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文档简介
第八章恒定电流
第1讲也路的基本概念和规律
I知识椅理•双基过关紧抓教材自主落实
知识排查
知识点_欧姆定律
1.电流
(1)形成的条件:导体中有自由电荷;导体两端存在电压。
(2)标矢性:电流是标量,规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。
(3)三个表达式:①定义式:/=:;②决定式:1=*③微观表达式/="S
2.欧姆定律
⑴内容:导体中的电流/跟导体两端的电压U成正比,跟导体的电阻叶成反比。
(2)公式:/=£。
⑶适用条件:适用于金属和电解质溶液,适用于纯电阻电路。
知识点二电阻定律
1.电阻定律
(1)内容:同种材料的导体,其电阻跟它的长度成正比,与它的横截面积成反比,
导体的电阻还与构成它的材料有关。
(2)表达式:R=A
2.电阻率
(1)计算式:〃=虏。
(2)物理意义:反映导体的导电性能,是导体材料本身的属性。
(3)电阻率与温度的关系
金属的电阻率随温度升高而增大,半导体的电阻率随温度升高而遮小。
知识点三电阻的串联、并联
串联电路并联电路
&&R,
电路图-1___-
居电压u=______________u=______________
本电流1=_______________1=_______________
J_
特总电阻R&==
R总
点功率分配
知识点四电功率、焦耳定律
1.电功
(1)定义:O
(2)公式:o
(3)电流做功的实质:c
2.电功率
(1)定义:。
(2)公式:<,
3.焦耳定律
(1)电热:o
(2)计算式:o
4.热功率
(1)定义:O
(2)表达式:o
小题速练
1.思考判断
(1)电流是矢量,其方向为正电荷定向移动的方向。()
(2)由可知,导体的电阻与导体两端的电压成正比,与流过导体的电流成反
比。()
(3)由/=/知,导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。
)
(4)金属的电阻率由导体本身的性质决定,与温度有关。()
(5)公式W=UIt适用于任何电路中求电功,Q=l2Rt适用于任何电路求电热。
()
2.[人教选修3—IR3T3改编1安培提出了著名的分子电流假说,根据这一假说,
电子绕核运动可等效为一环形电流。设电荷量为6的电子以速率。绕原子核沿顺
时针方向做半径为r的匀速圆周运
动,关于该环形电流的说法正确的是()
A.电流大小为/,电流方向为顺时针
Zur
B.电流大小为7,电流方向为顺时针
C.电流大小为券,电流方向为逆时针
D.电流大小为岸电流方向为逆时针
3.(2019.浙江模拟)欧姆不仅发现了欧姆定律,还研究了电阻定律,有一个长方
体的金属电阻,材料分布均匀,边长分别为〃、氏c,且电流沿以下方
向流过该金属电阻,其中电阻值最小的是()
4.(多选)一台电动机的线圈电阻与一只电炉的电阻相同,当二者通过相同的电
流且均正常工作时,在相同的时间内()
A.电炉放出的热量与电动机放出的热量相等
B.电炉两端电压小于电动机两端电压
C.电炉两端电压等于电动机两端电压
D.电动机消耗的功率大于电炉消耗的功率
噂堂互动・研透考点不同考点不同讲法
考点n电流的理解及计算
三个电流表达式的比较
适用
公式字母含义公式含义
\范围
定/反映了/的大小,但
一切(7为时间f内通过导体横
义T
电路截面的电荷量不能说/8q,/oc:
式
〃:导体单位体积内的自
由电荷数
微
一切/每个自由电荷的电荷从微观上看〃、q、S、
观I=nqSv
电路量V决定了I的大小
式
5:导体横截面积
V:电荷定向移动速率
决
金属、U:导体两端的电压/由U、R决定,I^U
定1R
电解液R:导体本身的电阻1R
式
【例1】如图1所示,一根长为L,横截面积为S的金属棒,其材料的电阻率
