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2020屆高三物理第二輪復(fù)習(xí) 直流電路的分析與計算 新人教版

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1、專題六 電路與電磁感應(yīng) 【備考策略】 根據(jù)近三年高考命題特點(diǎn)和命題規(guī)律,復(fù)習(xí)專題時,要注意以下幾個方面: 1. 直流電路的動態(tài)分析、故障分析、含容電路的分析、電功率的計算是復(fù)習(xí)本專題的重點(diǎn),在近幾年的高考中時常出現(xiàn),因此要充分掌握該類問題的分析思路。 2. 整合電磁感應(yīng)基本知識,掌握楞次定律和右手定律的應(yīng)用,加強(qiáng)電磁感應(yīng)知識和電路、動力學(xué)、能量轉(zhuǎn)化問題的綜合分析,深刻理解知識的內(nèi)涵。 3. 電磁感應(yīng)電路問題、動力學(xué)問題、能量轉(zhuǎn)化問題、圖像問題都是高考的熱點(diǎn),備考中不容忽視,要掌握解答這類問題的思路方法、解題步驟、提高自己的綜合解題能力 4. 正弦交流電的產(chǎn)生、變化規(guī)律、圖像

2、、有效值、周期等問題,變壓器及高壓輸電問題也是新課標(biāo)地區(qū)的高考熱點(diǎn),備考復(fù)習(xí)中要將知識歸納、整合,凡涉及該部分知識的高考題 ,一般難度較小,是學(xué)生的得分點(diǎn),要多加關(guān)注。 【考綱點(diǎn)擊】 重要考綱 要求 歐姆定律 Ⅱ 電源的電動勢和內(nèi)阻 Ⅱ 閉合電路的歐姆定律 Ⅱ 法拉第電磁感應(yīng)定律 Ⅱ 楞次定律 Ⅱ 【網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)】 第1講直流電路的分析與計算 【核心要點(diǎn)突破】 知識鏈接 一、電阻 1、定義式: 2、決定式:R=(電阻定律) 二、歐姆定律 1.部分電路歐姆定律: 2. 閉合電路的歐姆定律:I=或 三、電功、電功率、電熱 1.電功 :W=Uq=

3、Uit 2.電功率:P=W/t=UI 3.電熱:Q=I2Rt(焦耳定律) 深化整合 一、 動態(tài)電路的分析方法: 1、程序法: 閉合電路中只要有一只電阻的阻值發(fā)生變化,就會影響整個電路,使總電路和每一部分的電流、電壓都發(fā)生變化。討論依據(jù)是:閉合電路歐姆定律、部分電路歐姆定律、串聯(lián)電路的電壓關(guān)系、并聯(lián)電路的電流關(guān)系。 (1)對于電路的動態(tài)變化問題,按局部→全局→局部的邏輯思維進(jìn)行分析推理.一般步驟: ①確定電路的外電阻,外電阻如何變化; ②根據(jù)閉合電路歐姆定律,確定電路的總電流如何變化; ③由,確定電源的內(nèi)電壓如何變化; ④由,確定電源的外電壓(路端電壓)如何變化; ⑤

4、由部分電路歐姆定律確定干路上某定值電阻兩端的電壓如何變化; ⑥確定支路兩端的電壓如何變化以及通過各支路的電流如何變化 以右圖電路為例: 設(shè)R1增大,總電阻一定增大;由,I一定減?。挥蒛=E-Ir,U一定增大;因此U4、I4一定增大;由I3= I-I4,I3、U3一定減小;由U2=U-U3,U2、I2一定增大;由I1=I3 -I2,I1一定減小。 2、 直觀法:直接運(yùn)用總結(jié)規(guī)律 ①總電路上R增大時總電流I減小,路端電壓U增大; ②任一個R增必引起通過該電阻的電流減小,其兩端電壓UR增加; ③任一個R增必引起與之并聯(lián)支路電流I增加;與之串聯(lián)支路電壓U減小(稱串反并同法) 3、極

