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  • 2021-05-26 发布

2020届二轮复习第17讲 电学实验课件(70张)(天津专用)

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第 17 讲   电学实验 - 2 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 - 3 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 1 . (2019· 天津卷 ) 现测定长金属丝的电阻率。 (1) 某次用螺旋测微器测量金属丝直径的结果如图所示 , 其读数 是      mm 。   - 4 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 (2) 利用下列器材设计一个电路 , 尽量准确地测量一段金属丝的电阻。这段金属丝的电阻 R x 约为 100 Ω , 画出实验电路图 , 并标明器材代号。 电源 E ( 电动势 10 V, 内阻约为 10 Ω ) 电流表 A 1 ( 量程 0 ~ 250 mA, 内阻 R 1 = 5 Ω ) 电流表 A 2 ( 量程 0 ~ 300 mA, 内阻约为 5 Ω ) 滑动变阻器 R ( 最大阻值 10 Ω , 额定电流 2 A) 开关 S 及导线若干 (3) 某同学设计方案正确 , 测量得到电流表 A 1 的读数为 I 1 , 电流表 A 2 的读数为 I 2 , 则这段金属丝电阻的计算式 R x =      。从设计原理看 , 其测量值与真实值相比      ( 填 “ 偏大 ”“ 偏小 ” 或 “ 相等 ”) 。 - 5 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 答案 : (1)0 . 200(0 . 196 ~ 0 . 204 均可 ) (2) 如图 - 6 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 解析 : (1) 螺旋测微器的固定刻度尺上没有漏出第一条半毫米刻度线 , 可定刻度的示数为 20 . 0×0 . 01 mm=0.200 mm, 即为最后读数。 (2) 本实验是测金属丝电阻 , 给出的实验器材中没有电压表而有两个电流表 , 但没有定值电阻或电阻箱 , 不能用电流表改装成电压表使用 , 故首先要考虑利用电流表 A 1 ( 因为内阻已知 ) 作为电压表使用 , 故设计电路时电流表 A 1 与待测电阻要并联 , 而电流表 A 2 放在测量电路的干路上。在控制电路的设计时 , 滑动变阻器选用分压式接法能有效防止电流表被烧坏 , 并能最大限度的扩大调节范围。综上所述 , 电路图设计如图所示。 - 7 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 (3) 由电路图可知待测电阻两端的电压即电流表 A 1 的电压 , 为 电路的设计原理来看 , 测量待测电阻的电压和电流都是准确的 , 故测量值和真实值相等。 命题考点 测定金属的电阻率。 能力要求 解答本题 要注意 分析实验 器材 , 本实验中只有电流表且知道内阻 , 因此可以将该表当成电压表用。 - 8 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 2 . (2018· 天津卷 ) 某同学用伏安法测定待测电阻 R x 的阻值 ( 约为 10 k Ω ), 除了 R x 、开关 S 、导线外 , 还有下列器材供选用 : A. 电压表 ( 量程 0 ~ 1 V, 内阻约 10 k Ω ) B. 电压表 ( 量程 0 ~ 10 V, 内阻约 100 k Ω ) C. 电流表 ( 量程 0 ~ 1 mA, 内阻约 30 Ω ) D. 电流表 ( 量程 0 ~ 0 . 6 A, 内阻约 0 . 05 Ω ) E. 电源 ( 电动势 1 . 5 V, 额定电流 0 . 