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1、专题十二实验与探究根据高考命题大数据软件分析，重点关注第1、3、4、8、9、11及创新导向题。模拟精选题一、力学实验1(2016河南南阳期中)某同学在家中尝试验证平行四边形定则，他找到两条相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，设计了如下实验：将两条橡皮筋的一端用细绳连接于结点O，两条橡皮筋的另一端分别挂在墙上的钉子A及重物C上，同时用一条细绳一端与结点O相连，另一端用钉子B固定在墙上。(1)为完成该实验，下述操作中必需的是 。A测量细绳OB的长度B测量橡皮筋的原长C测量悬挂重物后橡皮筋的长度D记录悬挂重物后结点O的位置E记录细绳OB的位置F使橡皮
2、筋OA、细绳OB交换位置并保持O点位置不变，再重新固定细绳和橡皮筋，测量橡皮筋的长度(2)要完成该实验，该同学在操作过程中，对减小实验误差有益的做法是 。A两橡皮筋必须等长、粗细相同B细绳、橡皮筋都应与竖直墙面平行C橡皮筋伸长量应尽可能大D拉橡皮筋的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些答案(1)BCDEF(2)ABD2(2016河北师大附中段考)某同学利用如图1所示装置研究外力与加速度的关系。将力传感器安装在置于水平轨道的小车上，通过细绳绕过定滑轮悬挂钩码，小车与轨道及滑轮间的摩擦可忽略不计。开始实验后，依次按照如下步骤操作：同时打开力传感器和速度传感器；释放小车；关闭传感器，根据Ft，v
3、t图象记录下绳子拉力F和小车加速度a；重复上述步骤。(1)某次释放小车后得到的Ft，vt图象如图2和3所示。根据图象，此次操作应记录下的外力F大小为 N，对应的加速度a为 m/s2。(保留2位有效数字)(2)利用上述器材和过程得到的多组数据作出小车的加速度a随F变化的图象(aF图象)，如图4所示。若图线斜率为k，则安装了力传感器的小车的质量为 。解析(1)根据vt图象得到0.8 s前小车是静止的，0.8 s后小车做匀加速运动，所以此次操作应记录下的外力F大小为：F0.785 N0.79 N，根据vt图象的斜率求出加速度：a m/s21.8 m/s2。(2)根据a可知aF图象理论上直线斜率应等于
4、小车质量的倒数，则小车的质量为m。答案(1)0.791.8(2)3(2016江西临川一中期中)某实验小组利用图(a)所示实验装置及数字化信息系统探究“外力做功与小车动能变化的关系”。实验时将小车拉到水平轨道的O位置由静止释放，在小车从O位置运动到 A位置过程中，经计算机处理得到了弹簧弹力与小车位移的关系图线如图(b) 所示，还得到了小车在 A位置的速度大小vA ；另外用电子秤测得小车(含位移传感器发射器)的总质量为m。回答下列问题：(1)由图(b)可知，图(a)中A位置到力传感器的距离 (“小于”、“等于”或“大于”)弹簧原长。(2)小车从O位置运动到A位置过程中弹簧对小车所做的功W ，小车的
5、动能改变量Ek 。( 用m、vA、xA中各相关物理量表示)(3)若将弹簧从小车上卸下，给小车一初速度v0，让小车从轨道右端向左端滑动，利用位移传感器和计算机得到小车的速度随时间变化的图线如图(c)所示，则小车所受轨道摩擦力的大小 。( 用m、v0、tm中各相关物理量表示)(4)综合步骤(2)、(3)，该实验所要探究的“外力做功与小车动能变化的关系”表达式是 。( 用m、vA、xA、v0、tm中各相关物理量表示)解析(1)由图(b)可知，图(a)中A位置到力传感器的距离大于弹簧原长。(2)小车从O位置运动到A位置过程中弹簧对小车所做的功W(F0FA)xA，小车的动能改变量Ek mv；(3)由图线
6、可知，小车的加速度为a，则根据牛顿第二定律可知，小车所受轨道摩擦力的大小fm；(4)该实验所要探究的“外力做功与小车动能变化的关系”表达式是WFWfmv，即：(F0FA)xAmxAmv。答案(1)大于(2)(F0FA)xAmv(3)m(4)(F0FA)xAmxAmv4(2016山东潍坊模拟)某实验小组利用弹簧秤和刻度尺，测量滑块在木板上运动的最大速度。实验步骤：用弹簧秤测量橡皮泥和滑块的总重力，记作G；将装有橡皮泥的滑块放在水平木板上，通过水平细绳和固定弹簧秤相连，如图甲所示。在A端向右拉动木板，待弹簧秤示数稳定后，将读数记作F；改变滑块上橡皮泥的质量，重复步骤；实验数据如下表所示：G/N1.