5、端法:即因變阻器滑動引起電路變化的問題,可將變阻器的滑動端分別滑至兩個端點(diǎn)去討論. 【典例訓(xùn)練1】(2020·天津高考)為探究小燈泡L的伏安特性,連好圖6-1-8所示的電路后閉合開關(guān),通過移動變阻器的滑片,使小燈泡中的電流由零開始逐漸增大,直到小燈泡正常發(fā)光,由電流表和電壓表 得到的多組讀數(shù)描繪出的U-I圖象應(yīng)是( ) 【解析】選C.燈絲電阻隨電壓的增大而增大,在圖象上某點(diǎn)到原點(diǎn)連線的斜率應(yīng)越來越大.C正確. 【典例訓(xùn)練2】如圖3所示,直線A為電源a的路端電壓與電流的關(guān)系圖線;直線B為電源b的路端電壓與電流的關(guān)系圖線;直線C為一個電阻R兩端電壓與電流的關(guān)系圖線.將這個電阻分

6、別接到a、b兩電源上,那么( ) A.R接到b電源上時電源的效率高 B.R接到b電源上時電源的輸出功率較大 C.R接到a電源上時電源的輸出功率較大,但電源效率較低 D.R接到a電源上時電阻的發(fā)熱功率較大,電源效率也較高 【解析】選A、C.直線A、B斜率的絕對值表示電源的內(nèi)電阻,可知電源b的內(nèi)電阻比電源a的內(nèi)電阻小,電源的效率η=×100%,可知R接在b電源上時電源效率高.電源的輸出功率P=UI,由圖線可知直線A和C的交點(diǎn)對應(yīng)的輸出功率大.所以選項A、C正確. 【高考真題探究】 1.(2020·新課標(biāo)全國卷·T19)電源的效率定義為外電路電阻消耗的功率與電源的總功率之比。在

7、測電源電動勢和內(nèi)電阻的實(shí)驗中得到的實(shí)驗圖線如圖所示,圖中U為路端電壓,I為干路電流,a、b為圖線上的兩點(diǎn),相應(yīng)狀態(tài)下電源的效率分別為、。由圖可知、的值分別為 A.、 B.、 C.、 D.、 【命題立意】本題以測電源電動勢和內(nèi)電阻實(shí)驗的伏安特性曲線為基礎(chǔ)命題,考查純電阻電路中電源的效率隨電阻的變化并要求計算各狀態(tài)下的效率。 【思路點(diǎn)撥】由電源效率定義,對照U-I圖像找出a、b狀態(tài)的路端電壓和干路電流,即可計算a、b狀態(tài)的效率和輸出功率。 【規(guī)范解答】選D,電源效率,E為電源的總電壓(即電動勢),根據(jù)圖象可知Ua=,Ub=,所以選項D正確。 2.(2020.上海物理

8、卷T5). 在右圖的閉合電路中,當(dāng)滑片向右移動時,兩電表讀數(shù)的變化是 (A)變大, 變大 (B)變小,變大 (C)變大, 變小 (D)變小,變小 【命題立意】考查閉合電路的歐姆定律。 【思路點(diǎn)撥】部分電路的變化會影響整體,整體的變化又會影響局部。 【規(guī)范解答】選B,當(dāng)滑片向右移動時,滑動變阻器電阻變大,導(dǎo)致干路電流變小,內(nèi)阻壓降減小,路端電壓變大。 3.(2020·江蘇高考)在如圖6-1-9所示的閃光燈電路中,電源的電動勢為E,電容器的電容為C.當(dāng)閃光燈兩端電壓達(dá)到擊穿電壓U時,閃光燈才

9、有電流通過并發(fā)光.正常工作時,閃光燈周期性短暫閃光,則可以判定( ) A.電源的電動勢E一定小于擊穿電壓U B.電容器所帶的最大電荷量一定為CE C.閃光燈閃光時,電容器所帶的電荷量一定增大 D.在一個閃光周期內(nèi),通過電阻R的電荷量與通過閃光燈的電荷量一定相等 【解析】選D.電容器兩端的電壓與閃光燈兩端的電壓相等,當(dāng)電源給電容器充電,達(dá)到閃光燈擊穿電壓U時,閃光燈被擊穿,電容器放電,放電后閃光燈兩端電壓小于U,斷路,電源再次給電容器充電,達(dá)到電壓U時,閃光燈又被擊穿,電容器放電,如此周期性充放電,使得閃光燈周期性短暫閃光.要使得充電后達(dá)到電壓U,則電源電動勢一定大于等于U,A