为P,棒内单位体积自由电子数为〃,电子的质量为用,电荷量为6。在棒两端
加上恒定的电压时,棒内产生电流,自由电子定向运动的平均速率为。,则金属
棒内的电场强度大小为()
t__iz
+©~~UUO
图1
fnv2mirSnpev
A•五ZB—C.pnevD4
解析欧姆定律/=*电流的微观表达式/=〃断,电阻定律R=p(则金属棒
内场强大小为E=7=7=p〃%,故选项C正确。
答案C
I多维训练精选练透
1.如图2所示,一根截面积为S的均匀长直橡胶棒上均匀带有负电荷,每米电
荷量为力当此棒沿轴线方向做速度为。的匀速直线运动时,由于棒运动而形成
的等效电流大小为()
.V
MooeoooeA
V7QeOQ0Q0j
图2
A.vqB.gC.qvSD.华
uo
答案A
2.如图3所示,电解池内有一价离子的电解液,在时间,内通过溶液截面S的
正离子数为小,负离于数为H2o设元电荷电荷量为e,则以下说法正确的是
()
S;'
_r_—."H'__
二二二二二二二二
图3
A.溶液内电流方向从A到B,电流大小为华
B.溶液内电流方向从B到A,电流大小为华
C.溶液内正、负离子反方向移动,产生的电流相互抵消
D.溶液内电流方向从A到b电流大小为°
I
解析电解液中通过一截面的电荷量应为n\e+me,则电流为/=/=
“"产;电流方向为正电荷定向移动方向,为A-B,选项D正确。
答案D
考点2电阻、电阻定律的理解与应用
1.电阻与电阻率的关系
2.电阻的决定式和定义式
(1)电阻的决定式R=3指明了电阻的决定因素,适用于粗细均匀的金属导体和浓
度均匀的电解液。
⑵电阻的定义式R=彳提供了一种测量电阻的方法,并不说明电阻与U和/有关,
适用于任何纯电阻电路。
[例2]有一长方形导体,长〃、宽仄高〃之比为6:3:2,它的六个面的中
心各焊接一根电阻不计的导线,如图4所示,分别将44、BB,、CC接在同一恒
压电源上时,导体中电荷定向移动的速度分别为&1、。2、03,则Vl:V2:03为()
图4
A.6:3:2B.1:1:1C.2:3:6D,1:2:3
解析根提R=(,1=",1=nSqu,可得。=9左,即
所以0:s:5=1:2:3,选项D正确。
答案D
方法技巧|
某一导体的形状改变后,讨论其电阻变化应抓住以下三点:
(1)导体的电阻率不变;
(2)导体的体积不变,由V=/S可知/与S成反比;
(3)在〃、I、S都确定之后,应用电阻定律R=p(求解。
I多维训练精选练透
1.有j、n两根不同材料的电阻丝,长度之比为A:b=\:5,横截面积之比为
Si:S2=2:3,电阻之比为Ri:Ri=2:5,外加电压之比为U\:5=1:2,则
它们的电阻率之比为()
A.2:3B.4:3C.3:4D.8:3
解析由R=pg得p=卑',p\•P2=R;];/:=4:3,选项B正确。
答案B
2.两根完全相同的金属裸导线,如果把其中的一根均匀拉长到原来的2倍,把
另一根对折后绞合起来,然后给它们分别加上相同电压后,则在相同时间内通过
它们的电荷量之比为()
A.1:4B.1:8C.1:16D.16:1
解析本题应根据电隹定律/?='、欧姆定律/=米和电流定义式/=:求解。对
于第一根导线,均匀拉长到原来的2倍后,则其横截面积必然变为原来的由
电阻定律可得其电阻变为原来的4倍,第二根导线对折后,长度变为原来的*
横截面积变为原来的2倍,故其电阻变为原来的;。给上述变化后的裸导线加上
4
相同的电压,由欧姆定律得:h=念/2--4GR,由/=:可知,在相同时间内,
4/\
电荷量之比q\:q?=h*h=}:16。
答案C
考点H欧姆定律与伏安特性曲线
1./="与"彳的区别
(1)/=/表示通过导体的电流/与电压U成正比,与电阻R成反比。
(2次=多表明了一种测量电阻的方法,不能错误地认为“电阻跟电压成正比,跟
电流成反比”。
2.伏安特性曲线
(1)定义:用纵坐标表示电流/、横坐标表示电压U,画出的/—U图象。
(2)应用
①伏安特性曲线上每一点的纵、横坐标对应此时的电流值、电压值。
