专题十一物理实验.docx

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专题十一物理实验

专题（十一）　　物理实验

一、大纲解读

实验的总体提要求

（1）深刻理解实验的设计思想，熟练掌握实验的原理，理解每一个实验在科学性、合理性、可行性等方面是如何具体体现的。

（2）掌握基本仪器的使用，根据实验的目的要求正确选择器材。

（3）必须真正动手做实验，能独立完成实验操作的全过程。

（4）掌握对实验数据的处理与误差分析的方法，认识误差问题在实验中的重要性，了解误差的概念，知道系统误差和偶然误差，知道用多次测量求平均值的方法减小偶然误差，能在某些实验中分析误差的主要来源。

（5）在掌握实验的基本原理、基本技能的基础上，能进行简单的实验设计和探究性研究。

（6）知道有效数字的概念，会用有效数字表达测量数据。

（７）知道有效数字的概念，会运用有效数字表达测量数据。

09年考试大纲对“实验”部分的要求与08年相比变化不大，要求对中学设计的十几个学生实验，能够明确实验目的，理解实验原理和方法，能够控制实验条件，会运用实验仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，并得出结论，对结论进行分析和评价；能够发现问题、提出问题，并制定解决方案；能够运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题，包括简单的设计型实验。

设计型实验已成为高考物理实验的新热点，它要求我们能将已掌握的物理知识和实验技能创造性地应用到新的实验情景中，能够根据题目所给条件自行选定实验原理，自行设计实验方案去研究物理现象，探索物理规律或测定物理量的值．从而考查我们对基础知识的掌握情况，以及分析、创造性思维能力和解决实际问题的能力．

二、重点剖析

归类

实验内容

高考要求掌握

仪器使用类实验

1．游标卡尺的使用

测量原理、使用方法；10分度、20分度、50分度的游标卡尺的读数等

2．螺旋测微器的使用

构造、原理、使用方法、正确读数等

3．练习使用示波器

面板上各个旋钮或开关的作用、调试方法、观察正虚阿观察正弦波的波形等

4．传感器的简单使用

光电转换和热电转换及其简单应用、光电计数的简单了解

验证性实验

5．验证力的平行四边形定则

实验的等效思想、作图法

6．验证动量守恒定律

用平抛实验仪器进行实验、转化要验证的等效表达式、对状态过程分阶段测量

7．验证机械能守恒定律

用自由落体进行验证、使用打点计时器和刻度尺等

测定性实验

8．探究单摆运动、用单摆测量重力加速度

使用刻度尺和秒表、实验操作要求等

9．用油膜法估测分子的大小

溶液的配置、油膜面积的估算方法

10．测定金属的电阻率

使用刻度尺和螺旋测微器、电流表、电压表量程的选择、测量电路的选择和连接

11．把电流表改装成电压表

“半偏法的设计思想与误差分析、计算分压电阻、改装表的校对

12．测定电源的电动势和内阻

实验电路的选取和连接作图法求解的方法

13．测定玻璃的折射率

用插针法测定、画光路图

14．用双缝干涉测光的波长

用双缝干涉仪进行实验、仪器调节和分划板的使用

研究性

实验

15．研究匀变速直线运动

明确试验目的、使用打点计时器、刻度尺测量、分析纸带计算加速度等

16．研究平抛物体的运动

用平抛实验其进行实验、实验目的和方法、描绘轨迹、计算初速度

探究性

实验

17．探究弹力和弹簧伸长的关系

设计实验原理和方法、实验数据的处理和分析、实验结论的描述和表达形式等

18．用多用电表探测黑箱内的电学原件

多用电表的使用和读数、探索的思路、测量过程的分析和判断

描绘类实验

19．用描迹法画出电场中平面上的等势线

用恒定电流场模拟静电场、寻找等势点的方法、描迹的方法

20．描绘小电珠的伏安特性

使用电流表、电压表、滑动变阻器、电路的选择、与连接、描绘U-I图线并分析图线为非曲线的原因等

纵观近几年高考中的设计型实验题，一般是要求考生根据题目提出的目的要求和给出的器材，设计出实验方案。

这类题对考生的要求较高，要求考生能将课本中分组实验和演示实验的实验原理、实验方法迁移到新的背景中，要求考生深刻理解物理概念和规律，并能灵活运用，要求考生有较强的创新能力。