10、項錯誤;電容器兩端的最大電壓為U,故電容器所帶的最大電荷量為CU,B項錯誤;閃光燈閃光時電容器放電,所帶電荷量減少,C項錯誤;充電時電荷通過R,通過閃光燈放電,故充放電過程中通過電阻R的電荷量與通過閃光燈的電荷量一定相等,D項正確. 【專題模擬演練】 一、選擇題 1.(2020·徐州市三模)如圖所示,閉合開關(guān)S后,A燈與B燈均發(fā)光,當(dāng)滑動變阻器的滑片P向左滑動時,以下說法中正確的是 A.A燈變亮 B.B燈變亮 C.電源的輸出功率可能減小 D.電源的總功率可能增大 2.兩個較大的平行金屬板A、B相距為d,分別接在電壓為U的電源正、負(fù)極上,這時質(zhì)量為

11、m,帶電荷量為-q的油滴恰好靜止在兩板之間,如圖1所示,在其他條件不變的情況下,如果將兩板非常緩慢地水平錯開一些,那么在錯開的過程中( ) A.油滴將向上加速運(yùn)動,電流計中的電流從b流向a B.油滴將向下加速運(yùn)動,電流計中的電流從a流向b C.油滴靜止不動,電流計中的電流從b流向a D.油滴靜止不動,電流計中的電流從a流向b 3.(2020·泰安市二模)酒精測試儀用于機(jī)動車駕駛?cè)藛T是否酗酒及其他嚴(yán)禁酒后作業(yè)人員的現(xiàn)場檢測。它利用的是一種二氧化錫半導(dǎo)體型酒精氣體傳感器,酒精氣體傳感器的電阻隨酒精氣體濃度的變化而變化,在如圖所示的電路中,不同的酒精氣體濃度對應(yīng)著傳感器的不同電阻,

12、這樣,電壓表的指針就與酒精氣體濃度有了對應(yīng)關(guān)系。如果二氧化錫半導(dǎo)體型酒精氣體傳感器電阻的倒數(shù)與酒精氣體的濃度成正比,那么,電壓表示數(shù)U與酒精氣體濃度c之間的對應(yīng)關(guān)系正確的是( ) A.U越大、表示c越大,c與U成正比 B.U越大,表示c越大,但是c與U不成正比 C.U越大,表示c越小,c與U成反比 D.U越大,表示c越小,但是c與U不成反比 4.(2020·安徽質(zhì)量檢測)如圖,電路中,電源電動勢為E、內(nèi)阻為,閉合開關(guān)S,增大可變電阻R的阻值后,電壓表示數(shù)的變化量為U。在這個過程中,下列判斷正確的是 ( ) A.電阻R1兩端的電壓減小,減小量等于△U B.電容器

13、的帶電量減小,減小量等于C△U C.電壓表的示數(shù)U和電流表的示數(shù)I的比值變大 D.電壓表示數(shù)變化量△U和電流表示數(shù)變化量△I的比值增大 5.在如圖2所示的電路中,電源內(nèi)阻不為零,開關(guān)S1、S2閉合時電路正常工作.只斷開S2后,電壓表示數(shù)U和電流表示數(shù)I的變化為( ) A.U和I都變大 B.U和I都變小 C.U變大,I變小 D.U變小,I變大 6.如圖4所示的電路中,電源電動勢E恒定,內(nèi)阻r=1 Ω,定值電阻R3=5 Ω.當(dāng)電鍵K斷開與閉合時,ab段電路消耗的電功率相等.則以下說法中正確的有( ) A.電阻R1、R2可能分別為4 Ω、5 Ω B.電阻R1、R2

14、可能分別為3 Ω、6 Ω C.電鍵K斷開與閉合時,電壓表的示數(shù)大小與電流表的示數(shù)大小之比都等于6 Ω D.電鍵K斷開時電壓表的示數(shù)一定大于K閉合時的示數(shù) 7.在如圖7所示的電路中,由于某一電阻發(fā)生短路或斷路,使A燈變暗,B燈變亮,則故障可能是( ) ①R1短路 ②R2斷路 ③R3斷路 ④R4短路 A.①② B.②③ C.③④ D.①④ 8.如圖8所示電路中電表都是理想電表.某同學(xué)按此電路進(jìn)行實(shí)驗,將變阻器的滑片P移到不同位置,觀察各電表的示數(shù),記錄下多組數(shù)據(jù).關(guān)于該實(shí)驗的下列說法中正確的是( ) A.通過實(shí)驗,能夠測定R2和R3

