第18章 电功率 课时练习 -2025-2026学年物理人教版九年级全一册
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内容正文:
第1节 电能 电功
课后·知能演练
一、基础巩固
1.下列电器设备在工作时,主要将电能转化为机械能的是( )
A.电风扇 B.电饭锅 C.电灯 D.电水壶
2.电动自行车已成为人们日常出行的重要交通工具之一,为保障安全,很多小区都专门设置了电动自行车充电棚。给电动自行车充电,计算它充满电后储存电能的公式是( )
A.W=UIt B.W=I2Rt C.W=t D.W=Fs
3.下图是小明家月初、月末的电能表表盘面板,下列说法错误的是( )
A.电能表是测量电功的仪表
B.小明家本月用了50.2 kW·h的电能
C.1 600 imp/(kW·h)表示每消耗1 kW·h电,指示灯闪1 600下
D.指示灯闪得越快,电路消耗的电能越多
4.某品牌电动汽车的电池容量为130 A·h,额定电压为400 V,充电时它将电能转化为 能存储起来,充满电后它存储了__________ kW·h的能量。
5.如图所示,电源电压恒定不变,其中一个定值电阻的阻值R1为10 Ω。闭合开关,电流表A的示数为0.5 A,A1的示数为0.3 A,则电源电压为 V,阻值为R2的定值电阻在1 min内消耗的电能为__________ J。
二、素养提升
6.小华家电茶炉的加热电阻为60.5 Ω,家用电能表的信息如图所示,只将电茶炉接入220 V的家庭电路中正常工作10 min,电能表指示灯应闪烁__________次;此次工作刚好将电茶炉内1 kg的水从20 ℃加热至100 ℃,水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),则水吸收的热量为__________ J,电茶炉烧水的效率为__________。
7.(2024·四川凉山州中考)小灯泡L和阻值为R的定值电阻接在如图甲所示的电路中,两者的I-U关系图像如图乙所示,则图像 (选填“A”或“B”)是小灯泡的I-U关系图像,图像B所代表元件的阻值为 Ω。当电压表示数为8 V时,小灯泡L和定值电阻在10 s内消耗的总电能为 J。
三、拓展探究
8.电流做的功跟电压、电流和通电时间三个因素都有关。小明想通过实验验证电功跟电压的关系,选用的器材如图所示。其中甲、乙两玻璃瓶内装有初始温度相同、等质量的煤油,两电阻丝阻值不同(R1>R2)。
(1)将两根电阻丝串联后接入电路中,可控制__________和____________________相等。
(2)通电一段时间后,通过观察____________________ 来比较电流做功的多少。
(3)通过实验发现:在相同时间内,电流通过阻值为__________(选填“R1”或“R2”)的电阻丝做的功多。
(4)若阻值为R1的电阻丝两端的电压为3 V,电路中的电流为0.4 A,则10 s内电流通过它做的功为__________ J。
参考答案
1.A 解析:电风扇通电转动时,主要将电能转化为机械能;电饭锅和电水壶通电后对食物或水加热,将电能转化为内能;电灯通电后发热发光,将电能转化为内能和光能;综上分析,A符合题意。
2.A 解析:给电动自行车充电,计算它充满电后储存电能的公式是W=UIt=UQ,即等于电池上标有的电压U与电池的容量Q之积,W=Fs是计算机械功的公式,W=I2Rt和W=t只适用于纯电阻电路,A符合题意。
3.D 解析:电能表是测量某段时间内消耗电能的仪表,又因为电流做了多少功,就消耗多少电能,所以说电能表是测量电功的仪表,A正确。在本月起始和结束时电能表表盘面板上的示数分别为675.2 kW·h、725.4 kW·h,则这段时间内消耗的电能W=W结束-W起始=725.4 kW·h-675.2 kW·h=50.2 kW·h,B正确。“1 600 imp/(kW·h)”表示接在这个电能表上的用电器,每消耗1 kW·h的电能,指示灯闪1 600次,C正确。电能表上指示灯闪烁得越快,说明电路中电能消耗得越快,D错误。
4.化学 52
解析:电动汽车充电时,将电能转化为蓄电池中的化学能;充满电后存储的能量为W=UIt=400 V×130 A×3 600 s=1.872×108 J= kW·h=52 kW·h。
5.3 36