5 A, 内阻不计 ) F. 电源 ( 电动势 12 V, 额定电流 2 A, 内阻不计 ) G. 滑动变阻器 R 0 ( 阻值范围 0 ~ 10 Ω , 额定电流 2 A ) - 9 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 ( 1) 为使测量尽量准确 , 电压表选用       , 电流表选用       , 电源选用       。 ( 均填器材的字母代号 )   (2) 画出测量 R x 阻值的实验电路图。 (3) 该同学选择器材、连接电路和操作均正确 , 从实验原理上看 , 待测电阻测量值会       其真实值 ( 填 “ 大于 ”“ 小于 ” 或 “ 等于 ”), 原因是   。   - 10 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 答案 : (1)B   C   F (2) 如图所 示 (3) 大于   电压表的读数大于待测电阻两端实际电压 ( 其他正确表述也可 ) - 11 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 解析 : (1) 由于待测电阻约为 10 k Ω , 电源电动势为 12 V 时 , 电路中电流才大约 1 . 2 mA, 故电流表选 C, 电源选 F 。由于待测电阻约为 10 k Ω , 电路中电流约为 1 . 2 mA, 则待测电阻两端电压约为 12 V, 所以电压表选 B 。 (2) 由于待测电阻阻值远大于所选电流表内阻 , 而略小于电压表内阻 , 故实验测量电路设计时用电流表内接法 ; 而滑动变阻器最大阻值远小于待测电阻的阻值 , 故控制电路中滑动变阻器使用限流式接法根本起不到调节作用 , 滑动变阻器只能采用分压式接法。电路图见答案。 (3) 由于电流表内接 , 有分压作用 , 测得的电压大于待测电阻两端的电压 , 所以电阻的测量值大于真实值。 - 12 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 命题考点 伏安法测电阻。 能力要求 解答本题 的关键点在于正确认识伏安法测电阻方法及误差来源。 - 13 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 3 . (2017· 天津卷 ) 某探究性学习小组利用如图所示的电路测量电池的电动势和内阻。其中电流表 A 1 的内阻 r 1 = 1 . 0 k Ω , 电阻 R 1 = 9 . 0 k Ω , 为了方便读数和作图 , 给电池串联一个 R 0 = 3 . 0 Ω 的电阻。 - 14 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 (1) 按图示电路进行连接后 , 发现 aa' 、 bb' 和 cc' 三条导线中 , 混进了一条内部断开的导线。为了确定哪一条导线内部是断开的 , 将开关 S 闭合 , 用多用电表的电压挡先测量 a 、 b' 间电压 , 读数不为零 , 再测量 a 、 a' 间电压 , 若读数不为零 , 则一定是      导线断开 ; 若读数为零 , 则一定是      导线断开。   (2) 排除故障后 , 该小组顺利完成实验。通过多次改变滑动变阻器滑片位置 , 得到电流表 A 1 和 A 2 的多组 I 1 、 I 2 数据 , 作出图像如图。由 I 1 - I 2 图像得到电池的电动势 E=      V, 内阻 r=      Ω 。   - 15 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 答案 : (1) aa'   bb'   (2)1 . 4(1 . 36 ~ 1 . 44 均可 ) 0 . 5(0 . 4 ~ 0 . 6 均可 ) 解析 : (1) 用多用电表的电压挡先测量 a 、 b' 间电压 , 读数不为零 , 可知 a 、 b' 间存在断路 ; 若测量 a 、 a' 间电压 , 读数不为零 , 则 aa' 段存在断路 , 反之 bb' 段存在断路。 (2) 根据题中电路图可 得 E=I 1 ( r 1 +R 1 ) + ( I 1 +I 2 )( r+R 0 ) 整理后可得 联立上式 , 代入数值解得 E ≈1 . 4 V, r ≈0 . 5 Ω 。 - 16 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 命题考点 测定电源的电动势和内阻。 能力要求 解决本题的关键是确定故障的方法 , 对于图线问题 , 一般的解题思路是得出两物理量之间的关系式 , 结合图线斜率和截距进行求解。 - 17 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 4 . (2019· 全国卷 1) 某同学要将一量程为 250 μ A 的微安表改装为量程为 20 mA 的电流表。该同学测得微安表内阻为 1 200 Ω , 经计算后将一阻值为 R 的电阻与该微安表连接 , 进行改装。然后利用一标准毫安表 , 根据图甲所示电路对改装后的电表进行检测 ( 虚线框内是改装后的电表 ) 。 - 18 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 (1) 根据图甲和题给条件 , 将图乙中的实物连线。 (2) 当标准毫安表的示数为 16 . 0 mA 时 , 微安表的指针位置如图丙所示。由此可以推测出所改装的电表量程不是预期值 , 而是      。 ( 填正确答案标号 )   A.18 mA B.21 mA C.25 mA D.28 mA - 19 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 (3) 产生上述问题的原因可能是       。 ( 填正确答案标号 )   A. 微安表内阻测量错误 , 实际内阻大于 1 200 Ω B. 微安表内阻测量错误 , 实际内阻小于 1 200 Ω C. R 值计算错误 , 接入的电阻偏小 D. R 值计算错误 , 接入的电阻偏大 (4) 要达到预期目的 , 无论测得的内阻值是否正确 , 都不必重新测量 , 只需要将阻值为 R 的电阻换为一个阻值为 kR 的电阻即可 , 其中 k=       。   - 20 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 答案 : (1) 连线如图所 示 - 21 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 解析 : (1) 量程为 250 μ A 的微安表改装成量程为 20 mA 电流表时应将电阻与微安表并联。根据电路图 , 从电源正极出发 , 电表正极对应电源正极 , 依次连接 , 注意连线不要交叉。 (2) 通过电流表的电流与偏角成正比 , 表盘 160 μ A 对应 16 mA, 则表盘 250 μ A 对应 25 mA 。 是原微安表内阻测量值偏小 , 其实际内阻 R g 大于 1 200 Ω ; 或者因为定值电阻的阻值 R 计算有误 , 计算值偏大 , 实际接入定值电阻阻值偏小。故选 AC 。 (4) 并联电路电压相等 , = ( I-I g ) R , 即 160 μ A ·R g = (16 mA - 160 μ A) R ; - 22 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 命题考点 电表的改装。 能力要求 本题考查了电流表的改装问题 , 把微安表改装成大量程的电流表需要并联分流电阻 , 应用并联电路特点与欧姆定律可以求出并联电阻阻值。 - 23 - 突破点一 突破点二 突破点三 突破点四 实验仪器的读数 考查方向 常以实验题形式考查。 突破方略 1 . 游标卡尺读数 主尺读数 ( 化为毫米单位 ) + 游标尺格子数 × 精确度 精确度 :10 分度为 0 . 1 mm,20 分度为 0.05 mm,50 分度为 0.02 mm 。 2 . 螺旋测微器读数 固定刻度毫米数 ( 注意有无半刻度 ) + 可动刻度格子数 ( 一定要估读 )×0 . 