2017-2018學(xué)年高中物理 第2章 直流電路 第5節(jié) 學(xué)生實(shí)驗(yàn)：測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻練習(xí) 教科版選修3-1.doc

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第5節(jié)　學(xué)生實(shí)驗(yàn)：測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 1．由E＝U＋I(xiàn)r知，只要測(cè)出U、I的________數(shù)據(jù)，就可以列出兩個(gè)關(guān)于E、r的方程，從而解出E、r，因此用電壓表、電流表加上一個(gè)可變電阻就能測(cè)E、r，電路圖如圖1所示． 圖1 若采用此方法，為了減小誤差，可以多測(cè)幾組I和U的數(shù)據(jù)，分別列出若干組聯(lián)立方程．求出若干組E和r，最后以E的________和r的________作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果．或以____為橫坐標(biāo)，____為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系．據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描點(diǎn)．此時(shí)大致可以看出這些點(diǎn)呈________分布，如果發(fā)現(xiàn)個(gè)別明顯錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，應(yīng)該把它剔除．用直尺畫一條直線，使盡量多的點(diǎn)落在這條直線上，不在直線上的點(diǎn)能____________________兩側(cè)，這條直線就能很好地代表U—I關(guān)系，這條直線與U軸的交點(diǎn)表示I＝____，屬于________的情況，這時(shí)的電壓U等于________，這條直線與I軸的交點(diǎn)表示U＝____，屬于________的情況，根據(jù)短路電流I短跟電源內(nèi)阻r、電動(dòng)勢(shì)E的關(guān)系r＝，就可計(jì)算出電源的內(nèi)阻． 2．由E＝IR＋I(xiàn)r可知，只要能得到________的兩組數(shù)據(jù)，列出關(guān)于E、r的兩個(gè)方程，就能解出E、r，用到的器材有________、________、________、________，電路圖如圖2所示． 圖2 3.由E＝U＋r知，如果能得到________的兩組數(shù)據(jù)，列出關(guān)于E、r的兩個(gè)方程，就能解出E、r，用到的器材是_________、_________、_________、________，電路圖如圖3所示． 圖3 4．用伏安法測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，下列說法中錯(cuò)誤的是(　　) A．應(yīng)選用舊的干電池作為被測(cè)電源，以使電壓表讀數(shù)變化明顯 B．應(yīng)選用內(nèi)阻較小的電壓表和電流表 C．移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片時(shí)，不能使滑動(dòng)變阻器短路造成電流表過載 D．使滑動(dòng)變阻器阻值盡量大一些，測(cè)量誤差才小 5．為測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，待測(cè)電池、開關(guān)、導(dǎo)線配合下列儀器可達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖?　　) A．一只電流表和一只電阻箱 B．一只電壓表和一只電阻箱 C．一只電流表和一個(gè)滑動(dòng)變阻器 D．一只電壓表和一個(gè)滑動(dòng)變阻器 【概念規(guī)律練】 知識(shí)點(diǎn)一　實(shí)驗(yàn)原理 1．在測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，電源的電動(dòng)勢(shì)約為6 V，內(nèi)阻約為0.5 Ω，電流表的內(nèi)阻為0.5 Ω，電壓表的內(nèi)阻為6 kΩ.為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)當(dāng)采用的電路是選項(xiàng)中的(　　) 2．圖4是根據(jù)某次測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)作出的U－I圖象，下列關(guān)于這個(gè)圖象的說法中正確的是(　　) 圖4 A．縱軸截距表示待測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)，即E＝3.0 V B．橫軸截距表示短路電流，即I0＝0.6 A C．根據(jù)r＝，計(jì)算出待測(cè)電源內(nèi)阻為5 Ω D．