解析:由题图可知,两个电阻并联,电流表A1测阻值为R1的电阻支路中的电流,电流表A测干路电流,并联电路各支路两端电压相等,都等于电源电压,由欧姆定律可得电源的电压U=U2=U1=I1R1=0.3 A×10 Ω=3 V;根据并联电路中的电流规律可知通过阻值为R2的电阻的电流I2=I-I1=0.5 A-0.3 A=0.2 A,1 min内阻值为R2的电阻消耗的电能W=UI2t=3 V×0.2 A×60 s=36 J。
6.160 3.36×105 70%
解析:只将电茶炉接入220 V电路中正常工作10 min消耗的电能W=t=×10×60 s=4.8×105 J= kW·h,由电能表的参数1 200 imp/(kW·h)知,每消耗1 kW·h电能,指示灯闪烁1 200次,电茶炉工作10 min,电能表指示灯闪烁次数n= kW·h×1 200 imp/(kW·h)=160 imp;水吸收的热量Q吸=cmΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(100 ℃-20 ℃)=3.36×105 J,电茶炉烧水的效率η==70%。
7.A 40 48
解析:由欧姆定律可知,通过定值电阻的电流与其两端的电压成正比,即定值电阻的I-U关系图像是一条直线,即图线B表示定值电阻的I-U关系图像,小灯泡的电阻随温度的变化而改变,故图线A表示小灯泡的I-U关系图像;由图乙中图像B可知,当电压U1=4 V时,电流I1=0.1 A,则定值电阻的阻值R==40 Ω;由题图甲可知,小灯泡与定值电阻并联,电压表测量并联电路两端的电压,当电压表示数为8 V时,由图乙可知,通过小灯泡的电流IL=0.4 A,通过定值电阻的电流IR=0.2 A,干路电流I=IL+IR=0.4 A+0.2 A=0.6 A,U=8 V,时间t=10 s,则消耗的总电能W=UIt=8 V×0.6 A×10 s=48 J。
8.(1)电流 通电时间
(2)煤油升高的温度
(3)R1
(4)12
解析:(1)由题图可知,两电阻丝串联,通过两电阻丝的电流和通电时间都相等。(2)在这个实验中,小明是通过观察煤油升高的温度来比较电流做功多少的。(3)通过两电阻丝的电流大小相等,通电时间相同,由于R1>R2,由Q=I2Rt可知,电流通过阻值为R1的电阻丝产生的热量多,则表示电流通过阻值为R1的电阻丝做的功多。(4)10 s内电流通过阻值为R1的电阻丝做的功W=UIt=3 V×0.4 A×10 s=12 J。
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第2节 电功率
课后·知能演练
一、基础巩固
1.1 kW·h的电能可供下列用电器正常工作时间最长的是( )
A.节能灯 B.电饭煲
C.电视机 D.电烤箱
2.小明发现家里的灯泡突然变亮,主要原因可能是灯泡的( )
A.额定电压变大 B.实际电压变大
C.额定功率变小 D.实际电压变小
3.将一个“6 V 3 W”的灯泡(灯泡电阻不变)与一个阻值为12 Ω的电阻串联后接到12 V的电源上,闭合开关后,灯泡的实际功率( )
A.大于3 W B.等于3 W
C.小于3 W D.无法确定
4.(2024·山东东营中考)图甲是某酒精测试仪的简化电路图,定值电阻的阻值为R0,酒精气体传感器的阻值R随酒精浓度变化的图像如图乙所示。若电源电压不变,闭合开关,当酒精气体传感器周围酒精浓度增大时,下列判断正确的是( )
甲
乙
A.电流表示数变小 B.电压表示数变大
C.电压表与电流表示数的比值不变 D.电路消耗的总功率变大
5.某彩色电视机的铭牌如图所示,其额定电功率为__________ W,额定电流为__________ A。当它正常工作时,60 s内消耗的电能为__________ J。
××牌彩色电视机
电源:~50 Hz 220 V
消耗功率:110 W
警告:
内有高压,用户不得擅自打开机壳;
非维修人员,不得擅自修理和换件
6.“五一”假期,小明在家长陪同下进行综合实践活动,利用家中的电能表测量家中空气炸锅的实际功率。小明把家中其他用电器全部断开后,将空气炸锅单独接入电路,观察到标有“3 000 imp/(kW·h)”字样的电能表指示灯闪烁60次,用时1 min,则空气炸锅在这1 min内消耗的电能为__________ kW·h,实际功率为__________ W。
7.(2024·陕西中考)右图是小明家新购置的便携式电热水杯及其相关参数。
(1)电热水杯正常工作时的电流是多少?