7、502.002.503.003.504.00F/N0.590.830.991.221.371.61如图乙所示，将木板固定在水平桌面上，滑块置于木板上左端C处，细绳跨过定滑轮分别与滑块和重物P连接，保持滑块静止，测量重物P离地面的高度h；滑块由静止释放后开始运动并最终停在木板上的D点(未与滑轮碰撞)，测量C、D间的距离s。完成下列作图和填空：(1)根据表中数据在给定坐标纸上作出FG图线。(2)由图线求得滑块和木板间的动摩擦因数 (保留2位有效数字)。(3)滑块最大速度的大小v (用h、s、和重力加速度g表示)。解析(1)根据描点法在FG图象上描出各点，再连接起来，如图所示；(2)由图甲可知FG，
8、则FG图象上的直线的斜率代表值的大小。由FG图象可知0.40；(3)当重物P刚好下落到地面时，滑块的速度v最大，此时滑块的位移为h，此后滑块做加速度为g的匀减速运动，由公式v2v2as知：滑块的最大速度vmax满足：v2g(sh)，则vmax。答案(1)图象如解析图(2)0.40(3) 5(2015广东佛山模拟)如图甲是“研究匀变速直线运动”实验中获得的一条纸带，O、A、B、C、D和E为纸带上六个计数点，加速度大小用a表示。(1)OD间的距离为 cm。(2)图乙是根据实验数据绘出的xt2图线(x为各计数点至同一起点的距离)，斜率表示 ，加速度大小为 m/s2(保留三位有效数字)。答案(1)1.
9、20(2)加速度的一半(或)0.9336(2015湖北六校调考)某同学设计了以下的实验来验证机械能守恒定律：在竖直放置的光滑的塑料米尺上套一个磁性滑块m，滑块可沿米尺自由下落。在米尺上还安装了一个连接了内阻很大数字电压表的多匝线框A，线框平面在水平面内，滑块可穿过线框，如图所示。把滑块从米尺的0刻度线处释放，记下线框所在的刻度h和滑块穿过线框时的电压U。改变h，调整线框的位置，多做几次实验，记录各次的h，U。(1)如果采用图象法对得出的数据进行分析论证，用图线 (选填“Uh”或“U2h”)更容易得出结论。(2)影响本实验精确程度的因素主要是 (列举一点即可)。答案(1)U2h(2)空气阻力(或
10、电磁感应损失机械能)7(2015中原名校豫南九校联考)某探究学习小组用如图所示的方案测滑块与木板间的动摩擦因数。在实验桌上固定一斜面，在斜面上距斜面底端挡板一定距离处放置一小滑块，系住小滑块的轻质细线跨过光滑的定滑轮后系住一小球，整个系统处于静止状态。剪断细线后，小滑块沿斜面向下运动与挡板相碰，小球自由下落与地面相碰，先后听到两次碰撞的声音。反复调节挡板的位置，直到只听到一次碰撞的声音。测得此情况下小滑块距挡板的距离x0.5 m，距桌面距离h0.3 m，小球下落的高度H1.25 m，取g10 m/s2。不考虑空气的阻力，则：(1)小滑块与挡板碰前的速度大小为 m/s。(2)滑块与木板间动摩擦因
11、数的表达式为 (用所给物理量的符号表示)，代入数据得 。解析(1)同时听到声音说明小球与小滑块运动时间相同，设都为t，由小球做自由落体运动有Hgt2，解得t0.5 s，则小滑块与挡板碰撞时的速度为v2 m/s。(2)对滑块做匀加速直线运动，有xat2由牛顿第二定律得mgsin mgcos ma由几何关系得sin ，cos 联立以上各式解得代入数值解得0.25答案(1)2(2)0.25二、电学实验8(2016河南洛阳一中模拟)有一个额定电压为2.8 V，功率约为0.8 W的小灯泡，现要用伏安法描绘这个灯泡的IU图线，有下列器材供选用：A电压表(03 V，内阻6 k)B电压表(015 V，内阻30