01 mm 。 注意 : 最后一位的 “0” 不要随意增减。 - 24 - 突破点一 突破点二 突破点三 突破点四 3 . 电流表和 电压表 - 25 - 突破点一 突破点二 突破点三 突破点四 4 . 多用电表 (1) 电流的流向 电流从电表的 “ + ” 插孔 ( 红表笔 ) 流入 , 从 “ - ” 插孔 ( 黑表笔 ) 流出 , 即 “ 红进、黑出 ” 。 (2)“ 机械零点 ” 与 “ 欧姆零点 ” “ 机械零点 ” 在表盘刻度左侧 “0” 位置 , 调整的是表盘下边中间的定位螺丝 ;“ 欧姆零点 ” 在表盘刻度的右侧电阻刻度 “0” 位置 , 调整的是欧姆挡的调零旋钮。 (3) 欧姆表使用注意事项 ① 选挡接着调零 ; ② 换挡重新调零 ; ③ 待测电阻与电路电源断开 ; ④ 尽量使指针指在表盘中间位置附近 ; ⑤ 读数之后要乘以倍率得阻值 ; ⑥ 用完后 , 选择开关要置于 “OFF” 挡或交变电压最高挡。 - 26 - 突破点一 突破点二 突破点三 突破点四 模型构建 【例 1 】 (1) 用游标卡尺测量小球的直径如图甲、乙所示。测量方法正确的是      ( 选填 “ 图甲 ” 或 “ 图乙 ”) 。   (2) 用螺旋测微器测量金属丝的直径 , 如图丙所示 , 则此示数 为      mm 。   - 27 - 突破点一 突破点二 突破点三 突破点四 分析推理 (1) 用游标卡尺测量小球的直径 , 应将小球卡在哪里测量 ? (2) 螺旋测微器读螺旋上的可动刻度读数时 , 需要估读吗 ? (1) 提示 : 外测量爪。 (2) 提示 : 必须估读到下一位。 答案 : (1) 图甲   (2)6 . 700 解析 : (1) 用游标卡尺测量小球的直径 , 应将小球卡在外测量爪中 , 故应选题图甲。 (2) 螺旋测微器的示数为固定读数加上可动读数 , 即 6 . 5 mm+20.0×0.01 mm=6.700 mm 。 - 28 - 突破点一 突破点二 突破点三 突破点四 以题说法 游标卡尺和螺旋测微器读数时应注意的问题 (1)10 分度的游标卡尺 , 以 mm 为单位 , 小数点后只有 1 位。 20 分度的游标卡尺以 mm 为单位 , 小数点后有 2 位。 (2) 游标卡尺在读数时先确定主尺的分度 ( 单位一般是 cm, 分度值为 1 mm), 把数据读成以毫米为单位的。先读主尺数据 , 再读游标尺数据 , 最后两数相加。游标卡尺读数不估读。 (3) 不要把游标尺的边缘当成零刻度 , 而把主尺的刻度读错。 (4) 螺旋测微器读数时 , 要注意固定刻度上表示半毫米的刻度线是否已经露出 ; 要准确到 0 . 01 mm, 估读到 0.001 mm, 即结果若以 mm 为单位 , 则小数点后必须保留三位数字。 - 29 - 突破点一 突破点二 突破点三 突破点四 迁移训练 1 . (2019· 广东深圳调研 ) 图甲所示是多用电表欧姆挡内部的部分原理图 , 已知电源电动势 E= 1 . 5 V, 内阻 r= 1 Ω , 灵敏电流计满偏电流 I g = 10 mA, 内阻为 r g =90 Ω , 表盘如图乙所示 , 欧姆表表盘中值刻度为 “15” 。 - 30 - 突破点一 突破点二 突破点三 突破点四 (1) 多用电表的选择开关旋至 “ Ω ” 区域的某挡位时 , 将多用电表的红、黑表笔短接 , 进行欧姆调零 , 调零后多用电表的总内阻 为      Ω , 某电阻接入红、黑表笔间 , 表盘指针如图乙所示 , 则该电阻的阻值为      Ω 。   (2) 若将选择开关旋至 “×1” 挡 , 则需要将灵敏电流计      ( 选填 “ 串联 ” 或 “ 并联 ”) 一阻值为      Ω 的电阻 , 再欧姆调零。   (3) 多用电表长时间使用后 , 电源内阻变大 , 电动势变小 , 此因素会造成被测电阻的测量值比真实值      ( 选填 “ 偏大 ”“ 不变 ” 或 “ 偏小 ”) 。   - 31 - 突破点一 突破点二 突破点三 突破点四 答案 : (1)150   60   (2) 并联   10   (3) 偏 大 Ω ; 该挡位为 “×10” 欧姆挡 , 则由表盘指针位置可知 , 该电阻的阻值为 6×10 Ω =60 Ω 。 (2) 因中值电阻等于欧姆表的内阻 , 若将选择开关旋至 “×1”, 则欧姆表的内阻为 15 Ω , - 32 - 突破点一 突破点二 突破点三 突破点四 (3) 多用电表长时间使用后 , 电源内阻变大 , 电动势变小 , 则测量同一个电阻时 , 电路中电流偏小 , 指针向右偏转的角度变小 , 电阻的读数偏大。 - 33 - 突破点三 突破点四 突破点一 突破点二 以测电阻为核心的实验 考查方向 常以实验题形式考查。 - 34 - 突破点三 突破点四 突破点一 突破点二 突破方略 1 . 电阻测量的基本方法 (1) 伏安法 : 有电压表、电流表且电表量程恰当时选择 “ 伏安法 ” 。 (2) 安安法 : 电压表不能用或没有电压表的情形下 , 若知道电流表内阻 , 可以将电流表当作电压表使用 , 即选择 “ 安安法 ” 。 (3) 伏伏法 : 电流表不能用或没有电流表的情况下 , 若知道电压表内阻 , 可以将电压表当作电流表使用 , 即选择 “ 伏伏法 ” 。 (4) 伏安加 R 法 : 在运用伏安法测电阻时 , 由于电压表或电流表的量程太小或太大 , 为了满足安全、精确的要求 , 需加保护电阻 ,“ 伏安加 R 法 ” 又叫作 “ 加保护电阻法 ” 。 注意 : 电表的 “ 三用 ”, 如果知道电表的内阻 , 电流表、电压表就既可以测电流 , 也可以测电压 , 还可以作为定值电阻来用 , 即 “ 一表三用 ” 。 - 35 - 突破点三 突破点四 突破点一 突破点二 2 . 电表内阻测量最常用的方法 —— 半偏法 (1) 用半偏法测电流表内阻 , 如图 1 所示 , 电阻箱应和电流表并联 , 然后与大电阻滑动变阻器串联 , R 测 R 真 。 - 37 - 突破点三 突破点四 突破点一 突破点二 3 . 等效替代法 (1) 电流等效替代 ( 如图丙所示 ) (2) 电压等效替代 ( 如图丁所示 ) 4 . 独特的测量方法 —— 电桥法测电阻 在电阻的测量方法中 , 有一种很独特的测量方法 , 那就是电桥法。其测量电路如图戊所示 , 实验中调节电阻箱 R 3 , 当 A 、 B 两点的电势相等时 , R 1 和 R 3 两端的电压相等 , 设为 U 1 , 同时 R 2 和 R x 两端的电压也相等 , 设为 U 2 。 这就是电桥平衡的条件 , 由该平衡条件可求出被测电阻 R x 的阻值 。 - 38 - 突破点三 突破点四 突破点一 突破点二 模型构建 【例 2 】 (2019· 天津北辰区模拟 ) 某课外学习小组要测量一个纯电阻元件的电阻 , 用多用电表测得其阻值约为 5 Ω 。为了更精确测量该电阻值 , 准备了以下实验器材 : A. 电压表 V, 量程 0~3 V, 内阻为几千欧 ; B. 电流表 A, 量程 0~100 mA, 内阻为 3.0 Ω ; C. 标准电阻 R 01 : 阻值 0 . 6 Ω ; D. 标准电阻 R 02 : 阻值 270 . 0 Ω ; E . 滑动变阻器 R 1 :0 ~ 10 Ω , 额定电流 1 A; F . 滑动变阻器 R 2 :0 ~ 2 k Ω , 额定电流 0.5 A; G . 电源 ( E= 6 . 0 V, 内阻约为 0.6 Ω ) H . 开关、导线若干。 - 39 - 突破点三 突破点四 突破点一 突破点二 (1) 实验中 , 标准电阻应选     ( 选填 “ R 01 ” 或 “ R 02 ”), 滑动变阻器应选    ( 选填 “ R 1 ” 或 “ R 2 ”);   (2) 该小组设计了甲、乙两个测量电路 , 其中能更精确测量该电阻的电路图是      ( 选填 “ 甲图 ” 或 “ 乙图 ”);   - 40 - 突破点三 突破点四 突破点一 突破点二 (3) 设该小组利用上面所选的更好电路 , 根据实验中两个电表读数 , 作出 U - I 图线是一条直线 , 如图所示 , 由该图线可知 , 该实验测得元件的电阻值为      Ω ( 结果保留 3 位有效数字 ) 。   - 41 - 突破点三 突破点四 突破点一 突破点二 答案 : (1) R 01   R 1   (2) 甲图   (3)4 . 