內湖國中理化講義

    第十四章 


一、伏打電池:

 1. 將兩種不同的金屬以導線連接,中間隔有可導電的物質,就會產生

    電流利用這種原理做成的電池就稱為           電池。

 2. 鋅銅電池:

    圖中x        棒作為電極,

      y        棒作為電極。

    ·U形管中盛有             

      水溶液(只要是           

               類水溶液即可),它能

      溝通電路而避免兩種溶液互相混

      合,稱為            

    ¸鋅銅電池的兩極反應及全部反應:

      正極反應:                                    

      負極反應:                                    

      全部反應:                                    

    ¹變化:(1)鋅棒質量逐漸         ,銅棒質量逐漸        

           (2)甲杯Zn2+愈來愈        ,乙杯Cu2+愈來愈        

             (藍色漸         )

           (3)鹽橋中的正離子向       燒杯游動,負離子向       

             燒杯游動,如此可以保持溶液的           性。

  º極性:鋅棒因釋放出電子(           變成            )

           成為        極,銅棒因得到電子(           

                      )而成為        極。

   *»電池的內部是靠          的游動來導電,因此也會有電阻,

14-1

 

      稱為            

    ¼缺點:(1)反應很慢,電流很          

         (2)用久失效後,           再充電。

         (3)容易產生局部作用,損耗          

         (4)易產生極化作用,使電池內電阻          

    ½結論:活性較大的金屬發生         反應,        電子而成

                   極。活性較小的金屬發生         反應,

                   電子而成為        極。

例題:

 1.(   )當鋅銅電池放電時,以下的敘述何者不正確?  ¬銅棒是正極

       ­鋅棒是負極 ®銅原子失去電子變成銅離子 鋅原子失去電

       子變成鋅離子。

 2.(   )在伏打電池中,鹽橋內所裝的是: ¬易解離的酸類水溶液

       ­易解離的鹼類水溶液 ®易解離的鹽類水溶液 非電解質的

       水溶液。

*3.(   )關於鋅銀電池的敘述,何者是正確的? ¬銀棒是陰極,同時也是

       正極 ­鋅棒失去電子而成為正極 ®銀棒是陽極,同時也是負

       鋅棒失去電子,故為陰極。

 4. 如右圖所示的電池:

    銅棒成為         極,

      銀棒成為        極。

    ·鹽橋中的Na+       燒杯游動,

      NO3-則向        燒杯游動。

14-2


 5. 寫出鋅銀電池放電時的反應式:

    正極反應式:                                   

    負極反應式:                                   

    全反應方程式:                                 

二、實用電池:

 1. 碳鋅電池:

    乾電池的種類繁多,碳鋅電池是其中最常見的一種,其外殼是以金

             做為       極,中間則以        棒做為       

      極,四周填充著由氯化銨、二氧化錳、石墨粉及澱粉等物,並加

      入少量水成糊狀物,使電解液不易滲漏。

    ·電壓:在放電的初期,電壓約為        V

    ¸優點:              

    ¹缺點:容易產生            現象,使得電壓隨使用時間增

       長而逐漸          ,安定性不夠。

    º型號:乾電池依其大小,分成  Size      (俗稱1號電池)

             Size      (俗稱2號電池)  Size      (俗稱3號電

           )  Size      (俗稱4號電池)等四種。

 2. 鹼錳電池:

    電池之           若為鹼性,即稱為鹼性電池,其種類也不少

                電池即為其中最常見的一種。

    ·鹼錳電池的外形與          相同,其電解液為           

    ¸與碳鋅電池比較之優缺點:¬可產生較大           ­

              維持不變 ®壽命較         價格較        

 3. 鉛電池:

    構造:電極為平板狀,正極為          、負極為        

           ,正負極交互配置、極板與極板間有隔離板絕緣,浸於

            密度約  1.24  g/cm3            溶液中。

14-3

    ·因鉛電池可以充電,故稱為            

    ¸鉛電池使用時(放電時)是由          能轉變為          

      能,放電時則由          能轉變為          能。

    ¹電壓:一個鉛蓄電池的電壓約為        V

    º優點:因為              ,所以用途廣泛,常用於電訊、

           信號燈、緊急照明以及用來發動引擎等。

    »缺點:a.必須定時補充            

           b.有時會有         漏液或         逸出的困擾。

           c.相當笨重不易攜帶,使用上不十分方便。

 4. 鋰電池:

    為密閉型電池,體積小、電壓穩定、可充電。

    ·普遍用在電腦中。

 5. 鎳鎘電池:

    電壓穩定、壽命長、可充電。

    ·一般使用於停電預備電源、安全燈及攜帶型電器。

    ¸鎘為有毒金屬,使用此種電池必須注意。

例題:

 1.(   )鉛電池內的反應: ¬不能逆向進行 ­可以逆向進行 ®視所

       裝的溶液而定 有時可逆,有時不可逆。

 2.(   )若鉛電池內的硫酸溶液密度變為1.15g/cm3(開始是1.24 g/cm3)

       ,則表示 ¬電池已損壞,不能再使用 ­必須更換硫酸溶液,

       即可再使用 ®反應物已消耗減少,須要充電 電池正處於

       最佳狀態。

3.(   )鉛電池在放電後,兩個電極的質量: ¬正極增加,負極減少

      ­負極增加,正極減少 ®兩極皆增加 兩極皆減少。

 4.(   )關於乾電池的敘述,下列何者是正確的? ¬碳棒被氧化 ­

       殼為正極 ®電子由鋅極流出 二氧化錳為還原劑。

14-4


 5.(   )有關於鋰電池之敘述,下列何者為誤? ¬均屬於密閉型的電池

       ­體積小如鈕扣一般 ®電壓穩定,性能優越 不能充電反覆

       使用。

 6.(   )對於手電筒或兒童玩具所用的乾電池之說法,下列何者正確?

       ¬中間的鋅棒做為正極 ­中間的碳棒做為正極 ®中間的鋅棒

       做為負極 中間的鋅棒做為負極。

 7.(   )關於鎳鎘電池的說法,下列何者是錯誤的?

       ¬其電壓隨使用時間加長而逐漸降低 ­可使用期限很長 ®不能

       再充電 因鎘金屬有毒,許多國家已立法限制其使用。

三、直流電與交流電:

 1. 電流在電路中的流向始終不變,這種輸出電流方向固定的電源,

    稱為          電源,簡記為         

    電流是指         電荷的流動,它是由電源的         極流

      出,經由導線、使用電器,然後流回電源的         極。在電

      池的內部又由        極流向        極。

    ·在導線中實際流動的是帶         電荷的           ,稱為

                  

    ¸電池所提供的電是         流電,若是一般家庭用電的電源,則

      必須使用             ,才能變為直流電。

 2. 發電廠的發電機所

    輸出的電流,其大

    小及方向會隨時間

    作規律性的變化

    (如圖),稱為  

                電,簡記為         

    台灣所用的交流電的規格是      (Hz)  

14-5

   ·使用交流電,最主要原因是容易改變          ,方便電力輸送。

   ¸改變電壓的裝置叫做            

 3. 直流電與交流電之比較:

             電源必須標示正、負極,而          電源則無正、

      負極之分。

    ·較早發明的是          電,目前普遍使用的是          電。

    ¸將交流電變成直流電的裝置稱為            

    ¹一般整流器都同時能改變電壓,稱為                

例題:

 1.(   )對於直流電與交流電所產生電流的效應,其效應完全沒有差別的

       是: ¬熱效應 ­磁效應 ®化學效應 光電效應。

 2.(   )整流器的作用是 ¬將直流電變成交流電 ­將交流電變成直流電

       ®改變直流電的電壓 改變交流電的電壓。

 3.(   )頻率為60Hz的交流電,導線中電流的方向: ¬永保持固定方向

       ­60秒鐘改變1 ®每秒鐘改變1每秒鐘改變60次。

 4.(   )所謂變壓器就是: ¬將直流電變成交流電的裝置 ­將交流電變

       成直流電的裝置 ®改變電阻的裝置 改變電流的裝置。

四、電流的熱效應:

 1. 計算能量的單位有                      兩種。

    1焦耳=          卡。(1=           焦耳)

 

 2. 對電池而言,電壓是指每單位電量通過時所                 

    ,而對外部的電路(如使永的電器)而言,電壓是指每單位電量通過

    時所                 

 3. 1庫侖的電量流過1伏特的電位差時,所獲得(或消耗)的電能為

               (          )簡記作       

14-6


E

 