(2)电热水杯正常工作时,其加热电阻阻值是多少?
二、素养提升
8.(2024·内蒙古中考)如图甲所示的电路中,电源电压恒定,闭合开关S,将滑动变阻器的滑片P从最右端滑至使灯泡正常发光的位置,两电压表示数与电流表示数变化的关系图像如图乙所示,则下列说法正确的是 ( )
A.b曲线表示电压表V2示数与电流表示数变化的关系图像
B.电源电压为8 V
C.滑动变阻器接入电路的阻值范围是2~40 Ω
D.灯泡的额定功率为3.5 W
三、拓展探究
9.为了研究家用电器对电路的影响,物理老师带领同学们进行了探究。
(1)老师带来一个标有“220 V 5.5 A”的电热水壶,在壶中装入1.5 L水,初始温度为27 ℃。仅将电热水壶接入图甲所示的电能表所在的电路,正常工作7.5 min,电能表的转盘转过了250 r。c水=4.2×103 J/(kg·℃),ρ水=1.0×103 kg/m3。
甲
乙
丙
①电热水壶消耗的电能是多少?
②若消耗的电能中有70%的能量被水吸收,则水的温度变为多少?
③若电热水壶的电阻始终保持不变,则该过程中电热水壶工作的实际电压是多少?
(2)为了研究家用电器电压偏低的原因,老师指导同学们设计了如图乙所示的电路进行模拟实验。阻值为R1、R2、R3的三个定值电阻分别相当于家用电器电饭煲、电暖器、电烙铁;由于实际中输电线较长,电阻不可忽略,所以R0相当于输电线的电阻。依次闭合开关S和S1、S2、S3,描绘出两电压表V1、V2的示数U1、U2随电流表A的示数I变化的规律,如图丙所示。随着接入电路的家用电器的增加,电阻为R0的定值电阻两端的电压怎么变化?
参考答案
1.A 解析:节能灯的电功率最小,电视机的电功率较大,电饭煲和电烤箱的电功率更大,在消耗电能相同时,根据t=可知,电功率越小,用电器工作的时间越长,所以1 kW·h的电能可供节能灯正常工作时间最长。故选A。
2.B 解析:用电器正常工作时的电压叫作额定电压,用电器在额定电压下工作时的电功率叫作额定功率,对于一个用电器来说,它的额定电压和额定功率是固定的值,A、C错误。用电器实际工作时的电压叫作实际电压,用电器在实际电压下的电功率叫作实际功率,灯泡的亮度取决于它的实际功率,灯泡突然变亮,说明灯泡的实际功率变大,根据P=可知,灯泡的实际功率变大时的实际电压会变大,B正确,D错误。
3.B 解析:灯泡的电阻RL==12 Ω,灯泡和电阻串联后接到12 V的电源上时,电路中的电流I==0.5 A,根据P=I2R可得,灯泡的实际电功率PL实=I2RL=(0.5 A)2×12 Ω=3 W。
4.D 解析:由题图甲知,定值电阻与酒精气体传感器并联,电流表测干路电流,电压表测电源电压,当酒精气体传感器周围酒精浓度增加时,其阻值变小,根据欧姆定律I=可知,通过酒精气体传感器的电流变大,而通过定值电阻的电流不变,则干路电流变大,即电流表示数变大,A错误。电源电压不变,则电压表示数不变,B错误。电压表示数不变,电流表示数变大,则电压表与电流表示数的比值变小,C错误。电源电压不变,干路电流变大,根据P=UI可知,电路消耗的总功率变大,D正确。
5.110 0.5 6 600
解析:由铭牌数据可知,电视机的额定功率为110 W;由公式P=UI可得额定电流I==0.5 A;电视机正常工作时,60 s内消耗的电能W=Pt=110 W×60 s=6 600 J。
6.0.02 1 200
解析:3 000 imp/(kW·h)表示电路中用电器每消耗1 kW·h的电能,电能表的指示灯闪烁3 000次,闪烁60次消耗的电能W= kW·h=0.02 kW·h=0.02×3.6×106 J=7.2×104 J,电水壶的功率P'==1 200 W。
7.(1)4 A (2)55 Ω
解析:(1)根据P=UI得电热水杯正常工作时的电流为
I==4 A。