其设计原则：

（1）正确性：

实验原理所依据的原理应当符合物理学的基本原理。

（2）安全性：

实验方案的实施要安全可靠，实施过程中不应对仪器及人身造成危害。

要注意到各种电表均有量程、电阻均有最大允许电流和最大功率，电源也有最大允许电流。

（3）方便性：

实验应当便于操作，便于读数，便于进行数据处理。

（4）精确性：

在实验方案、仪器、仪器量程的选择上，应使实验误差尽可能的小。

（5）节能性原则：

尽可能降低电源的功率，减小电能损耗．

三、考点透视

从近几年对高考试题的统计和分析来看，物理实验的考查重点有些新的变化，但无论是实验设计，还是原理分析，往往都涉及基本仪器的使用。

因此，仪器的使用是实验考核的基础内容；掌握基本仪器的使用方法、基本的实验方法和基本物理原理是解答设计型实验题的基础。

一些基本仪器的原理、使用方法、注意事项和读数等，在近几年的高考试题中不断出现。

长度和电路量的测量及相关仪器的使用是出题最频繁的知识点。

如游标卡尺、螺旋测微器的读数在近十年的全国高考中就考过多次，往往是游标卡尺、螺旋测微器交替考查。

电压表、电流表、欧姆表使用方法的考查几率则更高。

另外，打点计时器、秒表的使用有时也出现。

高考中基本仪器的考查，用的比较多的题型是填空题和作图题。

高考中常有连接电路实物图，这类题设置的目的就是考查电流表、电压表、滑动变阻器等器材的操作和使用方法。

解决设计型实验问题的关键是确定实验原理，它是进行实验设计的根本依据和起点，它决定应当测量那些物理量、如何确定实验仪器、如何安排实验步骤、如何处理数据，会进行误差分析，或根据实验出现的故障，会利用学过的知识判断出现这种现象的原因。

实验原理的确定，要根据问题的要求和给出的条件，回顾分组实验和演示实验，寻找能够迁移应用的实验原理，或者回顾物理原理，寻找有关的物理规律，设法创设相关的物理情景，并根据已掌握的基本仪器核，对是否能够测出必须测定的物理量。

例1：

用游标卡尺测一根金属管的内径和外径时，卡尺上的游标位置分别如图11-1所示。

这根金属管内径读数是cm，外径读数是cm，管壁的厚度是cm。

解析：

图11-1（a）中，从主尺看，整毫米数是23，游标尺上第7条刻度线与主尺上的一条刻度线重合，所以毫米以下的读数就是0.7mm，得到内径的读数为23.7mm=2.37cm。

图11-1（b）中主尺上整毫米数是30，游标尺上第3条刻度线与主尺上的一条刻度线重合，所以外径的读数为30.3mm=3.03cm。

管壁的厚度为两者之差的一半0.33cm。

答案：

2.37；0.33

点拨：

游标卡尺的读数规则是：

整毫米数由主尺读出，游标尺的第几刻度线与主尺上的某一刻度线重合，毫米以下的读数就是n分之几，n是游标卡尺上的分度数，该题中，游标卡尺是10分度的，那就是10分之几。

例

2下面是在测某电池的电动势和内电阻的实验中记录的六组数据．请算出待测电池的电动势和内电阻．

U（V）

1.37

1.32

1.24

1.18

1.10

1.05

I（A）

0.12

0.20

0.31

0.32

0.50

0.57

解析：

建立坐标系，利用描点法画出U－I图象如实验图所示．第四个点明显偏离，可见是偶然误差造成的，应舍去．

直线与纵轴的交点坐标即为电源的电动势E＝1.46V．

由闭合电路欧姆定律得：

E＝U＋Ir．将直线上的点（1.10，0.50）的坐标U＝1.10V，I＝0.50A代入得：

r＝0.72Ω．

点拨：

在画U－I图线时，要使较多的点落在这条直线上或使各点均匀分布在直线的两侧．个别偏离直线太远的点可舍去不予考虑．这样，就可使偶然误差得到部分抵消，从而提高精确度．干电池内阻较小时路端电压U的变化也较小，即不会比电动势小很多．这时，在画U－I图线时，纵轴的刻度可以不从零开始，而是根据测得的数据从某一恰当值开始（横坐标I必须从零开始）．但这时图线和横轴的交点不再是短路电流．不过直线斜率的大小照样还是电源的内阻．本题所得电压U的值集中在1.00V～1.50V之间，因此作图时灵活地进行了移轴，使描出的点分布区域扩大，方便了作图，也提高了数据处理和实验结果的准确性．