12、 k)；C电流表(03 A，内阻0.1 )；D电流表(00.6 A，内阻0.5 )；E滑动变阻器(10 ，2 A)；F滑动变阻器(200 ，0.5 A)；G蓄电池(电动势6 V，内阻不计)。(1)某同学误将电流表和电压表接成如图甲所示的电路，其他部分连接正确，接通电源后，小灯泡的发光情况是 。要求小灯泡的电压从零开始增大，应选择图乙中的电路图是 。(填“a”或“b”)(2)用正确的电路进行测量，电压表应选用 ，电流表应选用 。(用序号字母表示)(3)滑动变阻器应选用 。(用序号字母表示)(4)通过实验测得此灯泡的伏安特性曲线如图丙所示。由图线可求得此灯泡在正常工作时的电阻为 。(5)若将此灯泡
13、与电动势6 V、内阻不计的电源相连，要使灯泡正常发光，需串联一个阻值为 的电阻(此空答案取三位有效数字)。解析(1)由电路图可知，电压表串接在电路中，电路中的电阻很大，小灯泡不亮；要使电压从零开始调节，应采用分压接法；故电路图应选择b；(2)由题意可知，灯泡的额定电压为2.8 V，故电压表的量程应大于2.8 V，故电压表应选3 V量程，故选A；由PUI可得，电流为I A0.29 A，故电流表应选D；(3)本实验中应选用分压接法，故滑动变阻器应选小电阻，故滑动变阻器选E；(4)由图可知，当电压为2.8 V时，电流为0.28 A，故电阻R 10 ；(5)要使灯泡串联在6 V的电源上正常工作，则与之
14、串联的电阻的电压应为6 V2.8 V3.2 V；此时电路中电流为0.28 A，故应串联的电阻R 11.4 。答案(1)不亮b(2)AD(3)E(4)10(5)11.49(2016湖北武汉外国语期中)某同学要测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率。步骤如下：(1)用游标为20分度的卡尺测量其长度如图,由图可知其长度为L mm；(2)用螺旋测微器测量其直径如右上图,由图可知其直径为D mm；(3)用多用电表的电阻“10”挡，按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻，表盘的示数如图，则该电阻的阻值约为R 。(4)该同学想用伏安法更精确地测量其电阻R，现有的器材及其代号和规格如下：待测圆柱体电阻R电流表A1(量
15、程04 mA，内阻约50 )；电流表A2(量程010 mA，内阻约30 )；电压表V1(量程03 V，内阻约10 k)；电压表V2(量程015 V，内阻约25 k)；直流电源E(电动势4 V，内阻不计)；滑动变阻器R1(阻值范围015 ，允许通过的最大电流2.0 A)滑动变阻器R2(阻值范围02 k，允许通过的最大电流0.5 A)开关S、导线若干为使实验误差较小，要求测得多组数据进行分析，请在下框中画出测量的电路图，并标明所用器材的代号。(5)根据你设计的测量电路，在下图中用实线连接好电路。(6)圆柱体材料的电阻率表达式为 。(用所测量量的字母表达)解析(1)游标卡尺的读数为：L5 cm3 m
16、m5.015 cm50.15 mm(2)螺旋测微器的读数为d4.5 mm0.0119.8 mm4.698 mm(3)欧姆表的读数为R2210 220 (4)电源电动势为4 V，电压表应选V1，电路最大电流约为I A13.6 mA，电流表应选A2，为方便实验操作，滑动变阻器应选R1，待测电阻阻值大于滑动变阻器最大阻值，滑动变阻器采用分压接法，电压表内阻远大于待测电阻阻值，电流表采用外接法，实验电路图如图所示：(6)待测电阻阻值R，电阻R，则电阻率。答案(1)50.15(2)4.698(3)220(4)见解析图(5)略(6)10(2016广西柳州铁路一中月考)某多用电表内欧姆挡“1”的内部电路图如