(2)根据欧姆定律I=,可得电热水杯正常工作时,其加热电阻阻值为
R==55 Ω。
8.D 解析:由题图甲知,闭合开关S,灯泡与滑动变阻器串联,电流表测电路中的电流,电压表V1测滑动变阻器两端的电压,电压表V2测灯泡两端的电压,将滑动变阻器的滑片P从最右端滑至灯泡正常发光的位置时,滑动变阻器接入电路的阻值变小,电路中的电流变大,根据串联电路的分压原理可知滑动变阻器两端的电压变小,即电压表V1的示数随电流的变大而变小,则灯泡两端的电压即电压表V2的示数随电流的变大而变大,可见b曲线表示电压表V1示数与电流表示数变化的关系图像,a曲线表示电压表V2示数与电流表示数变化的关系图像,A错误。由图乙知,当电流最小为0.2 A时,电压表V1的示数U滑大=8 V,电压表V2的示数U灯小=1 V,则电源电压U=U滑大+U灯小=8 V+1 V=9 V,B错误。滑动变阻器接入电路的最大阻值R滑大==40 Ω,电路中的最大电流,即灯泡的额定电流为I大=0.5 A,故滑动变阻器接入电路的最小阻值R滑小==4 Ω,即滑动变阻器接入电路的阻值范围是4~40 Ω,C错误。灯泡的额定电压U额=U-U滑小=9 V-2 V=7 V,灯泡的额定功率P额=U额I大=7 V×0.5 A=3.5 W,D正确。
9.(1)①4.5×105 J ②77 ℃ ③200 V
(2)变大
解析:(1)①电热水壶消耗的电能W= kW·h=0.125×3.6×106 J=4.5×105 J。
②水吸收的热量Q吸=ηW=70%×4.5×105 J=3.15×105 J
水的质量m=ρ水V=1.0×103 kg/m3×1.5×10-3 m3=1.5 kg
水升高的温度Δt==50 ℃
水的温度t=t0+Δt=27 ℃+50 ℃=77 ℃。
③电热水壶的电阻R==40 Ω
该过程中电热水壶工作的实际功率P实==1 000 W
根据公式P=,则U2=P实R=1 000 W×40 Ω,则实际电压U=200 V。
(2)分析图乙可知,阻值分别为R1、R2、R3的三个定值电阻并联后和阻值为R0的定值电阻串联,电压表V1测电源电压,电压表V2测并联部分两端的电压,由题图丙可知,随着接入电路用电器的增加,电流表A的示数变大,电压表V1示数不变,电压表V2示数变小,根据串联分压规律可知,输电线电阻R0两端的电压变大。
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第4节 焦耳定律
课后·知能演练
一、基础巩固
1.下列家用电器中,利用电流的热效应工作的是( )
A.电冰箱 B.洗衣机 C.电脑 D.电饭煲
2.下列事例中,属于为防止电流的热效应产生危害而采取的措施的是( )
A.用家用电饭锅煮米饭 B.电视机后盖上有很多小孔
C.用电热孵卵器孵小鸡 D.用电烙铁对电线进行焊接
3.(2024·内蒙古包头中考)许多汽车的后视镜配备了如图甲所示的加热装置,该装置具有“低温”除雾和“高温”除霜功能,可以保持镜面清晰,确保驾驶安全。其内部电路如图乙所示,两个加热电阻的阻值分别为R1和R2。下列分析正确的是( )
甲
乙
A.除雾状态下,电路中只有R1工作 B.除霜状态下,电路中只有R2工作
C.除雾状态下,电路的总电流最大 D.除霜状态下,电路的总功率最大
4.下图是探究通电导体产生的热量与__________大小关系的实验装置。通过左侧容器中电阻丝的电流为0.4 A,在1 min内电流通过右侧容器中电阻丝产生的热量为__________ J。
5.(2024·安徽中考)如图所示,电源两端电压为6 V,电阻R2=20 Ω。闭合开关S,电压表示数为4 V,则通电100 s整个电路产生的热量为__________ J。
6.(2024·福建中考)小闽设计的车载可加热果蔬搅拌机工作电路图如图所示。电热丝的阻值R为4 Ω,电动机标有“12 V 24 W”字样。闭合开关S、S1,电动机正常工作。