例3（07年重庆）在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中用导线a、b、c、d、e、f、g和h按图12-4所示方式连接电路，电路中所有元器件都完好，且电压表和电流表已调零。

闭合开关后：

①若电压表的示数为2V，电流表的的示数为零，小灯泡不亮，则断路的导线为_____；

②若电压表的示数为零，电流表的示数为0.3A，小灯泡亮，则断路的导线为______；

③若反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度发生变化，但电压表、电流表的示数不能调为零，则断路的导线为____________.

解析：

当电压表有读数，而小灯泡又不亮时说明了导线d断；当电压表示数为零，电流表有示数，小灯泡亮说明回路中有电流，断线位置必定在电压表接线的两端，如果是d断，灯泡将不亮，则只能是h断；若反复调节滑动变阻器，小灯泡亮度变化，而电压表、电流表示数不能调为零，说明此时有电流流过电压表，如果是a、f断，电压表、电流表读数均为零（无论怎样调节），故只能是导线g断路。

答案：

①d导线；②h导线；③g导线

点拨：

故障判断问题的分析，虽然考查的知识点同学们并不陌生，但由于涉及的方法比较灵活,需要一定的综合分析能力,所以考试中得分率并不很高.由于这类试题是一种考查学生灵活运用所学知识分析物理问题的试题，所以在高考中经常出现.

四、热点分析

例1物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数。

实验装置如图，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端装有定滑轮；木板上有一滑块，其一端与电磁打点

计时器的纸带相连，另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接。

打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz。

开始实验时，在托盘中放入适量砝码，滑块开始做匀加速运动，在纸带上打出一系列小点。

（1）上图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分：

0、1、2、3、4、5、6、7是计数点，每相邻两计数点间还有4个打点（图中未标出），计数点间的距离如图所示。

根据图中数据计算的加速度

a=（保留三位有效数字）。

（2）回答下列两个问题：

①为测量动摩擦因数，下列物理量中还应测量的有。

（填入所选物理量前的字母）

A.木板的长度lB.木板的质量m1

C.滑块的质量m2D.托盘和砝码的总质量m3

E.滑块运动的时间t

②测量①中所选定的物理量时需要的实验器材是。

（3）滑块与木板间的动摩擦因数

＝（用被测物理量的字母表示，重力加速度为g）.与真实值相比，测量的动摩擦因数（填“偏大”或“偏小”）。

写出支持你的看法的一个论据：

。

解析：

本题考查用逐差法处理纸带的问题，用牛顿第二定律测动摩擦因数。

（1）对纸带的研究直接利用逐差法取平均值计算加速度。

（0.495～0.497m/s2

（2）①要测动摩擦因数，就要测出滑块受的拉力和滑块的质量；应选CD。

②测质量就需要天平。

（3）根据牛顿第二定律

得：

与真实值相比，测量的动摩擦因数偏大，因为纸带和打点计时器之间有摩擦。

反思：

打点计时器是中学物理实验的重要仪器，要会处理高中涉及打点计时器的相关实验，会分析实验误差的来源。

例2：

实验室新进了一批低电阻的电磁螺线管，已知螺线管使用的金属丝电阻率ρ=1.7×10－8Ωm。

课外活动小组的同学设计了一个试验来测算螺线管使用的金属丝长度。

他们选择了多用电表、电流表、电压表、开关、滑动变阻器、螺旋测微器（千分尺）、导线和学生电源等。

⑴他们使用多用电表粗测金属丝的电阻，操作过程分以下三个步骤：

（请填写第②步操作）

①将红、黑表笔分别插入多用电表的“＋”、“－”插孔；选择电阻档“×1”；

②________________________________________________________________；

③把红黑表笔分别与螺线管金属丝的两端相接，多用表的示数如图11-2（a）所示。

⑵根据多用电表示数，为了减少实验误差，并在实验中获得较大的电压调节范围，应从图11-2（b）的A、B、C、D四个电路中选择_________电路来测量金属丝电阻；