根據(jù)r＝||，計(jì)算出待測(cè)電源內(nèi)阻為1 Ω 知識(shí)點(diǎn)二　電路的連接 3．如圖5所示是測(cè)量?jī)晒?jié)干電池組成的串聯(lián)電池組的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)所用器材，用實(shí)線將它們連成實(shí)驗(yàn)電路． 圖5 【方法技巧練】 一、實(shí)驗(yàn)器材的選擇方法 4.用如圖6所示電路，測(cè)定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻．電池的內(nèi)阻較小，為了防止在調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器時(shí)造成短路，電路中用一個(gè)定值電阻R0起保護(hù)作用．除電池、開關(guān)和導(dǎo)線外，可供使用的實(shí)驗(yàn)器材還有： 圖6 (a)電流表(量程0.6 A、3 A)； (b)電壓表(量程3 V、15 V)； (c)定值電阻(阻值1 Ω、額定功率5 W)； (d)定值電阻(阻值10 Ω、額定功率10 W)； (e)滑動(dòng)變阻器(阻值范圍0～10 Ω、額定電流2 A)； (f)滑動(dòng)變阻器(阻值范圍0～100 Ω、額定電流1 A)． 那么： (1)要正確完成實(shí)驗(yàn)，電壓表的量程應(yīng)選擇______ V，電流表的量程應(yīng)選擇________ A；R0應(yīng)選擇________ Ω的定值電阻，R應(yīng)選擇阻值范圍是________ Ω的滑動(dòng)變阻器． (2)引起該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的主要原因是________． 二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法 5．用電流表和電壓表測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r，所用電路如圖7(a)所示，一位同學(xué)測(cè)得的六組數(shù)據(jù)如下表所示. 組別 1 2 3 4 5 6 電流I/A 0.12 0.20 0.31 0.32 0.50 0.57 電壓U/V 1.37 1.32 1.24 1.18 1.10 1.05 (1)試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在圖(b)中作出U—I圖線． 圖7 (2)根據(jù)圖線求出電池的電動(dòng)勢(shì)E＝________ V，電池的內(nèi)阻r＝________ Ω. 三、測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 6．在做測(cè)干電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)時(shí)備有下列器材可供選用． A．干電池(電動(dòng)勢(shì)約為1.5 V) B．直流電流表(量程為0～0.6～3 A,0.6 A擋內(nèi)阻為0.10 Ω，3 A擋內(nèi)阻為0.025 Ω) C．直流電壓表(量程為0～3～15 V,3 V擋內(nèi)阻為5 kΩ，15 V擋內(nèi)阻為25 kΩ) D．滑動(dòng)變阻器(阻值范圍為0～15 Ω，允許最大電流為1 A) E．滑動(dòng)變阻器(阻值范圍為0～1 000 Ω，允許最大電流為0.5 A) F．開關(guān) G．導(dǎo)線若干 H．電池夾 (1)將選定的器材按本實(shí)驗(yàn)要求的電路(系統(tǒng)誤差較小)給圖8所示的實(shí)物圖連線． 圖8 (2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄，畫出的U—I圖象如圖9所示，可得待測(cè)電池的內(nèi)阻r＝________ Ω. 圖9 1．下列給出多種用伏安法測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的數(shù)據(jù)處理方法，其中既能減小偶然誤差又直觀、簡(jiǎn)便的是(　　) A．測(cè)出兩組I、U的數(shù)據(jù)，代入方程組E＝U1＋I(xiàn)1r和E＝U2＋I(xiàn)2r，求出E和r B．多測(cè)幾組I、U的數(shù)據(jù)，求出幾組E、r，最后分別求出其平均值 C．測(cè)出多組I、U的數(shù)據(jù)，畫出U—I圖象，再根據(jù)圖象求E、r D．多測(cè)幾組I、U的數(shù)據(jù)，分別求出I和U的平均值，用電壓表測(cè)出斷路時(shí)的路端電壓即為電動(dòng)勢(shì)E，再用閉合電路歐姆定律求出內(nèi)電阻r 2．用如圖10所示的電路測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)作出了如圖11所示的U—I圖象，由圖象可知(　　) 　　 　圖10　　　　　　　　圖11 A．電池電動(dòng)勢(shì)為1.40 V B．電池內(nèi)阻值為3.50 Ω C．外電路短路時(shí)的電流為0.40 A D．