15、的阻值,不能測定R1的阻值 B.通過實(shí)驗,能夠測定電源電動勢E的大小,但不能測定電源內(nèi)阻r的值 C.若調(diào)節(jié)滑動變阻器RP時,電壓表V2示數(shù)始終為零,其他三個電表讀數(shù)有變化,可能原因是R1發(fā)生斷路故障 D.若調(diào)節(jié)滑動變阻器時各電表示數(shù)均不變,可能原因是R2發(fā)生斷路故障 二、計算題 9.(18分)如圖9所示電路中,已知電阻R1=2 Ω,R2=5 Ω,燈泡L標(biāo)有“3 V 1.5 W”字樣,電源內(nèi)阻r=1 Ω,滑動變阻器的最大阻值為Rx.當(dāng)滑片P滑至a端時,電流表的示數(shù)為1 A,此時燈泡L恰好正常發(fā)光.求: (1)當(dāng)滑片P滑至b端時,電流表的示數(shù); (2)當(dāng)滑動變阻器Pb段的電阻為

16、0.5Rx時變阻器上消耗的功率. 某同學(xué)的部分解答如下: 10.(18分)如圖10所示電路中,電源電動勢E=9 V,內(nèi)電阻r=2 Ω,定值電阻R1=6 Ω,R2=10 Ω,R3=6 Ω,電容器的電容C=10 μF. (1)保持開關(guān)S1、S2閉合,求電容器C的帶電荷量; (2)保持開關(guān)S1閉合,將開關(guān)S2斷開,求斷開開關(guān)S2后流過電阻R2的電荷量. 答案及解析 一、選擇題 1.AC 2.【解析】選D.將兩板非常緩慢地水平錯開,d不變,正對面積減小,兩板間場強(qiáng)為E=,則E不變,油滴受力情況不變,保持靜止.電容器電容減小,電荷量減小,電容器放電,電流計中電流從a流向b.所以選

17、項D正確. 3.B 4.C 5.【解析】選C.斷開S2,電路中的總電阻變大,則干路電流減小,路端電壓變大,故選C. 6.【解析】選A、D.根據(jù)當(dāng)電鍵K斷開與閉合時,ab段電路消耗的電功率相等列方程,得出電阻R1、R2之間的關(guān)系為R1(R1+R2)=(r+R3)2=36,利用代入法可判斷A正確,B錯誤.當(dāng)電鍵K斷開與閉合時電壓表的示數(shù)大小與電流表的示數(shù)大小之比分別為(R1+R2)和R1,C錯.根據(jù)閉合電路歐姆定律,電鍵K斷開時電壓表的示數(shù)一定大于K閉合時的示數(shù),D正確. 7.【解析】選B.由于A串聯(lián)于干路中,且故障發(fā)生后,A燈變暗,故知電路中總電流變小,即電路總電阻變大,由此推知,故障

18、應(yīng)為某一電阻斷路,排除選①、④.若假設(shè)R2斷路,電路總電阻變大,總電流變小,A燈變暗,同時R2斷路必引起燈B中電流變大,使B燈變亮,故②對.若假設(shè)R3斷路,則也引起總電阻變大,總電流變小,使A燈變暗,同時R3斷路后也必引起流過R1的電流增大,燈B中分得的電流也變大,B燈變亮,故③對,綜上所述,B選項正確. 8.【解析】選A、B、D.電壓表V1測的是R3兩端的電壓,電流表A2測的是R3的電流,R3= ,則R3的阻值可測定;電壓表V2測的是R2的電壓,R2= ,則R2的阻值可測定;將R1看做電源內(nèi)阻的一部分,則電源內(nèi)阻變?yōu)?r+R1),電壓表V1就測路端電壓,電流表A1測總電流,作U1-I1圖象

