
11. 如图，L1电阻为5?，L2电阻为10?，电源电压为6V，则下列说法中正确的是(?? )
?
A.?开关S闭合时，电压表示数为6V??????????????????????????B.?开关S闭合时，电压表示数为2V
C.?开关S断开时，电压表示数为6V??????????????????????????D.?开关S断开时，电压表示数为2V
12. 如图所示电路，下列有关说法正确的是（　）
A.?断开S，通过L1的电流比L2大??????????????????????????????B.?断开S，通过L1与L2的电流一样大
C.?闭合S，L1和L2都会亮?????????????????????????????????????????D.?闭合S， L2会更亮
13. 某兴趣小组为了研究电子温控装置，将热敏电阻R1、定值电阻R2以及电压表和电流表连入如图所示电路，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。闭合开关后，当温度升高时，电压表和电流表的示数变化情况是(　 　)
A.?电流表和电压表示数均变小????????????????????????????????B.?电流表和电压表示数均变大
C.?电流表示数变小，电压表示数变大??????????????????????D.?电流表示数变大，电压表示数变小
14. 有一种半导体材料的电阻值随着温度的变化如下表所示：
t/℃
0
20
40
60
80
100
R/欧
500
380
300
250
220
200
用这种材料制成的热敏电阻与电压表等元件连成如图电路。电源电压为6伏，电压表量程为0～3伏，R0阻值为500欧。若把电压表的刻度盘改为指示水温的刻度盘，则下列说法正确的是（??? ）
A.?水温刻度均匀，环境温度越高，对应电压表读数越小、???????????B.?水温刻度不均匀，环境温度越高，对应电压表读数越大
C.?水温刻度盘上的100℃与电压表1伏对应??????????????D.?水温刻度盘的0℃与电压表3伏对应
15.（2020·金衢模拟）如图所示,电源电压为U且保持不变，R1的电阻为20Ω，变阻器的最大阻值为30Ω，两电压表规格完全相同。
（1）闭合S，将变阻器的滑片向右调至中点，在此过程中电压表V2的示数将________（选填“变大”“变小”或“不变”）。
（2）当变阻器的滑片位于中点一段时间后，现察到电压表V1的示数突然变大，若故障发生在电阻R1、R2中，且同时仅有一个出现故障，则故障原因是________。
16. 小金学习了“热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小”的性质后，设计了判断水温变化的装置。其工作原理如图所示，电源、热敏电阻、电磁铁、定值电阻 R0 由导线连接成一个串联电路，在线圈的上方固定一个弹簧测力计，其下端挂一铁块。实验时把热敏电阻放入盛水的烧杯中，水温的变化会引起弹簧测力计示数发生变化。如图所示为某次实验时弹簧测力计读数随时间变化图象，则t1到t2时间内水温________，t3到t4时间内电压表示数将________。
17.（2019八下·宁波期中）如图所示为一种人体秤的工作原理示意图，电源电压恒定不变，体重显示表是由电流表改装而成，定值电阻R0起保护电路作用，其电阻值为10Ω，在人体秤上不施加力时滑片P在电阻R的最上端，施加的力最大时滑片P移至电阻R的最下端，该人体秤测量范围0～100kg，电路中电流变化范围0.1～0.6A，则电源电压为________V，滑动变阻器的最大值为________Ω。
18.（2019八下·慈溪期中）在图所示电路中，电源电压保持不变，闭合开关S，当滑动变阻器的滑片P向右移动时，电压表V1的示数将________（选填“变小”、“不变”或“变大”）；电压表V1示数与电压表V2示数的差值跟电阻R1两端电压的比值________（选填“大于1”、“等于1”或“小于1”）。在滑片移动的过程中，观察到两表示数之差从6V变到9V，电流表的示数变化了0.3A，则电阻R1=________Ω。

19.如图所示的电路中，电源电压恒为30伏，电阻R1为15欧。同时闭合开关S1、S2时，电流表的示数为2.5安。求：
（1）通过电阻R1的电流；
（2）电阻R2的阻值。
20.（2018·台州模拟）小明想对小区路灯进行自动化管理，设计电路如图所示。其中光控开关的工作原理是：闭合开关S1 ， 当光照度降低时，光敏电阻R2的阻值增大，其两端电压也随之变大，当电压达到3V时，开关S2就自动连接ac，使路灯L点亮。反之，当光照度增强到一定值时，开关S2就会自动连接ab，使路灯L熄灭。
（1）路灯L标有“220V　40W”字样，则该路灯正常工作时通过的电流是 ________A。（结果精确到0.01）
光照度/lx
5
10
15
20
25
30
光敏电阻R2/Ω
60
30
20
15
12
10
（2）光敏电阻R2的阻值与光照度之间的关系如上表所示。控制电路的电源电压为4.5V，当光照度为15 lx时，光敏电阻R2两端的电压等于3V，请计算定值电阻R1的阻值。
（3）控制电路中的电池组在使用一段时间后电压会下降，需定期更换，否则会导致路灯比平常天色更暗些才能点亮。请说明理由。
21.（2020·浙江模拟）某实验小组利用如图所示电路探究“导体中电流和电压的关系”，提供的实验器材有：电源（6V）、电流表、电压表定值电阻（10Ω）、滑动变阻器（40Ω 0.5A）、开关和导线若干。