電壓表的示數(shù)為1.20 V時(shí)，電流表的示數(shù)I′約為0.20 A 3.有三組同學(xué)分別測(cè)量三節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻，利用圖線處理測(cè)得的數(shù)據(jù)，畫出U—I圖線如圖12所示，則三組同學(xué)測(cè)得的干電池電動(dòng)勢(shì)Ea、Eb、Ec大小關(guān)系是________，內(nèi)電阻ra、rb、rc大小的關(guān)系是________．(用“>”、“＝”或“<”表示) 圖12 4．用一只高阻值的電壓表和電阻箱，可以測(cè)得電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，按圖13所示連接電路，實(shí)驗(yàn)時(shí)先閉合S1，從電壓表中讀得U1＝2 V，再閉合S2，改變電阻箱的電阻，當(dāng)R＝24 Ω時(shí)，U2＝1 V，由上述數(shù)據(jù)可知，該電池的電動(dòng)勢(shì)E＝________，內(nèi)阻r＝________. 圖13 5．在“測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)中，已連接好部分實(shí)驗(yàn)電路． (1)按如圖14甲所示的實(shí)驗(yàn)電路，把圖乙中剩余的電路連接起來． (2)在如圖14乙所示的電路中，為避免燒壞電表，閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)置于________端(填“A”或“B”)． 圖14 (3)圖15是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的U—I圖象，由圖可知，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝________ V，內(nèi)阻r＝________ Ω. 圖15 6．給你一個(gè)伏特表、一個(gè)電阻箱、開關(guān)及導(dǎo)線等，如何根據(jù)閉合電路歐姆定律測(cè)出一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻． (1)畫出電路圖． 圖16 (2)實(shí)驗(yàn)過程中，將電阻箱撥到45 Ω時(shí)，伏特表讀數(shù)為0.90 V；若將電阻箱撥到圖16甲所示的______ Ω時(shí)，伏持表的讀數(shù)如圖乙所示是________ V. (3)根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，可以算出該節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)E＝________ V，內(nèi)電阻r＝________ Ω. 7．用電流表和電壓表測(cè)定一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)中，所用電流表和電壓表的內(nèi)電阻分別為0.1 Ω和1 kΩ，如圖17所示為所需的器材． 圖17 (1)請(qǐng)你把它們連成實(shí)驗(yàn)電路，注意兩個(gè)電表要選用適當(dāng)量程，并要求變阻器的滑動(dòng)片在左端時(shí)其電阻值最大． (2)一位同學(xué)記錄的6組數(shù)據(jù)見下表，試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在圖18中畫出U—I圖線，根據(jù)圖線求出電池的電動(dòng)勢(shì)E＝________ V，內(nèi)阻r＝________ Ω. I/A 0.12 0.20 0.31 0.32 0.50 0.57 U/V 1.37 1.32 1.24 1.18 1.10 1.05 圖18 8.某研究性學(xué)習(xí)小組利用如圖19所示電路測(cè)量電池組的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出如圖20所示的R－圖線，其中R為電阻箱讀數(shù)，I為電流表讀數(shù)，由此可以得到E＝________ V，r＝________ Ω. 圖19 圖20 9．有一層疊電池，它的電動(dòng)勢(shì)E約為9 V，內(nèi)阻r約50 Ω，允許輸出的最大電流為50 mA，為了測(cè)定這個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，實(shí)驗(yàn)室提供有以下器材可供選擇： 器材 符號(hào) 規(guī)格 理想電壓表 ○V 測(cè)量范圍0～15 V 電流表 A1 測(cè)量范圍0～1 mA，內(nèi)阻r1＝100 Ω 電流表 A2 測(cè)量范圍0～0.6 A，內(nèi)阻r2＝0.01 Ω 滑動(dòng)變阻器 R 總電阻約1 kΩ 定值電阻 R0 電阻R0＝5 Ω 開關(guān)(K)一個(gè)，導(dǎo)線若干 (1)為能測(cè)多組數(shù)據(jù)并有較高的準(zhǔn)確程度，在虛線方框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖．圖中各元件要用題目中給出的符號(hào)或字母標(biāo)出． (2)根據(jù)兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以求出E＝____________、r＝____________________________(用已知量和測(cè)得量的符號(hào)表示)；式中各符號(hào)的意義是 ___________________________________________________________________________． 10．某同學(xué)為了較精確地測(cè)量某一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備了下列器材： A．待測(cè)干電池E(電動(dòng)勢(shì)約為1.5 V，內(nèi)阻約為1 Ω) B．電流表G(滿偏電流3.0 mA，內(nèi)阻為100 Ω) C．電流表A(量程0～0.6 A，內(nèi)阻約為1 Ω) D．滑動(dòng)變阻器R1(0～10 Ω，額定電流為2 A) E．滑動(dòng)變阻器R2(0～1 kΩ，額定電流為1 A) F．定值電阻R0(阻值為900 Ω) G．開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干 (1)為了能比較準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)還要考慮操作的方便，實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器應(yīng)選________． (2)根據(jù)題意在圖21中畫出該實(shí)驗(yàn)所需要的電路圖． 圖21 (3)根據(jù)電路圖，將實(shí)物圖22連接起來，組成完整的電路． 圖22 (4)如圖23所示，是某同學(xué)根據(jù)正確的實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)作出的圖線，其中，縱坐標(biāo)I1為電流表G的示數(shù)，橫坐標(biāo)I2為電流表A的示數(shù)，由圖可知，被測(cè)干電池的電動(dòng)勢(shì)為________ V，內(nèi)電阻為________ Ω(保留2位有效數(shù)字) 圖23 第5節(jié)　學(xué)生實(shí)驗(yàn)：測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 答案 課前預(yù)習(xí)練 1．兩組　平均值　平均值　I　U　直線　均勻分布在直線 0　斷路　電動(dòng)勢(shì)　0　短路 2．I、R　電源　開關(guān)　變阻箱　電流表 3．U、R　電源　開關(guān)　變阻箱　電壓表 4．BD　[選用電表時(shí)應(yīng)選用內(nèi)阻較大的電壓表和內(nèi)阻較小的電流表；同時(shí)，滑動(dòng)變阻器的阻值不能太大，如果太大不便于調(diào)節(jié)．] 5．AB　[由E＝IR＋I(xiàn)r知測(cè)E、r用一只電流表測(cè)電流，用電阻箱改變外電阻并可讀出阻值，只要獲得兩組I、R數(shù)據(jù)即可求得E、r，用滑動(dòng)變阻器無法確定接入電路的電阻，故A正確，C不可行；由E＝U＋r知測(cè)E、r用一只電壓表和一只電阻箱可獲得兩組U、R值求出E、r，故B可行；若用一只電壓表和一個(gè)滑動(dòng)變阻器不可以，因滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值無法確定，故D不能達(dá)到目的．] 課堂探究練 1．A　[電流表的內(nèi)阻與電源的內(nèi)阻差不多，采用電流表外接法．B圖測(cè)的實(shí)際上是電源內(nèi)阻和電流表內(nèi)阻之和，誤差較大，故選A、D圖錯(cuò)誤，C圖無法測(cè)出．] 2．AD　[由于縱坐標(biāo)并非從零開始，故橫軸截距不是短路電流，內(nèi)阻r＝||＝Ω＝1Ω.] 3．見解析圖 解析　首先畫出實(shí)驗(yàn)電路圖如右圖甲所示．依據(jù)電路圖連接實(shí)物圖如圖乙所示．因?yàn)榇郎y(cè)電源電動(dòng)勢(shì)約為3V，所以電壓表選用0～3V的量程；干電池的允許電流一般在0.5A左右，所以電流表應(yīng)選用0～0.6A的量程；還有一點(diǎn)就是注意開關(guān)閉合前，要使變阻器接入電路的阻值盡量大些，保護(hù)電流表，以防燒壞． 甲 乙 方法總結(jié)　連接實(shí)物電路圖時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)： (1)先畫出原理圖，這是連接實(shí)物的依據(jù)． (2)先接干路，再接支路，例如本題中電壓表可看做支路，因此先把電源、開關(guān)、電流表、滑動(dòng)變阻器依順序連成閉合電路，最后再把電壓表的正負(fù)接線柱連接到相應(yīng)的位置． (3)注意電源的正負(fù)極、電表的正負(fù)接線柱、電表量程的選擇以及滑動(dòng)變阻器接線柱的合理選用． 4．