⑶他们使用千分尺测量金属丝的直径，示数如图11-3所示，金属丝的直径为_________mm；

⑷根据多用电表测得的金属丝电阻值，可估算出绕制这个螺线管所用金属丝的长度约为_________m。

（结果保留两位有效数字）

⑸他们正确连接电路，接通电源后，调节滑动变阻器，发现电流始终无示数。

请设计一种方案，利用多用电表检查电路故障并写出判断依据。

（只需写出简要步骤）

_________________________________________________________________________

本题简介：

本题是07年广东高考试题，占12分。

解析：

⑴应用多用电表测量电阻时，选择合适的量程后，调整欧姆零点，并且每换一次量程后，都必须重新调整黑表笔短接，调整调零旋钮调零

⑵一般情况下，被测量金属丝电阻比较小，与电流表的内阻相差不大，而又远小于电压表的内阻，所以应该选择电流表的内接法；又为了保护电路，划线变阻器应该采用分压电路。

⑶千分尺只能测量几厘米的长度，测量精度为0.01mm。

其读数方法是：

固定刻度数（0.5mm的整数倍）+可动刻度上与准线对齐的刻度数×精确度+估读数（千分之毫米位）。

据此可得此表读数为0+26.0×0.01＝0.260mm

⑷万用表的读数为4.0Ω，又由欧姆定律R＝ρ

及s=πD2/4可以得到L＝12m或13m

⑸根据电路故障检查的方法，此项有多种方法，答案见后。

答案：

⑴欧姆零点。

　⑵D　⑶0.260mm（0.258—0.262mm均给分）　⑷12m或13m　⑸以下两种解答都正确：

①使用多用电表的电压档位，接通电源，逐个测量各元件、导线上的电压，若电压等于电源电压，说明该元件或导线断路故障。

②使用多用电表的电阻档位，断开电路或拆下元件、导线，逐个测量各元件、导线上的电阻，若电阻为无穷大，说明该元件或导线断路故障.

反思：

本题是围绕测量一个“低电阻的电磁螺线管”“使用的金属丝长度”而展开的”，题目巧妙地引入了“用多用电表测电阻”、“实验电路的选择”、“螺旋测微器的读数”、“电阻定律的应用”等四方面实验技能和相关知识的考查，而最后的第（5）问，更要求根据实验故障现象，设计一种方案，写出利用多用表检查故障的步骤及依据。

使此问的答案具有开放性，在一定程度上体现了新课程的三维目标中“过程与方法”的要求。

友情提醒：

基本仪器的原理、使用方法、注意事项和读数是实验考核的基础内容。

长度和电路量的测量及相关仪器的使用是出题最频繁的知识点。

五、能力突破

例1：

（1）某同学用如图11-4所示的实验装置，做《用双缝干涉测光的波长》的实验，他用带有游标尺的测量头，如图11-5所示是测量相邻两条亮条纹间的距离Δx。

转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐某一条亮条纹（将这一条纹确定为第1亮条纹）的中心，此时游标尺上的示数情况如图11-6所示；转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐第6亮条纹的中心，此时游标尺上的示数情况如图丁所示，则图11-6的示数x1=___________mm；图11-7的示数x2=___________mm。

如果实验中所用的双缝间的距离d=0.20mm，双缝到屏的距离L=60cm，则计算波长的表达式λ=______________（用已知量和直接测量量的符号表示）。

根据以上数据，可得实验中测出的光的波长λ=__________m。

（2）在上述实验中，以白光为光源，将光源与单缝间的滤光片取走，在屏上能观察到彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时_______（填字母代号）