17、图所示，小明同学将电阻箱和电压表V并联后接在两表笔a、b上，欲用图示的电路测量多用电表内部的电阻r(远小于电压表V的内阻)和电池的电动势E。实验的主要步骤为：(1)表笔a为 (填“红表笔”或“黑表笔”)。将选择开关转至欧姆挡“1”，将红黑表笔短接，调节 ，使指针指在 (填“左”或“右”)侧零刻度处。(2)改变电阻箱R的阻值，分别读出6组电压表和电阻箱的示数U、R，将、的值算出并记录在表格中，请将第3、5组数据的对应点在坐标纸上补充标出，并作出图线。组数123456R100.050.025.016.712.59.10.010.020.040.060.080.11U1.200.950.740.60
18、0.500.400.831.051.351.682.002.50(3)根据图线得到电动势E V，内电阻r 。(结果保留三位有效数字)(4)由于电压表的分流作用，多用电表内部电池的电动势的测量值比真实值 (填“大”或“小”)。解析(1)表笔a接内部电池的负极，应为红表笔。红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指到右侧零刻度处。(2)图线如图所示。(3)由EUr得，结合图线得0.70，解得E1.43 V，r23.4 。(4)当R为无穷大即为不接电阻箱时电压表的示数为多用电表内部电池的电动势的测量值，而电压表两端的电压等于电动势的真实值减去多用电表的内电压，所以多用电表内部电池的电动势的测量值比真
19、实值小。答案(1)红表笔欧姆调零旋钮(或调R0)右(2)如图所示(3)1.43(1.411.45)23.4(22.923.9)(4)小11(2016广东广州六校联考)(1)某研究小组的同学为了测量某一电阻Rx的阻值，甲同学先用多用电表进行粗测。使用多用电表欧姆挡时，将选择开关调到欧姆挡“10”挡位并调零，测量时发现指针向右偏转角度太大，这时他应该：先将选择开关换成欧姆挡的“ ”挡位，将红、黑表笔短接，再进行 ，使指针指在欧姆刻度的“0”处；再次测量电阻Rx的阻值时，指针在刻度盘上停留的位置如图甲所示，则所测量的值为 。(2)为进一步精确测量该电阻，实验台上摆放有以下器材：A电流表(量程15 m
20、A，内阻约100 )B电流表(量程0.6 A，内阻约0.5 )C电阻箱(最大电阻99.99 )D电阻箱(最大电阻999.9 )E电源(电动势3 V，内阻0.8 )F单刀单掷开关2只G导线若干乙同学设计的电路图如图乙所示，现按照如下实验步骤完成实验：调节电阻箱，使电阻箱有合适的阻值R1，仅闭合S1，使电流表有较大的偏转且读数为I；调节电阻箱，保持开关S1闭合，开关S2闭合，再次调节电阻箱的阻值为R2，使电流表读数仍为I。a根据实验步骤和实验器材规格可知，电流表应选择 (填器材前字母)b根据实验步骤可知，待测电阻Rx (用题目所给测量数据表示)。(3)利用以上实验电路，闭合S2调节电阻箱R，可测量
21、出电流表的内阻RA，丙同学通过调节电阻箱R，读出多组R和I值，作出了R图象如图丙所示。若图象中纵轴截距为1 A1，则电流表内阻RA 。解析(1)欧姆表使用前首先应进行欧姆调零，即将两表笔短接，调整欧姆调零旋钮使指针指在欧姆刻度的“0”处，所测量电阻的值为：R12.01 12.0 。(2)根据闭合电路欧姆定律可知，通过待测电阻的最大电流为Imax30 mA，所以电流表应选A；b、根据闭合电路欧姆定律，S2断开时有：EI(RxR1RAr)S2闭合时有：EI(R2RAr)联立解得：RxR2R1。(3)S闭合后，由闭合电路欧姆定律可知：EI( R2RAr)，则有：，则可知图象的纵轴的交点为：1，解得R