(1)求电源电压。
(2)闭合开关S、S1,求电动机1 min内消耗的电能。
(3)闭合开关S、S2,通电100 s,求电热丝产生的热量。
二、素养提升
7.(2024·湖北武汉中考)某同学家的浴室里安装了一款风暖浴霸,它既可以实现照明、换气的功能,又可以实现送自然风、暖风、热风的功能,其简化电路如图所示,开关S可分别与0、1、2触点接触,两根电热丝的阻值R1=R2。表中是浴霸电路的部分参数。
额定电压
220 V
照明功率
20 W
换气功率
35 W
暖风功率
1 133 W
热风功率
2 233 W
关于下列结论:
①当开关S1断开、S与触点1接触时,浴霸处于送自然风状态;
②每根电热丝的阻值均为44 Ω;
③电路中通过开关S的电流最大为10.15 A;
④浴霸工作10 min,电路消耗的电能最大为1.339 8×106 J。
其中正确的是( )
A.①③ B.②③ C.②④ D.③④
8.中医在我国具有悠久的历史。一款电热中药壶有急火和文火两种工作状态,由开关S2控制,在如图所示的简化电路中不能实现该要求的是( )
9.(2024·青海中考)图甲是“飞天”兴趣小组为月球科研基地工作人员设计的一款节能水暖电热毯,其主要特点是A、B两区既可以单独使用,又可以同时使用,从而达到节能高效的目的。简化电路如图乙所示,电源电压U=220 V,电热丝的电阻分别为RA、RB,RA=RB=440 Ω。已知水的比热容c水=4.2×103 J/(kg·℃)。
甲
乙
(1)单独使用A区时,电热丝将电热毯中质量为0.5 kg的水从20 ℃加热到50 ℃,用时600 s。
①求水吸收的热量Q吸。
②求消耗的电能W。
③求A区正常工作时的加热效率η(结果保留一位小数)。
(2)同时使用A区和B区时,求电路中的总功率P。
三、拓展探究
10.小华探究电流通过电阻丝产生的热量跟电阻丝的长度是否有关。实验桌上有满足要求的电源、开关、导线、三个完全相同的烧瓶。如图所示,烧瓶内装有质量相等的煤油、完全相同的温度计、阻值和长度分别为“5 Ω 3 cm”“10 Ω 5 cm”“5 Ω 5 cm”的电阻丝。实验时用煤油升高的温度Δt的高低表示电流通过相应电阻丝产生热量的多少。实验步骤如下:
①将如图所示的甲、乙两装置串联接入电路中;
②分别记录温度计的示数t0,闭合开关,通电一段时间后断开开关、停止计时,分别记录此时温度计的示数t;
③根据公式Δt=t-t0计算出Δt,并记入实验数据表格。
分析实验数据可得:电阻丝长度不同,电流通过电阻丝产生的热量也不同,由此说明电流通过电阻丝产生的热量跟电阻丝的长度有关。
(1)请你指出实验中存在的问题:_________________________________;
(2)针对实验步骤中存在的问题,写出正确的实验步骤。
参考答案
1.D 解析:电流通过导体时电能转化成内能的现象叫作电流的热效应,家用电器利用电流的热效应工作的是电饭煲,D符合题意。
2.B 解析:电饭锅、电热孵卵器、电烙铁都是利用电流的热效应进行工作的;电视机后盖上的小孔,是为了把各电器元件产生的热量及时散失掉,是为了防止电流热效应产生危害而采取的措施,B符合题意。
3.D 解析:由图乙可知,当开关S闭合,S1断开时,电路中只有阻值为R2的电阻工作,电路为“低温”除雾状态;当开关S、S1都闭合时,两电阻并联,总电阻变小,由P=可知,此时电路的总功率最大,电路为“高温”除霜状态。故选D。
4.电流 12