（1）请用笔画线代替导线，将图中实物电路连接完整；
（2）闭合开关前，应该将滑片 置于A端；小明同学进行了正确的实验操作，某次电流表的示数为0.2A，此时定值电阻消耗的功率为________W，变阻器接入电路的阻值为________Ω。
（3）同组的小红同学想要探究“导体中电流和电阻的关系”，她又找来了两个阻值分别为5Ω和20Ω的电阻，用图示电路，为完成三次实验，则定值电阻两端电压的最小预设值是________V。
22.（2020·温岭模拟）某同学利用5Ω、10Ω、20Ω三个电阻探究“电流与电阻的关系”，选择图甲实验。他认为更换不同电阻，其两端电压始终为电源电压。

【提出问题】结果发现：用20Ω的电阻进行实验时，电压表的读数为2.8V，更换为5Ω时，电压表的读数只有2.3V，为什么不相等？
【建立假设1】……
【实验操作1】用电压表分别接在每根导线的两端，测得各导线两端电压几乎为0。
【重建假设2】电流表分掉了那部分电压。
【实验操作2】将电压表接在电流表两端，测得电压0.1V。
【查阅资料】干电池的内部存在电阻，称为电池内阻。实际使用的干电池相当于是一个理想电源(输出电压不变)和一个电阻串联而成。如图： ，该电阻r的阻值就是干电池的内阻。
【实验操作3】该同学利用如图乙电路，改变滑动变阻器的阻值，获得三组数据如表所示。
电压表读数/V
电流表读数/A
1.08
0.34
1.4
0.1
1.48
0.04
回答下列问题：
（1）该同学用电压表分别接在每根导线的两端，这个操作基于的假设1是________。
（2）实验操作2能否说明假设2成立？并说明原因：________。
（3）这节干电池的内阻r为________Ω(保留一位小数)。
参考答案
例题分析
例1. D
例2. B
例3. D
例4. C
例5. D
例6. 不变；右
例7. 3；30
例8. （1）0.12A
（2）U定=IR定=0.025A×60Ω=1.5V
U灯=3.5V-1.5V=2V
∴LED发出的是红色光
例9. （1）当有风吹过时，活塞上表面空气流速变大，气压变小。活塞就会向上运动，带动滑动变阻器的滑片向上滑动，电阻变小，电流变大。风速越大，气压越小，电阻越小，电流就越大。
（2）变阻器与定值电阻R串联，
当风速为0时，变阻器的阻值为20Ω，
那么总电阻为：R总=R1+R=20Ω+10Ω=30Ω；
这时电流为：；
当风速最大时，变阻器的阻值为0，
那么这时的电流为：;
（3）测量的风速的范围太小
例10. （1）B
（2）小灯泡与滑动变阻器串联，两者电压之和应等于4V，而图中电流为0.2A时，电压之和大于4V，故曲线b是错误的

巩固练习
1. B
2. C
3. D
4. B
5. B
6. C
7. C
8. D
9.A
10.A
11.C
12. B
13. B
14. D
二、填空题
15. （1）变小
（2））R1断路或R2短路
16. 升高；变小
17. 6；50
18. 不变；等于1；10
三、解答题
19. （1）解：由电路图可知，同时闭合开关S1、S2时，R1与R2并联，电流表测干路电流。
因并联电路中各支路两端的电压相等，所以，通过电阻R1的电流：I1＝ ＝＝2安
（2）解：因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，所以，通过电阻R2的电流：I2＝I－I1＝2.5安－2安＝0.5安,则电阻R2的阻值：R2＝ ＝＝60欧
20. （1）0.18
（2）查表可知，当光照度为15勒克斯时，光敏电阻R2的阻值为20Ω，
电路电流为I＝＝0.15A。
定值电阻两端电压为U1＝U－U2＝4.5V－3V＝1.5V，定值电阻阻值为R1＝ 。
（3）因为电池电压下降会导致光敏电阻两端电压下降，串联电路中R1阻值不变，要使光敏电阻R2两端电压达到3V，光敏电阻R2的阻值必须增大，所以要在光照度更小时才能实现。

四、实验探究题
21. （1）
（2）0.4；20
（3）2
22. （1）可能是导线分掉那部分电压
（2）不能；因为2.8V>2.3V+0.1V（3）1.3

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