22、A2.2 。答案(1)1欧姆调零12(2)AR2R1(3)2.212(2015河南六市一联)某学习小组通过实验来研究用电器Z的导电规律。他们在实验中测得用电器Z两端的电压与通过Z的电流的数据如下表：U/V0.00.20.51.01.52.02.53.0I/A0.0000.0500.1000.1500.1800.1950.2050.215(1)请根据上述表格中的数据，在图a中用笔连线补充完成该电路的实物图；(2)请根据题中信息，在方框内画出电路图；(3)利用这些数据绘出的用电器Z的伏安特性曲线如图b所示。若把该用电器Z接入图c所示的电路中时，电流表的读数为0.100 A，已知A、B两端电压恒为1
23、.5 V，则定值电阻R0的阻值为 。解析(2)由实验数据可知用电器Z的电压和电流均从零开始增加，所以滑动变阻器应使用分压式接法，实物连接图及电路图见答案。(3)当通过Z的电流为0.100 A时，从图b中可得此时Z两端电压为0.5 V，则R0两端电压U01.5 V0.5 V1 V，R010 。答案(1)如图甲所示(2)如图乙所示(3)1013(2015河北邢台摸底)热敏电阻包括正温度系数电阻器(PTC)和负温度系数电阻器(NTC)。正温度系数电阻器(PTC)在温度升高时电阻值增大，负温度系数电阻器(NTC)在温度升高时电阻值减小，热敏电阻的这种特性，常常应用在控制电路中。某实验小组选用下列器材探
24、究通过热敏电阻Rx(常温下阻值约为10.0 )的电流随其两端电压变化的特点。A电流表A(量程0.6 A，内阻约0.3 )B电压表V(量程15.0 V，内阻约10 k)C滑动变阻器R(最大阻值为10 )D滑动变阻器R(最大阻值为500 )E电源E(电动势15 V，内阻忽略)F电键、导线若干实验中改变滑动变阻器滑片的位置，使加在热敏电阻两端的电压从零开始逐渐增大，请在所提供的器材中选择必需的器材，应选择的滑动变阻器是 。(只需填写器材前面的字母即可)请在所提供的器材中选择必需的器材，在下面的虚线框内画出该小组设计的电路图。该小组测出热敏电阻R1的UI图线如图甲中曲线所示。请分析说明该热敏电阻是 热
25、敏电阻(填PTC或NTC)。该小组又通过查阅资料得出了热敏电阻R2的UI图线如图甲中曲线所示。然后又将热敏电阻R1、R2分别与某电池组连成如图乙所示电路。接通对应电路后，测得通过R1和R2的电流分别为0.30 A和0.60 A，则该电池组的电动势为 V，内阻为 。(结果均保留三位有效数字)解析该实验要求加在热敏电阻两端的电压从零开始逐渐增大，则滑动变阻器要采用分压式接法，故滑动变阻器应选用最大阻值小的，即选C。因1 000，故电流表应选外接法。实验电路图如图所示。由图象可知，R1的电阻随着温度的升高而增大，应为PTC热敏电阻。由UI图可读得当I10.30 A时，U18.0 VI20.60 A时
26、，U26.0 V由闭合电路欧姆定律得EU1I1rEU2I2r联立以上两式代入数值解得：E10.0 V，r6.67 。答案(1)C(2)见解析图(3)PTC(4)10.0(9.6010.4)6.67(6.008.00)创新导向题1巧测重锤质量用图示装置测量重锤的质量，在定滑轮两侧分别挂上重锤和n块质量均为m0的铁片，重锤下端贴一遮光片，铁架台上安装有光电门。调整重锤的高度，使其从适当的位置由静止开始下落，读出遮光片通过光电门的挡光时间t0；从定滑轮左侧依次取下1块铁片放到右侧重锤上，让重锤每次都从同一位置由静止开始下落，计时器记录的挡光时间分别为t1、t2，计算出t、t。(1)挡光时间为t0时，
27、重锤的加速度为a0。从左侧取下i块铁片置于右侧重锤上时，对应的挡光时间为ti，重锤的加速度为ai，则 。(结果用t0和ti表示)(2)作出i的图线是一条直线，直线的斜率为k，则重锤的质量M 。(3)若重锤的质量约为300 g，为使实验测量数据合理，铁片质量m0比较恰当的取值是 。A1 g B5 g C40 g D100 g解析(1)挡光时间为t0时，重物通过光电门的速度v0，挡光时间为ti时，重物通过光电门的速度vi，由2axv2得：。(2)由题意知a0g，aig，则1，i的图线的斜率k，可得Mm0。(3)要使每次移动铁片加速度的变化明显，也就是做出的i的图线斜率较大，又能尽可能多的描绘多个点