19、,圖線與縱坐標(biāo)的交點(diǎn)就是電源電動勢的值,從U1-I1圖象可求出(r+R1)的值,但無法單獨(dú)求出r或R1.所以選項A、B都正確.電壓表V2示數(shù)為零,是因R2短路,選項C錯.調(diào)節(jié)滑動變阻器時,各電表示數(shù)不變,說明滑動變阻器無法調(diào)節(jié)電流,可能是R2發(fā)生斷路,選項D正確. 二、計算題 9.【解析】燈L的電阻RL=6 Ω正確,錯在沒有看出P滑至b端時RP和R2串聯(lián)部分和燈泡L都被短路 當(dāng)滑片P在a端時,E=I(R1+r)+U0=1×(1+2) V+3 V=6 V (3分) I0=P/U0=0.5 A,Ix=I-I0=0.5 A Rx=U0/Ix=6 Ω

20、 (3分) (1)當(dāng)P在b端時,電流表示數(shù)為 I′=E/(R1+r)=2 A (3分) (2)當(dāng)RPb=3 Ω時,R并=2 Ω, (2分) 電流表示數(shù)為I″=E/(R1+R并+r)=1.2 A (3分) U并=E-I″(R1+r)=2.4 V PR=U并2/RPb=1.92 W (4分) 10. 【解析】(1)保持開關(guān)S1、S2閉合,則電容器上電壓 電容器帶電荷量

21、Q=CUC=10×10-6×3 C=3×10-5 C (4分) (2)保持開關(guān)S1閉合,將開關(guān)S2斷開后,電路穩(wěn)定時電容器上電壓等于電源電壓 Q′=CE=10×10-6×9 C=9×10-5 C(4分) 流過R2的電荷量等于電容器C上電荷量的增加量 =ΔQ=Q′-Q=9×10-5 C-3×10-5 C=6×10-5 C(5分) 答案:(1)3×10-5 C (2)6×10-5 C 【備課資源】 1.(2020·寧夏高考)一個T型電路如圖6-1-11所示,電路中的電阻R1=10 Ω,R2=120 Ω,R3=40 Ω.另有一測試電源,電動勢為100 V,

22、 內(nèi)阻忽略不計.則( ) A.當(dāng)cd端短路時,ab之間的等效電阻是40 Ω B.當(dāng)ab端短路時,cd之間的等效電阻是40 Ω C.當(dāng)ab兩端接通測試電源時,cd兩端的電壓為80 V D.當(dāng)cd兩端接通測試電源時,ab兩端的電壓為80 V 2.(2020·全國高考Ⅱ)圖6-1-10為測量某電源電動勢和內(nèi)阻時得到的U-I圖線.用此電源與三個阻值均為3 Ω的電阻連接成電路,測得路端電壓為4.8 V.則該電路可能為( ) 【解析】選B.由測量某電源電動勢和內(nèi)阻時得到的U-I圖線可知該電源的電動勢為6 V,內(nèi)阻為0.5 Ω,此電源與三個均為3 Ω的電阻連接成電路時測得的路

23、端電壓為4.8 V,A中的路端電壓為4 V,B中的路端電壓為4.8 V,正確.C中的路端電壓約為5.7 V,D中的路端電壓為5.4 V. 3.如圖所示電路中,電源的電動勢恒定,要想使燈泡的亮度變暗,可以( ) A.增大R1 B.減小R1 C.增大R2 D.減小R2 4.汽車電動機(jī)啟動時車燈會瞬時變暗,如圖,在打開車燈的情況下,電動機(jī)未啟動時電流表讀數(shù)為10 A,電動機(jī)啟動時電流表讀數(shù)為58 A,若電源電動勢為12.5 V,內(nèi)阻為0.05 Ω.電流表內(nèi)阻不計,則因電動機(jī)啟動,車燈的電功率降低了( ) A.35.8 W B.43.

24、2 W C.48.2 W D.76.8 W 5. 如圖所示是一個電熱器電路.電源、指示燈、開關(guān)、電熱絲構(gòu)成串聯(lián)電路,接在電源上發(fā)現(xiàn)該電路有一個元件斷路、有一個元件短路,但不知道是哪個元件上有故障,今用一個校驗電燈分別依次接在各處進(jìn)行檢測,得到如表所示的結(jié)果,請根據(jù)表格回答下列問題: (1)由前兩次檢測可以知道:___________________. (2) 由第三次檢測可以知道:__________________. (3) 由以上檢測可以知道:______斷路;_____短路. 【解析】(1)第1次檢測,將電燈接在af點(diǎn),正常發(fā)光,說明電路從電源→a→f→