A．只有红色和绿色的干涉条纹，其它颜色的干涉条纹消失

B．红色和绿色的干涉条纹消失，其它颜色的干涉条纹仍然存在

C．任何颜色的干涉条纹都不存在，但屏上仍有亮光

D．屏上无任何亮光

解析：

（1）测量头的读数方法与游标卡尺的读数方法相同。

将主尺上的读数加上游标尺上的读数：

对准第1条时读数为0+3×0.05=0.15mm，对准第6条时读数为8+19×0.05=8.95mm。

相邻两条纹间的距离

，式中的L为双缝与屏的距离。

所以计算波长λ的公式是

。

代入数值解得

m。

（2）双缝干涉实验中，若在两个缝前分别放上红、绿色滤光片，红、绿光的频率不同，不是相干光，则屏上没有干涉条纹，只有亮光，C正确．

答案：

（1）0.15；8.95；

；

m

（2）C

反思：

掌握游标卡尺的读数方法和光的干涉与衍射的基本知识以及《用双缝干涉测光的波长》的实验方法和、原理是此类实验考查的目的。

例2请根据以下条件设计测定物体摩擦因素的实验。

（1）为了测定木块与斜面之间的动摩擦因素，某同学让木块从斜面上端由静止开始匀加速下滑，如图12-7所示，他使用的实验器材仅限于：

倾角固定的斜面（倾角未知），木块，秒表，米尺。

请回答下列内容：

写出实验原理及实验中应记录的数据；计算动摩擦因数的公式；为了在减小测量误差，可采用那些办法。

（2）给你一把卷尺和一些足够干燥的细沙（细沙足够多），试设计一个测量沙粒之间的动摩擦因素的方法。

解析：

（1）涉及有关动摩擦因素的问题，从理论上讲滑动摩擦因素

求得的，所以我们应该从其受力情况及运动情况的分析入手。

依题意有：

mgcosθ＝N,（设斜面倾角为θ）mgsinθ－f＝maf＝μN

三式联立得mgsinθ－μmgcosθ＝ma

所以实验中应记录的数据是斜面中三条边的长度L、d、h及下滑时间t。

计算动摩擦因数公式是：

μ＝

－

为了减小误差，可采用的办法是多测几次值。

（2）让细沙从高处缓慢漏下，在桌面上形成一个圆锥体表面有一粒细沙，其质量为m，则它会沿着圆锥体表面匀速下滑，此时这粒细沙受力为：

mgsinθ＝μmgcosθ

则动摩擦因素为：

μ＝tanθ＝

＝

所以测出圆锥体高度h和周长L，既可求出动摩擦因素。

反思：

该题为设计型实验，由于题中给出了实验装置、器材和实验情景，因此对实验原理已有了很多提示。

回顾力学分组实验和相关规律，对比有没有相关的可以迁移的原理。

要用物理原理分析题给的实验情景。

解决设计实验问题，关键是在明确实验目的前题下，弄清该实验设计实验原理，然后再根据所给的实验性仪器，找出实验方案，确定实验步骤，最后结合相关实验选择处理数据方法。

六、规律整合：

1．游标卡尺的读数：

要先确定精确度，读数先读主尺，再读游标尺的的分度．游标卡尺不估读．读数规则是：

整毫米数由主尺读出，游标尺的第几刻度线与主尺上的某一刻度线重合，毫米以下的读数就是n分之几，n是游标卡尺上的分度数，

2．螺旋测微器的读数：

要先读主尺，再读可动刻度，要注意可动刻度的估读，读数时要注意半毫米刻度．读数方法是：

固定刻度数（0.5mm的整数倍）+可动刻度上与准线对齐的刻度数×精确度+估读数（千分之毫米位）。

3．双缝干涉测波长：

狭缝宽窄要适度，光线亮度要充足，单双缝要平行，游标卡尺中心要对准条纹处．

４．电表的读数：

电表接入电路时首先要一看量程，二看分度，三看接线柱正负，合理的量程选择应能使指针偏转到其量程的１／３以上．

５．研究物体的平抛运动：

小球要在同一高度处滚下，斜槽边缘要水平，并要记准平抛运动的起点位置．

６．练习使用多用电表测电阻：

先机械调零，再欧姆调零，并每换一次档位，都要进行一次欧姆调零，所选取的档位应满足使指针在中值刻度附近，读出的数据应乘以倍率．测量时双手切勿同时接触被测电阻．

７．“半偏法”测量电流表的电路采用的是电阻箱与电流表并联形式，测量的结果是测量值小于真实值；“半偏法”测量电压表的内电阻的的电路采用的是电阻箱与电压表串联形式，测量的结果是测量值大于真实值．