 

Q

 

 

I

 

 

V

 

 

R

 

 

t

 

 

 4. 電流熱效應的公式:

 

 

 

 


 4. 用電的器具在單位時間內所消耗的電

    能稱為            

 5. 當使用的電器每秒消耗的能量為           時,稱此電器的功率為

                 

 

 

 


    當電流相同時,電阻愈        的導體每秒消耗電能愈多。

      (串聯使用的電器,以電阻較        的電器功率較大。)

    ·當電壓相同時,電阻愈        的導體每秒消耗電能愈多。

      (並聯使用的電器,以電阻較        的電器功率較大。)

 6. 一般電器上都標示有正常使用時的                      

    使用時須符合其標示的電壓,以免損壞電器。

 7. 電力公司計算電費是以          為單位。

1 =                =              焦耳。

     用電度數 =

 

例題:

 1. 將電阻為80W的導體接在一電源上,自導體中流過的電流為1.5A

    則此導體的功率為何?

 

 

14-7

 2. 將一電阻器接在一100V的電源上,測得自電阻器中流過的電流大小

    為0.6A,則通電10分鐘,此電阻器消耗的電能為若干?

 

 

 

 3. 已知一電器的電阻為240W,今將它接在120V的電源上,則此電器使

    2小時,將消耗多少的電能?

 

 

 

 4. 將4個電壓為1.5V的乾電池串聯起來,然後 接在8W的電阻器 ·

   24W電阻器  的兩端時,請分別求出電阻器之功率。

 

 

 

 

 

 5. 一電熱器接於電位差為120V之電源上,已知電流為5A,則通電半

   小時,將有多少J的電能轉變為熱能?

 

 

 

 6. 電阻為100W的電熱器接在50V之電源上,則通電20分鐘將產生

   熱量多少焦耳?

 

 

 

 7. 某燈泡之標示為120V60W,則此燈泡之電阻為何?

 

 

 

  14-8


8. 電費每度為3.5元,有110V800W之電鍋每天使用2次,每次40

    鐘,則一個月消耗電費多少元?

 

 

 

 

 9. 24W的電熱器,接在120V的電源使用,其電功率為何? !若連續

   使用40小時,將用電多少度?

 

 

 

 

10. 一電熱器的電阻為20W,將它接到一電源上時,電流大小為6A,使

    用此電熱器來加熱1000公克20℃的水,則10分鐘後,水溫將上升到

    幾度?

 

 

 

 

 

 

11. 電流相等時,電阻        的電器之功率較大。而電壓相等時,

    電阻         的電器之功率較大。

12. 等長、等粗細的銅絲和保險絲,串聯後接於電源上,則在相同時

     間內以          產生的熱量較多。

   ·承上題,若將此兩導線並聯後接於電源,則在同時間內以

               產生的熱量較多。

13. A燈泡的標示為120V100W B燈泡的標示為120V60W,則:

    A燈泡的電阻為           B燈泡的電阻為           

    ·兩者串聯使用時,以         燈泡較亮。

    ¸兩者並聯使用時以         燈泡較亮。

14-9

14. 若將電爐的電熱線剪去一段,再接回同一電源使用,則單位時間

    內產生的熱量          

 

15. 電燈泡的鎢絲和連接燈泡的電線比較,以          的電阻較大

    ,所以通電時,鎢絲消耗較多的電能。

五、電力輸送與消耗:

 1. 在電力輸送的過程中,為了減少長途輸送時電能的損耗,電力公司會

    使用                    電壓,以          線路上的電流

    ,這樣電流在線路上損失的電能I2R也就減少了

    對同一功率而言,電壓愈高則電流愈        (P=         )

    ·對電阻固定的同一導線而言,電流愈小則消耗電能愈        

      (P=         )

 2. 電力輸送時是以高壓在輸送,而到了逼般家庭用戶時,則須在用變

    壓器將電壓          為一般家庭用戶的電壓。

*3. 電力公司供應一般家庭用戶的電源線共有        條,其中兩條活

    (火線)間的電壓為          ,而這兩條活線與中性線(地線)

    的電壓為          

例題:

 1.(   )有關電的敘述,下列何者正確? ¬『度』是電功率的單位 ­

       110V220W的電器,正常使用時,其電流大小為0.5A ®

       110V250W的電器,正常使用8小時,將耗電2 2

       侖的電量流經燈泡會消耗6焦耳電能,則燈泡兩端電壓為12V

 2.(   )電力公司在二個變電所間,均使用高壓電輸送電力,此因:

       ¬應用I=;以獲得較大的電流 ­應用I=;以減小線路的電

       ®跟據P=IV;以獲得較大的電功率 跟據E=QV;這樣會得

       到較大的電能。

14-10


 3.(   )有一部標示為110V250W的電腦,表示當它外接110V的電壓

       時所消耗的電能為: ¬每小時250焦耳 ­每小時250 ®

       250焦耳 每秒250度。

 4.(   )小美家使用電壓110V,電表開關最大供應電流40A,今家中已

       使用以下五種電器:電鍋800W·電視機150W¸洗衣機

       1400W¹微波爐1200Wº電腦250W,請問最多還可使用幾

       100W的燈? ¬4 ­5 ®6 7盞。

六、家庭用電安全:

 1. 家庭用電的許多電器,如電燈、電爐、電風扇、電視機、電冰箱

    、電鍋、洗衣機都是          聯著使用,故總電流為各分

    支電流之            

 2. 若電路中的電流太大時,則會熱量產生太快,而容易燒毀線路,

    引起                的現象。

 3. 在一原本正常使用的電路中,若用一電線將其使用的電器兩端連接

    起來,我們稱此電器被            了。

    有時因長久使用而致電器或電線受損,使得電路中的電線之某兩點

      互相接觸,稱為         

    ·發生短路時,被短路的電器雖然仍為通路,但電器中         

      流動,整個電路則因此時電阻          、電流          

      容易導致電線走火。

    ¸家庭電器最容易發生短路的地方: ¬電線和            相接的

      地方 ­電線和            相接的地方。

 4. 各種電器或導線,所能承受的最大電流量稱為               

    流,超過此電流值,其所生的熱會使溫度急遽升高而燒毀線路,甚

    至發生危險。

 5. 為避免因流經導線中的電流過大而發生危險,我們會在電路中加裝

14-11

    保險絲所應用的原理是:電流        效應。

                以維護用電安全。

   ·保險絲是由熔點較         的金屬合金線製成,其電阻較普通

      電線稍         ,當通過它的電流超過某一限定值時,保險絲

      會因溫度過高而          

    ¸保險絲必需與插頭或使用的電器        聯。

    ¹安裝保險絲必須視電路中的          大小,串接不同限定值的

      保險絲。

    º保險絲熔斷後,必須           保險絲,電器才羺繼續運作。

 6. 無熔絲開關又稱       其作用與保險絲相同,都是為

      防止電路中電流          而發生危險的裝置。

    無熔絲開關所應用的原理是:電流        效應。

    ·當電路中電流太大時,開關中產生較大的       ,而使開

      關自動跳開成為          

    ¸當無熔絲開關跳開後,只要電路異常的因素排除後,再按下開關

      即可重新接成通路,較更換保險絲更方便。

 7. 為確保家庭用電安全,應特別注意事項:

    安裝          數值的保險絲或無熔絲開關,不可用銅線或鐵

      線代替保險絲。

    ·連接電器所使用的電線,其安全負載電流不得         於電器

      中流過的電流。

    ¸身體或站立處            時,不可觸摸電器。

    ¹不可在同一插座或延長線連接          電器。

    º不可用                的方式拔出電器插頭。

    »插座不可安裝在靠近                         處。

    ¼電器長時間不使用時,應將插頭            

    ½無人時,電燈、冷氣機均應          ,以策安全並節約能源。

14-12


例題:

 1.(   )有關家庭用電之敘述,下列何者是錯誤的? ¬為免經常更換保險

       絲,應使用不會熔斷的銅線來代替保險絲 ­電器若長時間不使

       用時,應將其插頭拔下 ®使用各種電器應視其電流大小,選用

       適當規格的電線 身體或站立處潮濕時,不要觸摸電器。

 2.(   )下列哪一種做法不符合用電安全? ¬無人時,電燈、冷氣機等均

       應關閉 ­不要在同一個插座或延長線上連接過多電器 ®為求方

       便,應使用拉扯電線的方式拔出電器的插頭 電器長時間不用

       時,需將插頭拔下。

 3.(   )許多家庭電器使用時,均將其外殼接地,其目的是: ¬若不接

       地無法構成迴路,電流無法流通 ­這樣做可使正、負兩極的電

       壓維持恆定 ®當電器過熱的時候,可將多餘熱量導入地面,以

       策安全 萬一電器漏電,可將外漏之電導地,以免人體觸電。

 4.(   )淑麗的教室裝了110V40W的日光燈32盞,有一天,控制這些日

       光燈的總開關之保險絲熔斷了,這時應如何做法最正確? ¬使

       用規格10A的保險絲換接上去 ­使用規格15A的保險絲換接上

       ®使用規格20A的保險絲換接上去 只要將開關重新按上

       去,成為通路即可。

 5. 如右圖所示的電路,電源電壓為6VCD間接一條0.5A之保險絲。

    AB間接一15W的燈泡,則安培計

      指針        ,保險絲         

    ·AB間接一條短電線,此時因電阻

              電流         ,保險絲

      因生熱過多而熔斷。

    ¸保險絲在熔斷以前有沒有達到紅熱?:           

    ¹在步驟·中的情形,稱為            

14-13

本章加強練習

 1.(   )下列有關於一般常見電池之敘述,何者是正確的? ¬碳鋅電池是

      以鋅棒做為正極 ­鉛電池充電過程中,硫酸溶液的濃度漸漸減小

      ®鹼性電池較乾電池電壓穩定、獸命長 鎳鎘電池電壓穩定、壽

      命長、可充電、又無汙染問題,各國都極力推薦使用。

 2.(   )鹼性電池使用一段時間後不再放電,其原因為: ¬電池內反應

      物已經耗盡 ­電池內的電解液已變成酸性 ®話學反應已經達到

      平衡 店池內的鹼性過強。

 3.(   )下列關於電池之敘述,何者為誤? ¬鹼錳電池的電壓為1.5V

      ,優點是電壓穩定、電流較大,但較碳鋅電池貴 ­碳鋅電池

      SizeD的體積最大、電壓也最高,SizeAA的體積最小、電壓也

      最低 ®鉛電池充電時,外電源的正極接鉛電池的正極,外電源

      的負極則接鉛電池的負極 鉛電池放電時,兩極皆變成硫酸鉛

      ,硫酸濃度則減小。

 4.(   )有關鋅銅電池的說法,下列敘述者為誤? ¬鹽橋的功用是溝通

      電路 ­鋅片的質量會減輕 ®硫酸銅溶液顏色逐漸加深 電子

      由鋅片經導線流向銅片。

 5.(   )以交流電為電源電解水時,會發生下列哪一種結果? ¬兩極都

      沒有反應發生 ­兩極收集到的氣體體積比為2:1 ®兩極都將收集

      到氫和氧的混合物 與以直流電為電源電解水的結果完全相同。

 6.(   )如右圖所示的電路,下列敘述何者正確?

      ¬消耗功率:甲>乙 ­消耗功率:乙>甲

      ®電流大小:甲>乙 電流大小:乙>甲

 7.(   )有甲、乙兩電熱水器,已知甲的電阻比乙大,

       今在相同的電壓下,欲將2公升的冷水自常

       溫加熱到沸騰,則 ¬甲較省電 ­乙較省

       ®甲較省時 乙較省時。

14-14


 8.(   )電力公司在兩變電所之間使用何種方式輸送電力?其目的為何?

      ¬以高壓輸送電力,為的是使電流較大,獲得較大的功率。

      ­以高壓輸送電力,可以使輸送電流較小,電能損耗較少。

      ®以低壓輸送電力,可以使輸送電流較大,供應較多用戶。

      以低壓輸送電力,輸送電流較小,以節省傳輸電線材料。

 9.(   )右圖中甲、乙兩電器分別與安培計及開

      關連接在3V的電源上,當兩開關均按下

      時,安培計A1的讀數為0.2A,安培計A2

      的讀數為0.4A,則下列說法何者正確?