76 解析 : (1) 若直接用电流表测通过 R x 的电流 , 则 R x 两端电压最大为 U m = 0 . 1×5 V=0.5 V, 此时电压表误差太大 , 故与电流表并联一个定值电阻改装成一个大量程的电流表 , 并联电阻越小 , 改装电流表越大 , 故选 R 01 。测量电路选用滑动变阻器的分压接法 , 此时滑动变阻器选用阻值较小的 , 故滑动变阻器选 R 1 。 (2) 甲图测量电路中电流表内阻和标准电阻阻值已知 , 故甲图可以知道通过待测电阻的电流值和两端的电压值 , 乙图中由于不知道电压表的内阻 , 故不能知道通过待测电阻的电流准确值 , 故更能精确测量电阻的是甲电路图。 - 42 - 突破点三 突破点四 突破点一 突破点二 (3) 电流表示数为 0 . 095 A, 则此时通过待测电阻的电流 为 待测电阻两端的电压为 U x =U-IR A = 3 . 00 V-3×0.095 V=2.715 V - 43 - 突破点三 突破点四 突破点一 突破点二 以题说法 电表的替代与改装 在没有电压表或电压表不能用、没有电流表或电流表不能用时 , 要用到电表的替代与改装。 (1) 内阻已知的电压表相当于小量程的电流表 ; (2) 内阻已知的电流表相当于小量程的电压表 ; (3) 灵敏电流计串大电阻改装成电压表 ; (4) 灵敏电流计并小电阻改装成电流表 ; - 44 - 突破点三 突破点四 突破点一 突破点二 (5) 电阻箱与电流表串联相当于电压表 ; (6) 电阻箱与电压表并联相当于电流表 ; (7) 内阻较小的电源串联定值电阻相当于内阻较大的电源 。 - 45 - 突破点三 突破点四 突破点一 突破点二 迁移训练 2 . (2019· 安徽池州期末 ) 某探究小组为了用 “ 半偏法 ” 测电阻和改装电表 , 先用 “ 半偏法 ” 测量程为 100 μ A 的电流表 G 的电阻 , 后将电流表 G 改装成电压表。 (1) 首先采用如图甲所示的实验电路测量该电流表 G 的内阻 R g , 图中 R 1 为滑动变阻器、 R 2 为电阻箱。按电路图连接好电路 , 将 R 1 的阻值调到最大 , 闭合开关 S 1 后 , 正确操作的步骤应该是      。 ( 选出下列必要的步骤 , 并将其序号排序 )   - 46 - 突破点三 突破点四 突破点一 突破点二 A. 记下 R 2 的阻值 B. 调节 R 1 的阻值 , 使电流表的指针偏转到满刻度 C. 闭合 S 2 , 调节 R 1 和 R 2 的阻值 , 使电流表的指针偏转到满刻度的一半 D. 闭合 S 2 , 保持 R 1 不变 , 调节 R 2 的阻值 , 使电流表的指针偏转到满刻度的一半 (2) 如果按正确操作步骤测得 R 2 的阻值为 100 Ω , 则 R g 的阻值大小为      Ω ; 与电流表内阻的真实值 R g ' 相比 , R g      R g ' ( 填 “ > ”“ = ” 或 “ < ”) 。   (3) 将上述电流表 G 串联一个 29 900 Ω 的电阻 , 改装成电压表 , 则该电压表的量程是      V 。用它来测量电压时 , 表盘指针位置如图乙所示 , 此时电压表的读数大小为      V 。   - 47 - 突破点三 突破点四 突破点一 突破点二 答案 : (1)BDA   (2)100   <   (3)3   2 . 4 解析 : (1) 本题采用半偏法测电流表的内阻 , 故调节 R 1 的阻值 , 先使电流表的指针偏转到满刻度 , 然后再闭合 S 2 , 保持 R 1 不变 , 调节 R 2 的阻值 , 使电流表的指针偏转到满刻度的一半 , 记下 R 2 的阻值 , 故操作顺序为 BDA 。 (2) 此时 R 2 的阻值与 R g 的阻值相等 , 故 R g 的阻值大小也为 100 Ω 。随着 S 2 的闭合 , 整个电路中的电流将会变大 , 但实际上我们仍然是按照电流不变时的电流来计算的 , 通过电阻箱 R 2 的电流将比通过 G 的电流要大 , 又因为 R 2 与 G 并联 , 电压一样 , 所以实际的电阻箱读数将小于电流表 G 的内阻 , 所以 R g