25、電源是連通的,即電源正常,且燈泡的額定電壓等于電源電壓.第2次檢測,將電燈接在ab點(diǎn),不發(fā)光,說明電路不通,所以從前兩次檢測可判定:電源正常,開關(guān)或電熱絲斷路. (2)第3次檢測,將電燈接在cd點(diǎn),發(fā)光但不正常,說明電路是通的,即指示燈、電熱絲沒有斷路. (3)第4次檢測,將電燈接在ef點(diǎn),不發(fā)光,說明電路不通,綜上各次檢測可判定:開關(guān)斷路. 第5次檢測,將電燈接在ad點(diǎn),發(fā)光但不正常,說明電路是通的,燈泡兩端電壓小于電源電壓,這是由于電熱絲有電阻. 第6次檢測,將電燈接在cf點(diǎn),正常發(fā)光,說明電路是通的,燈泡兩端電壓等于電源電壓,而ac間電壓為零,即指示燈短路. 綜上所述,電路故障

26、是:開關(guān)斷路,指示燈短路. 答案:(1)電源正常,開關(guān)或電熱絲斷路 (2)提示燈、電熱絲沒有斷路 (3)開關(guān)斷路,指示燈短路 6.在如圖6所示的電路中,E為電源電動勢,r為電源內(nèi)阻,R1和R3均為定值電阻,R2為滑動變阻器.當(dāng)R2的滑動觸點(diǎn)在a端時合上開關(guān)S,此時三個電表A1、A2和V的示數(shù)分別為I1、I2和U.現(xiàn)將R2的滑動觸點(diǎn)向b端移動,則三個電表示數(shù)的變化情況是( ) A.I1增大,I2不變,U增大 B.I1減小,I2增大,U減小 C.I1增大,I2減小,U增大 D.I1減小,I2不變,U減小 【解析】選B.當(dāng)滑動變阻器R2的滑片由a端向b端移動時,R2減小,并

27、聯(lián)電阻減小,外電路總電阻減小,路端電壓即V的示數(shù)U減小.干路電流變大,R3兩端電壓變大,并聯(lián)支路兩端的電壓減小,通過R1的電流I1減小,由I=I1+I2可知,通過A2的電流增大,B選項正確. 7. 一個允許通過最大電流為2 A的電源和一個滑動變阻器,接成如圖甲所示的電路.變阻器最大阻值為R0=22 Ω.電源路端電壓U隨外電阻R0變化的規(guī)律如圖乙所示,圖中U=12 V的直線為圖線的漸近線,試求: (1)電源電動勢E和內(nèi)電阻r; (2) A、B空載時輸出電壓的范圍; (3)若要保證變阻器和滑片任意滑動時,干路電流不能超過2 A,A、B兩端所接負(fù)載電阻至少多大? 8.在如圖所示的電

28、路中,R1是電阻箱,其最大阻值為99 Ω;R2和R3是定值電阻,其阻值分別為15 Ω和5 Ω;電源的電動勢E=12 V,內(nèi)阻r=1 Ω;電容C=500 μF,其耐壓值為20 V,開始時,先將電阻箱的阻值調(diào)到最大值接入電路中,請計算: (1)在K1斷開、K2閉合的狀態(tài)下,電容器C的電量是多大; (2)在K2已經(jīng)閉合的情況下,再將K1閉合,電路穩(wěn)定后電容器C的電量將改變多少? 【解析】(1)K1斷開,K2閉合后,R1、R2、R3串聯(lián)在電路中, 電路中的電流I1=E/(R1+R2+R3+r)=0.1 A. 電容器C與R2和R3的串聯(lián)電路并聯(lián),故電容器的兩端電壓: UC=I1(R2+R3)=2 V C所帶電量Q=C·UC=1×10-3 C (2)再將K1閉合時,R1和R2被短路, 電路中的電流:I2=E/(R3+r)=2 A, 此時電容器C與R3并聯(lián),U′C=I2R3=10 V C所帶電量Q′=C·U′C=5×10-3 C 因此,電容器C的電量增加了 ΔQ=Q′-Q=4×10-3 C. 答案:(1)1×10-3 C (2)4×10-3 C

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