      ¬甲電器的電阻較小 ­甲電器消耗的功率

      較小 ®甲電器兩端電壓較小 甲、乙的

      電功率相等。

10.(   )右圖甲、乙、丙三

      個電路中,所使用

      的電池及燈泡均相

      同,則三個電路中,

      電池消耗的功率:

      ¬甲>乙>丙 ­乙>甲>丙 ®乙>丙>甲 丙>乙>甲。

11.(   )右圖所示,甲、乙兩燈泡的規格

      不同,請問:下列的敘述何者在

      兩個圖中都可適用? ¬電池的電

      壓等於兩燈泡電壓之和 ­電池的

      電流等於兩燈泡電流之和 ®電池的功率等於兩燈泡功率之和

      以上的敘述均無法同時在兩圖中成立。

12.(   )有關於鋰電池之敘述,下列何者為誤? ¬屬於密閉型的電池 ­

       積小如鈕扣一般 ®電壓穩定,性能優越 不能充電反覆使用。

13.(   )千瓦小時是 ¬功率 ­電位差 ®電能 電流強度  的單位。

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14.(   )氣功表演師將檢流計的一端接上銅片,另一端接上鋅片,然後

      以右手食指和中指分別按在銅片和鋅片上,結果檢流計的指針很

      神奇的篇轉了,指出下列敘述何者正確? ¬氣功大師發出氣功,

      由身體放出電流 ­鋅的活性大,釋放出電子經檢流計流向銅片

      ®銅的活性小,釋放出電子經檢流計流向鋅片 自檢流計中流

      過的是交流電。

15.(   )當電冰箱的壓縮機開始運轉的時候,與冰箱並聯的電燈顯得稍

       微暗一些,其原因是: ¬電冰箱自電燈中奪去電流 ­電冰箱

       之電阻很大,使電路中之電流減小 ®電源因供應的總電流增

       大引起電位降落 電功率為電冰箱與燈泡所平分。

16.(   )機車用的電瓶是由三個鉛蓄電池串聯而成,故其電壓為:

       ¬1.5V ­2V ®4.5V 6V

17. 鉛蓄電池充電時,正極應接到直流電源的        極,負極則

    接直流電源的       極。

18. 一般使用在助聽器、電子錶、照相機、心律調整器等用具的電池

    常是            ,而手電筒、兒童玩具等所用的電池常為

                               ,而常用於電訊、緊急照明

    、信號燈或用來發動車、船的引擎的電池則為            

19. 蓄電池使用時(放電時)是由          能轉變成        能,

    充電時則由         能轉變成          能。

20. 2W3W5W3個電阻器串聯之後,接在12V之電源上,求:

    2W電阻器中流過的電流 ·3W電阻器兩端的位差 ¸5W電阻器

    的電功率。

 

 

 

 

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21. 20歐姆的電阻器接在120伏特的電源時, 每小時通過電量多少

    庫侖? ·每小時將多少焦耳的電能轉換成為熱能? ¸其電功率為多

    少瓦特? ¹使用5小時,用電多少度?

 

 

 

 

 

22. 如下圖所示,欲利用鋅銀電池在銅片上鍍一層鎳:

     

    圖中的丙應與         相連接,丁應連接到         

    ·          電極的質量增加,          電極的質量減少。

    ¸電解液不變的是           會改變的是                

    ¹寫出各電極所發生的反應:

      甲:                      乙:                    

      丙:                      丁:                    

23. 右圖是伏打電池的裝置,回答下列問題:

   毫安培計的正極應接在           

   ·電子流動的方向為               

   ¸鹽橋內的陽離子向          (甲或乙)

     燒杯移動。

   ¹寫出此電池的全反應:

                                   

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24. 電池的電流通路由兩部份所構成,在電池的外部是由          

    的移動而導電,而在電池的內部則是依靠          的移動而

    導電。

25. 有關鉛電池的使用,回答以下須注意的問題:

    (   )使用的時候,不可過度放電,以免: ¬正極極板用光 ­

          負極極板用光 ®所產生的水和PbSO4使體積增加,溢出

          電池 兩極為PbSO4所覆蓋,不易充電復原。

    ·不可過度充電,以免一部分的水分解成                

      而逸失,而需補充          

¸電解液過高則易             、過低則易               

      ,所以必須隨石注意維持在液面線的範圍內。

    ¹避免傾斜放置,以免              

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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