８．伏安法测电阻：

两种电路的选择：

RV≫Rx，电流表外接，电压表有分流作用，是真实值略大于测量值；Rx≫RA，电流表内接，电流表有分压作用，则测量值略大于真实值。

9．测定金属丝的电阻率：

所用的原理是电阻定律和部分电路欧姆定律，测量时通过电流不宜大，电流表外接，当金属丝的电阻较小时，滑线变阻器采用限流电路，当金属丝的电阻较大时，滑线变阻器采用分压电路。

10.设计性实验规律整合

⑴明确目的，广泛联系

题目或课题要求测定什么物理量，或要求验证、探索什么规律，这是实验的目的，是实验设计的出发点.实验目的明确后，应用所学知识，广泛联系，看看该物理量或物理规律在哪些内容中出现过，与哪些物理现象有关，与哪些物理量有直接的联系.对于测量型实验，被测量通过什么规律需用哪些物理量来定量地表示；对于验证型实验，在相应的物理现象中，怎样的定量关系成立，才能达到验证规律的目的；对于探索型实验，在相应的物理现象中，涉及哪些物理量……这些都是应首先分析的，以此来确定实验的原理.

⑵选择方案，简便精确

对于同一个实验目的，都可能存在多种实验原理，进而形成多种（可供选择的）设计方案.选择的实验方案应遵循上面的5条原则。

⑶依据方案，选定器材

实验方案选定后，考虑该方案需要哪些装置，被测定量与哪些物理量有直接的定量关系，分别需用什么仪器来测定，以此来确定实验所用器材.

⑷拟定步骤，合理有序

实验之前，要做到心中有数：

如何组装器材，哪些量先测，哪些量后测，应以正确操作和提高效率的角度拟定一个合理而有序的实验步骤.

⑸数据处理，误差分析

高考对此要求不高，但常用的数据处理方法（如：

平均法、图象法、描迹法、比较法等）和一般误差分析方法（绝对误差、相对误差等）还是应该掌握的，在设计实验时也应予以考虑.

七、高考预测

物理实验是高考物理的必考题，也是考生失分较多的题型，分值占17～19分，在整个主观题中约占25％左右。

一般围绕力学和电学两部分命题，特别是电学实验题更是高考命题的重头戏。

高考对物理实验的考查形式有选择、填空、简答、连线作图、器材选择、方案设计等。

考查的内容包括基本仪器和仪表的使用与读数；基本物理量的测量；基本的实验原理和基本实验方法；实验器材的选择和使用；使用方案的确定；实验步骤和实验操作的考查；实验数据的处理，包括实验误差的产生及减小误差的方法等。

八、专题专练（时间：

90分钟　满分：

120分）

一、选择题（本题共8小题，每小题6分，共48分。

在每小题给出的四个选项中，有一个或多个选项是符合题目要求的：

全部选对的得6分，选对但不全得3分，有选错或不选的得零分。

）

1．在做“互成角度的两个力合成”的实验中，橡皮条的一端固定在木板上，用两个弹簧秤把橡皮筋的另一端拉到某一确定的O点。

以下操作中正确的是（）

A.同一次实验中，O点位置允许改动

B.实验中弹簧秤必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤刻度

C.实验中，先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程，然后只需调节另一弹簧秤拉力的大小和方向，把橡皮条拉到另一位置O点

D.实验中，把橡皮条拉到某一位置O点时，两个弹簧秤之间的夹角应取900，以便算出合力的大小

2．某校实验小组的同学们在研究匀变速直线运动的实验中，算出小车经过各计数点时的瞬时速度如下表：

计数点序号

1

2

3

4

5

6

计数点对应的时刻（s）

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

通过计数点的速度（cm／s）

44.0

62.0

81.0

100.0

110.0

168.0

为了