28、，合理的m0的值应为所给的C选项。答案(1)(2)m0(3)C2巧测电源电动势和内阻的实验为了测定电源电动势E、内电阻r的大小并同时描绘出小灯泡的伏安特性曲线，某同学设计了如图甲所示的电路。闭合开关，调节电阻箱的阻值，同时记录电阻箱的阻值R，电压表V1的示数U1，电压表V2的示数U2。根据记录数据计算出流过电阻箱的电流I，分别描绘了a、b两条UI图线，如图乙所示，请回答下列问题：(1)写出流过电阻箱的电流I的表达式 ；(2)小灯泡两端电压随电流变化的图象是 (选填“a”或“b”)；(3)根据图乙可以求得电源的电动势E V，内电阻r ，该电路中小灯泡消耗的最大功率为 W。解析(1)电阻箱两端电压
29、URU1U2，通过电阻箱的电流I。(2)灯泡与电阻箱串联，电压表V2测灯泡电压，灯泡两端电压随电流增大而增大，由图乙所示图象可知，图线b是灯泡电压随电流变化的关系图象。(3)随电流增大，路端电压减小，由图乙所示图象可知，图线a是电源的UI图象，由图线a可知，电源电动势E3.0 V，电源内电阻r2 ；由图线a可知，灯泡两端最大电压为2 V，电流为0.5 A，灯泡最大功率PUI2 V0.5 A1 W。答案(1)I(2)图线b(3)E3.0 V2 1 W3测液体(自来水)的电阻率国际(GB/T)规定自来水在15 时电阻率应大于13 m。某同学利用图甲所示电路测量15 自来水的电阻率，其中内径均匀的圆
30、柱形玻璃管侧壁连接一细管，细管上加有阀门K以控制管内自来水的水量，玻璃管两端接有导电活塞(活塞电阻可忽略)，右活塞固定，左活塞可自由移动。实验器材还有：电源(电动势约为3 V，内阻可忽略)；电压表V1(量程为3 V，内阻很大)；电压表V2(量程为3 V，内阻很大)；定值电阻R1(阻值4 k)；定值电阻R2(阻值2 k)；电阻箱R(最大阻值9 999 )；单刀双掷开关S，导线若干，游标卡尺，刻度尺。图甲实验步骤如下：A用游标卡尺测量玻璃管的内径d；B向玻璃管内注满自来水，并用刻度尺测量水柱长度L；C把S拨到1位置，记录电压表V1示数；D把S拨到2位置，调整电阻箱阻值，使电压表V2示数与电压表V1
31、示数相同，记录电阻箱的阻值R；E改变玻璃管内水柱长度，重复实验步骤C、D，记录每一次水柱长度L和电阻箱阻值R；F断开S，整理好器材。图乙(1)测玻璃管内径d时游标卡尺示数如图乙所示，则d mm。(2)玻璃管内水柱的电阻Rx的表达式为：Rx (用R1、R2、R表示)。(3)利用记录的多组水柱长度L和对应的电阻箱阻值R的数据，绘制出如图丙所示的R关系图象。自来水的电阻率 m(保留两位有效数字)。图丙(4)本实验中若电压表V1内阻不是很大，则自来水电阻率测量结果将 (填“偏大”、“不变”或“偏小”)。解析(1)根据游标卡尺的读数规则，玻璃管内径d30 mm00.05 mm30.00 mm。(2)把S拨到1位置，记录电压表V1示数，得到通过水柱的电流I1。由闭合电路欧姆定律得EURx；把S拨到2位置，调整电阻箱阻值，使电压表V2示数与电压表V1示数相同，记录电阻箱的阻值R，得到该支路的电流I2。由闭合电路欧姆定律得EUR2；联立解得：Rx。(3)由电阻定律Rx，Rx，联立解得：R。R关系图象斜率k400 m，k，S，解得：14 m。(4)本实验中若电压表V1内阻不是很大，则通过水柱的电流I1大于测量值，即RxR2，得到Rx，即自来水电阻测量值偏大，则自来水电阻率测量结果将偏大。答案(1)30.00(2) (3)14(4)偏大