(1)3　0.6　1　0～10　(2)電壓表的分流 解析　(1)一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)為1.5V，所以電壓表量程選擇3V即可，一節(jié)干電池的允許電流在0.6A以下，因此電流表量程選擇0.6A即可． R0起保護(hù)作用使電路中的電流在0.6A以下，若選用定值電阻10Ω，估算最大電流為 Imax＝<＝A＝0.3A 則電流表指針指在半刻度以下，測(cè)量誤差太大，因此定值電阻應(yīng)選用1Ω. 若選用滑動(dòng)變阻器0～100Ω的，則使用范圍太小，不方便操作，因此選用滑動(dòng)變阻器0～10Ω即可． (2)電流表應(yīng)測(cè)量通過電源的電流，但由于電壓表的分流作用，電流表實(shí)際測(cè)量的電流值比通過電源的電流小，所以引起該實(shí)驗(yàn)誤差的主要原因是電壓表的分流． 5．(1)見解析圖　(2)1.45　0.69 解析　本題考查用作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力．作圖線時(shí)應(yīng)使盡可能多的點(diǎn)落在直線上，個(gè)別偏離太大的點(diǎn)應(yīng)舍去，圖線如下圖所示．由圖線與縱軸的交點(diǎn)可得電動(dòng)勢(shì)E＝1.45V，再讀出圖線與橫軸交點(diǎn)的坐標(biāo)(1.00,0.65)，由E＝U＋I(xiàn)r得r＝≈0.69Ω. 點(diǎn)評(píng)　在畫U—I圖象時(shí)，要盡量使多數(shù)點(diǎn)落在直線上，不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，個(gè)別偏離直線太遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去，這樣可減少偶然誤差，提高測(cè)量精度． 6．(1)如下圖所示　(2)1 解析　(1)實(shí)物連接圖如上圖所示，首先是儀器選擇，只有1節(jié)干電池，故電壓表選C(0～3V)；整個(gè)實(shí)驗(yàn)電路中只要不造成短路現(xiàn)象，在此實(shí)驗(yàn)中電池放 電電流也不宜超過0.6A為宜，故電流表量程應(yīng)選B(0～0.6A)；由以上知滑動(dòng)變阻器應(yīng)選D(0～15Ω)；還要用開關(guān)F、導(dǎo)線G和電池夾H.其次是電路選擇，題目要求系統(tǒng)誤差較小，應(yīng)采用右圖所示的電路．所以選用器材代號(hào)為：A、B(0～0.6A)、C(0～3V)、D(0～15Ω)、F、G、H. (2)由U—I圖象可知E＝1.5V，r＝Ω＝1Ω. 點(diǎn)評(píng)　恰當(dāng)選擇器材是做好實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)．要遵循科學(xué)性、準(zhǔn)確性、安全性的原則．此處還應(yīng)特別注意，圖象縱坐標(biāo)不是從零開始，所以r≠Ω. 課后鞏固練 1．C　[A中只測(cè)兩組數(shù)據(jù)求出E、r，偶然誤差較大；B中計(jì)算E、r平均值雖然能減小誤差，但太繁瑣；D中分別求I、U的平均值是錯(cuò)誤的做法．] 2．AD　[圖象與縱坐標(biāo)的交點(diǎn)為電池的電動(dòng)勢(shì)E＝1.40V；電池內(nèi)阻r＝Ω＝1Ω； 根據(jù)E＝U＋I(xiàn)′r，代入數(shù)據(jù)得I′＝＝A＝0.20A．] 3．Ea＝Eb>Ec　rb>ra>rc 4．2V　24Ω 解析　由題意可知，電壓表內(nèi)阻為高阻值，則在先閉合S1時(shí)，U1＝E＝2V；當(dāng)再閉合S2且R＝24Ω，U2＝1V時(shí)，I＝＝A，由閉合電路電壓關(guān)系有U內(nèi)＝E－U2＝1V．則r＝＝24Ω. 5．(1)見解析　(2)B　(3)1.5　1.0 解析　(1)電路連接如下圖． (2)閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值應(yīng)該最大，故滑片應(yīng)置于B端． (3)由圖象可知，電源電動(dòng)勢(shì)為1.5V，內(nèi)阻r＝Ω ＝1.0Ω. 6．(1)電路圖如下圖所示． (2)110　1.10　(3)1.30　20 7．(1)按要求連實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖 (2)U—I圖線 1．45　0.69 8．3　1 解析　解法一：特殊值代入法 從圖象中取兩個(gè)點(diǎn)A和B，如圖所示，從圖象中讀出A、B兩點(diǎn)的坐標(biāo)分別為A(1.0,2)，B(2.0,5)，由此可得I1＝1.0A時(shí)，R1＝2Ω；I2＝0.5A時(shí)，R2＝5Ω，把這兩組數(shù)據(jù)代入下面的方程組可解得E＝3V，r＝1Ω. 解法二：斜率、截距法 由E＝I(R＋r)得R＝－r，所以R－圖象的斜率表示E，即E＝V＝3V；截距為電源內(nèi)阻的負(fù)值，即r＝1Ω. 9．(1)如下圖所示 (2)　　U1、U2是電壓表兩次的讀數(shù)，I1、I2是電流表兩次的讀數(shù) 10．(1)D　(2)如下圖所示 (3)如下圖所示 (4)1.4　0.67