②/—u图象中图线上某点与。点连线的斜率表示电阻的倒数,斜率越大,电阻
越小。
③/—U图象中图线上某点到/轴、U轴的垂线与坐标轴所围的面积对应此时的
电功率。
(3)两类图线(如图5所示)
图5
①线性元件的伏安特性曲线(图甲中。、份是过原点的直线,表明它的电阻是不变
的。
②非线性元件的伏安特性曲线(图乙中c、")是曲线,表明它的电阻是变化的。
【例3】(多选)我国已经于2012年10月1日起禁止销售100W及以上的白炽
灯:以后将逐步淘汰白炽灯。假设某同学研究白炽灯得到某白炽灯的伏安特性曲
线如图6所示。图象上A点与原点的连线与横轴成a角,A点的切线与横轴成夕
角,则()
图6
A.白炽灯的电阻随电压的增大而减小
B.在A点,白炽灯的电阻可表示为tan//
C.在A点,白炽灯的电功率可表示为Uo/o
D.在A点,白炽灯的电阻可表示为称
解析白炽灯的电阻随电压的增大而增大,选项A错误;在A点,白炽灯的电
阻可表示为个,不能表示为tan夕或tana,故选项B错误,D正确;在4点,白
炽灯的功率可表示为U%,选项C正确。
答案CD
I多维训练精选练透
1.(多选汝I图7所示,图线〃表示的导体的电阻为幻,图线表示的导体的电
阻为此,则下列说法正确的是()
,I,
0123u
图7
A.Ri:R2=\:3
B.把品拉长到原来的3倍长后电阻等于心
C.将Ri与R2串联后接于电源上,则功率之比Pi:P2=\:3
D.将凡与R2并联后接于电源上,则电流之比力:/2=1:3
解析根据/一。图象知,图线的斜率表示电阻的倒数,所以R:&=1:3,A
项正确;根据公式R=。*可得,把Ri拉长到原来的3倍长后,横截面积减小为
原来的/所以电阻变为原来的9倍,B项错误;串联电路电流相等,将肥与
R2串联后接于电源上,电流比71:;2=1:1,根据公式P=I2R可得,功率之比
Pi:P2=l:3,C项正确;并联电路电压相等,电流比等于电阻之反比,将R
与R2并联后
接于电源上,电压相等,电阻R1:R2=l:3,所以电流比人:,2=3:1,D项错
误。
答案AC
2.(多选)在如图8甲所示的电路中,LHL2和L3为三个相同规格的小灯泡,这
种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示,当开关S闭合后,电路中的总电流为().25
A,则此时()
图8
A.Li的电阻为12Q
B.Li的电压为L2电压的2倍
C.Li消耗的电功率为0.75W
D.Li.L2消耗的电功率的比值等于4:1
解析电路中的总电流为0.25A,Li中电流为0.25A,由小灯泡的伏安特性曲线
可知电压为3.0V,Li消耗的电功率为P=U/=().75W,故选项C正确;根据并
联电路规律,中电流为0.125A,由小灯泡的伏安特性曲线可知电压大约为0.3
V,L的电压大约为L2电压的10倍,故选项B错误;L的电阻为/?=与=部Q
=12。,故选项A正确;L2消耗的电功率为P=U/=03X0.125W=0.0375W,
Li、L2消耗的电功率的比值大于4:1,故选项D错误。
答案AC
考点电阻的串、并联及电表的改装
I.电阻的串、并联
(1)串联电路
串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的电阻。若〃个相同的电阻串联,总电
阻火总=〃心
(2)并联电路
①并联电路的总电阻小于其中任一支路的电阻,且小于其中最小的电阻。
②〃个相同的电阻并联,总电阻等于其中一个电阻的5即R总=*
③两个电阻并联时的总电阻氏=科整,当其中任一个增大或减小时总电阻也随
R1+R2
之增大或减小。由此知:多个电阻并联时,其中任一个电阻增大或减小,总电阻
也随之增大或减小。
(3)无论是串联电路,还是并联电路,或者是混联电路,其中任何一个电阻增大(或
减小),总电阻就增大(或减小)。
2.电表的改装
改装成电压表改装成电流表
;&R:
a——•