解析:由题图可知,装置右侧中两个5 Ω的电阻并联后再与左侧一个5 Ω的电阻串联,根据串联电路的电流特点可知,右侧两个电阻的总电流和左侧的电阻电流相等,即I右=I左,两个5 Ω的电阻并联,根据并联电路的电流特点知I右=I右内+I右外,所以I左>I右内,容器内的电阻值都是5 Ω,通电相同时间,所以探究通电导体产生的热量与电流大小的关系;通过左侧容器中电阻丝的电流是0.4 A,根据并联电路的电流特点可得,通过右侧容器中电阻丝的电流I右内=I左=×0.4 A=0.2 A,在1 min内产生的热量Q=Rt=(0.2 A)2×5 Ω×1×60 s=12 J。
5.120
解析:由电路图知,两电阻串联,电压表测量阻值为R2的电阻器两端的电压,电路中的电流I=I2==0.2 A,通电100 s整个电路产生的热量Q=W=UIt=6 V×0.2 A×100 s=120 J。
6.(1)12 V (2)1 440 J (3)3 600 J
解析:(1)由电路图知,闭合开关S、S1,电动机正常工作,电动机的额定电压U额=12 V,
则电源电压U=U额=12 V。
(2)电动机1 min内消耗的电能
W=Pt1=24 W×60 s=1 440 J。
(3)闭合开关S、S2时,通电100 s电热丝产生的热量
Q=W=UIt2=t2=×100 s=3 600 J。
7.B 解析:开关S1断开、S与触点1接触时,只有电动机工作,此时没有加热,浴霸处于换气状态,①错误。电热丝与电阻并联,每个电热丝的功率P=2 233 W-1 133 W=1 100 W,由P=可得电热丝的电阻R==44 Ω,两根电热丝的阻值相同,每根电热丝的阻值都是44 Ω,②正确。当处于热风状态时,电路中通过开关S的电流最大,I==10.15 A,③正确。浴霸热风状态,且照明灯发光时,电功率最大,工作10 min,电路消耗的电能最大W=Pt=(2 233 W+20 W)×10×60 s=1.351 8×106 J,④错误。综上分析,B符合题意。
8.B 解析:A图中,当S1闭合、S2断开时,两电阻串联,总电阻较大,根据P=可知总功率小,为文火状态;当S1、S2均闭合,阻值为R2的电阻被短接,电路中只有阻值为R1的电阻,电阻较小,根据P=可知总功率大,为急火状态。B图中,当S1闭合、S2断开或者S2闭合、S1断开或者S1、S2均闭合时,两电阻都是串联,总电阻较大,根据P=可知总功率小,都为文火状态。C图中,当S1闭合、S2接2时,两电阻串联,总电阻较大,根据P=可知总功率小,为文火状态;当S1闭合、S2接1时,只有阻值为R1的电阻在电路中,总电阻较小,根据P=可知总功率大,为急火状态。D图中,当S1闭合,S2接1、1时,两电阻串联,总电阻较大,根据P=可知总功率小,为文火状态;当S1闭合,S2接2、2时,电路中只有阻值为R1的电阻,总电阻较小,根据P=可知总功率大,为急火状态。综上分析,B符合题意。
9.(1)①6.3×104 J ②6.6×104 J ③95.5%
(2)220 W
解析:(1)①将电热毯中质量为0.5 kg的水从20 ℃加热到50 ℃吸收的热量
Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×0.5 kg×(50 ℃-20 ℃)=6.3×104 J。
②当闭合S和S1时,A区单独工作,加热功率PA==110 W
消耗的电能WA=PAt=110 W×600 s=6.6×104 J。
③加热效率η==95.5%。
(2)当S、S1、S2都闭合时,A、B两区同时工作,两电热丝并联,UA=UB=220 V,
通过阻值为RA的电热丝的电流IA==0.5 A
通过阻值为RB的电热丝的电流IB==0.5 A
电路总电流I=IA+IB=1 A
电路中的总功率P=UI=220 V×1 A=220 W。
10.(1)实验步骤①中没有控制电阻相同
(2)连入电路的电阻丝要满足阻值相同而长度不同的要求,故应将实验步骤①改为“将如图所示的甲、丙两装置串联接入电路中。”
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