1/+URT,国;
内部电路..…0.…
°-:—©—
u—H
改装后R+&
U=/g(R+Rg)—Rk
的量程
量程扩大UJ
n=
的倍数〃一Ugk
U
接入电阻y=
R_IgRg_R&
-
/-/g77-l
的阻值(〃一1)%
改装后的
DRRg_&
R=Rg+R=〃Rg&-R+Rg_n
总电阻
【例4】(20国河北衡水中学)如图9所示的电路中,电阻舟、/?2、R3的阻值均
为2。。电流表内阻不计,在6、C两点间加上6V的电压时,电流表的示数为()
A.0B.1AC.1.5AD.2A
解析电流表内阻不计,则4、C两点相当于用导线连在一起,当在B、C两点
间加上6V的电压时,R2与R3并联,然后与Ri串联,电流表测量的是通过电阻
R2的电流。等效电路图如图所示。
电路中的总电阻RkRi+pR=3Q,
A2II/<3
干路中的电流为/总=争=?A=2A,
K总J
由于R2与R3相等,所以电流表的示数为1A,B正确。
答案B
[多维训练精选练透
L(多选)电阻吊、R2、R3串联在电路中。已知吊=10Q、R3=5C,R两端的
电压为6V,型两端的电压为12V,则()
A.电路中的电流为0.6A
B.电阻&的阻值为20。
C.三只电阻两端的总电压为2()V
D.电阻R3两端的电压为4V
答案AB
2.(多选)(2018・山西孝义期末)如图10所示,甲、乙两电路都是由一个灵敏电流
表G和一个变阻器R组成的,下列说法正确的是()
G
e
R
甲
图1()
A.甲表是电流表,R增大时量程增大
B.甲表是电流表,R噌大时量程减小
C.乙表是电压表,R噌大时量程增大
D.乙表是电压表,R增大时量程减小
解析由电表的改装原理可知,电流表应是G与A并联,改装后加在G两端的
最大电压5=/gRg不变,所以并联电阻R越大,越小,即量程越小,A
错误,B正确;电压表应是G与R串联,改装后量程U=/gRg+/gR,可知R越
大,量程越大,C正确,D错误。
答案BC
考点电功、电热、电功率和热功率
1.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较
纯电阻电路非纯电阻电路
白炽灯、电炉、电饭锅、电热毯、
工作中的电动机、电解槽、日光
实例电熨斗及转子被卡住的电动机
灯等
等
电路中消耗的电能除转化为内
能量电路中消耗的电能全部转化为
能外,还转化为其他形式的能
转化内能W=Q
W>Q
电功的
W-UIt-PRt-^tW=Uh
计算K
电热的
U
Q-UIt-fRt-RtQ=I2Rt
计算
2.非纯电阻电路的分析思路:处理非纯电阻电路问题时,要善于从能量转化的角
度出发,围绕能量守恒定律,利用“电功=电热+其他能量”分析、求解。
【例5)(多选)下表列出了某品牌电动自行车及所用电动机的主要技术参数,
不计其自身机械损耗。若该车在额定状态下以最大运行速度行驶,则()
自重40kg额定电压48V
载重75kg额定电流12A
最大行驶速度20km/h额定输出功率350W
A.电动机的输入功率为576W
B.电动机的内电阻为4Q
C.该车获得的牵引力为104N
D.该车受到的阻力为63N
解析由于U=48V,/=12A,则P=/。=576\¥,故选项A正确;因「入=。出
+「厂,厂='7=576]旨50c=1.57C,故选项B错误;由。出=凡=9,F
=/y=63N,故选项C错误,D正确。
答案AD
I多维训练精选练透
1.如图11所示是小王老师的电动车,它使用“48V0.5kW”电机,由4个“12
V20A・h”的电池串联起来供电,车上前大灯的灯泡规格是“48V20W”,
尾灯和4个转向灯的灯泡都是“48V1()W"。小王老师晚值班后,骑上该车
并开启前大灯和尾灯,以最大速度匀速骑行20分钟回到家。在此过程中,电动
车消耗的电能至少是(
图11
A.6.36X105JB.6.84X1()5J
C.3.6X104.1D.8.4X1041
解析E,=O,5X1O3WX2OX6OS4-(2O+1O)WX20X60s=6.36X105Jo
答案A
2.如图12所示为某家庭使用的智能电饭锅的铭牌。假定该家庭用此电饭锅每天
煮饭两次,每次在额定功率下工作30分钟,电价1kW.h为0.54元。则该电饭
锅()
(3Aidea热效率值(%)79
全智能电饭煲
待机能耗(W11.5
货号:FSU)6c
书^:MB-FSMKC>..->/ini保温能耗(W)30
版定电玉:22OV〜5011/熊定功率:,xx>w
全国股务热线:串K7即卜<)316内锅材所:(金属或作金强)金属
图12
A.工作时的额定电流为0.41A
B.保温时的电流为0.2A
C.每次煮饭需消耗电能4.5kW.h
D.一年因煮饭而产生的电费约为177元
解析由题中所给信息知:额定电流/=与=翳A=4.1A,选项A错误;保温
D'7()
时电流r=S=瑞A=0.14A,选项B错误;每次煮饭消耗电能E|=9()()X1()、
kWX1h=0.45kWh,选项C错误;一年因煮饭而产生的电费
0.45X2X365X0.54元=177.39元,选项D正确。
答案D
课时作业
(时间:35分钟)
基础巩固练
1.如图1所示为一磁流体发电机示意图,A、B是平行正对的金属板,等离子体
(电离的气体,由自由电子和阳离子构成,整体呈电中性)从左侧进入,在,时间
内有〃个自由电子落在B板上,则关于R中的电流大小及方向判断正确的是
()
图1
A./=y,从上向下B./=半,从上向下
C./=半从卜,向上D.氏,从卜.向上
解析由于自由电子落在B板上,阳离子落在A板上,因此R中的电流方向为
自上而下,电流大小/4=竿A正确。
答案A
2.(多选)下列说法正确的是()
A.根据/?=,可知,加在电阻两端的电压变为原来的2倍时,导体的电阻也变
为原来的2倍
B.不考虑温度对阻值的影响,通过导体的电流及加在两端的电压改变时导体的
电阻不变
C.根据〃=#可知,导体的电阻率与导体的电阻和横截面积的乘积RS成正比,
与导体的长度/成反比
D.导体的电阻率与导体的长度/、横截面积S、导体的电阻R皆无关
答案BD
3.如图2所示,〃、尻c为不同材料做成的电阻,人与。的长度相等,人的横截
面积是。的两倍;。与。的横截面积相等,c的长度是。的两倍。当开关闭合后,
三个理想电压表的示数关系是S:S:5=1:1:2。关于这三种材料的电阻率
pa、0b、pc,下列说法正确的是()
abc
图2
A.p.是ph的2倍B.pa是Pc的2倍
C.必是打的2倍D.必是外的2倍
解析设。的长度为L,横截面积为S,因为/?=y,而R=p(a、b串联,所
LL
以&-u?一'即L—,即P"-2p”;同理七一s—2,所以2L一2‘故P"一Pc,
pb2Sp<rS
由上述可知必=2"c,选项C正确。
答案C
4.如图3所示,其中电流表A的量程为0.6A,表盘均匀划分为3()个小格,每
一小格表示0.02A;Ri的阻值等于电流表内阻的最R2的阻值等于电流表内阻的
2倍。若用电流表A的表盘刻度表示流过接线柱1的电流值,则下列分析正确的
是()
图3
A.将接线柱1、2接入电路时,每一小格表示0.04A
B.将接线柱1、2接入电路时,每一小格表示0.02A
C.将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.06A
D.将接线柱1、3接入电路时,每一小格表示0.01A
解析当接线柱1、2接入电路时,Ri与电流表并联,由于/?i=y,可知流过
凡的电流为流过电流表电流的2倍,所以1、2接线柱间的电流为通过电流表电
流的3倍,所以每一小格是原来的3倍,即为0.06A,所以A、B错误;当接线
柱1、3接入电路时,电流表与Ri并联,然后再与R2串联,串联电阻对电流无
影响,与1、2接入电路的效果一样,所以每一小格表示().06A,C正确,D错
误。
答案C
5.如图4所示,厚度均匀的矩形金属薄片边长滴=10cm,bc=5cmo当将A
与8接入电压为U的电路中时,电流为1A;若将C与/)接入同一电路中,则
电流为()
,尸
Ao——oB
.I
图4
A.4AB.2A
C」AD.TA
解析设沿4、8方向的横截面积为S,沿C、。方向的横截面积为S2,则卷=
A、3接入电路中时的电阻为Ri,C、。接入电路中时的电阻为R2,则有宗=
lab
~T~=z~\o两种情况下电压相等,电流之比为,2=4/I=4A。故A正确。
IbcI12K\4
仁
答案A
6.如图5所示,两个截面不同、长度相等的均匀铜棒接在电路中,两端电压为
U,则()
图5
A.通过两棒的电流不相等
B.两棒的自由电子定向移动的平均速率相同
C.两棒内的电场强度不同,细棒内场强Ei小于粗棒内场强E2
D.细棒的电压Ui大于粗棒的电压伪
解析由于两棒串联,所以电流相等,A错误;由可知,两棒电流相等,
而两棒横截面积不同,两棒的自由电子定向移动的平均速率不同,B错误;由R
=p(可知,细棒的电阻大,由串联分压原理可知细棒的电压Ui大于粗棒的电压
lh,又由E=号可知细棒内场强£大于粗棒内场强及,所以C错误,D正确。
答案D
7.(2019•浙江湖州等三地联考)如图6所示,电动机与小灯泡串联接入电路,电
动机正常工作。此时流过小灯泡的电流为小它两端的电压为Ui,电阻为RI,
消耗的功率为流过电动机的电流为〃,它两端的电压为S,电动机内阻为
R2,消耗的功率为巴。则下列等式正确的是()
—®----0----
图6
Ap?-R】Bh~U2CpTuz0.尸2-&
解析串联电路中力=〃,由于电动机不是纯电阻元件,欧姆定律不再适用,所
以彩W1,印与售系不确定,故A、B错误;日尸="可知C正确;由于Pi
L/2K?U212
=1泳1,但尸2工/泳2,故D错误。
答案C
8.(多选)R和R2是材料相同、厚度相同、上下表面都为正方形的导体,但Ri
的尺寸比R2大得多,把它们分别连接在如图7明示电路的A、B两端,接Ri时
电压表的读数为接R2时电压表的读数为S,则下列判断正确的是()
d匚B
图7
A.R\=R2B.R\>R2C.U\<lhD.U\=lh
解析电流从导体的横截面流过,由电阻定律可见电阻与边长
。无关,选项A正确;因外电阻相同,故路端电压相等,选项D正确。
答案AD
9.(多选)如图8所示是电阻R的/—U图象,图中a=45。,由此得出()
图8
A.通过电阻的电流与两端电压成正比
B.电阻R=0.5Q
C.因/一U图象的斜率表示电阻的倒数,故R=S=1.0C
idncz
D.在R两端加上6.0V的电压时,每秒通过电阻横截面的电荷量是3.0C
解析由欧姆定律可知通过该定值电阻的电流与电压成正比,选项A正确;电
阻/?=彳=学Q=2C,选项B错误;由于/—U图线中纵横坐标单位长度表示数
值不同,所以人烹,选项C错误;在R两端加上6.0V电压时,1=窄=3
IdllO.A
每秒通过导体横截面的电荷量q=〃=3.0(2,选项D正确。
答案AD
10.(多选)某一热敏电阻其阻值随温度的升高而减小。在一次实验中,将该热敏
电阻与一小灯泡串联,通电后其电流/随所加电区U变化的图线如图9所示,M
为两元件的伏安特性曲线的交点。关于热敏电阻和小灯泡,下列说法中正确的是
()
图9
A.图中图线〃是小灯泡的伏安特性曲线,图线人是热敏电阻的伏安特性曲线
B.图中图线〃是小灯泡的伏安特性曲线,图线〃是热敏电阻的伏安特性曲线
C.图线中的"点,表示该状态小灯泡的电阻大于热敏电阻的阻值
D.图线中M点对应的状态,小灯泡的功率与热敏电阻的功率相等
解析小灯泡灯丝温度会随着通电电流增大而升高,阻值也随着增大,所以图中
b是小灯泡的伏安特性曲线,则图线。是热敏电阻的伏安特性曲线,A错误,B
正确;两图线的交点M,表示此状态两元件不仅电流相同,电压也相同,所以此
时两者阻值相同,功率也相同,C错误,D正确°
答案BD
综合提能练
11.
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