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综合设计性物理实验指导书黑龙江大学普通物理实验室目录绪论实验1 几何光学设计性实验实验2 LED特性测量实验3 超声多普勒效应的研究和应用实验4 热辐射与红外扫描成像实验实验5 多方案测量食盐密度实验6 多种方法测量液体表面张力系数实验7 用Multisim软件仿真电路实验8 霍尔效应实验误差来源的分析与消除实验9 自组惠斯通电桥单检流计条件下自身内阻测定实验10 用迈克尔逊干涉仪测透明介质折射率实验11 光电效应和普朗克常数的测定液体电导率测量实验12 光电池输出特性研究实验实验13 非接触法测量液体电导率绪论一．综合设计性实验的学习过程完成一个综合设计性实验要经过以下三个过程：1．选题及拟定实验方案实验题目一般是由实验室提供，学生也可以自带题目，学生可根据自己的兴趣爱好自由选择题目。
选定实验题目之后，学生首先要了解实验目的、任务及要求，查阅有关文献资料（资料来源主要有教材、学术期刊等），查阅途径有：到图书馆借阅、网络查询等。
学生根据相关的文献资料，写出该题目的研究综述，拟定实验方案。
在这个阶段，学生应在实验原理、测量方法、测量手段等方面要有所创新；检查实验方案中物理思想是否正确、方案是否合理、是否可行、同时要考虑实验室能否提供实验所需的仪器用具、同时还要考虑实验的安全性等，并与指导教师反复讨论，使其完善。
实验方案应包括：实验原理、实验示意图、实验所用的仪器材料、实验操作步骤等。
2．实施实验方案、完成实验学生根据拟定的实验方案，选择测量仪器、确定测量步骤、选择最佳的测量条件，并在实验过程中不断地完善。
在这个阶段，学生要认真分析实验过程中出现的问题，积极解决困难，要于教师、同学进行交流与讨论。
在这种学习的过程中，学生要学习用实验解决问题的方法，并且学会合作与交流，对实验或科研的一般过程有一个新的认识；其次要充分调动主动学习的积极性，善于思考问题，培养勤于创新的学习习惯，提高综合运用知识的能力。
3．分析实验结果、总结实验报告实验结束需要分析总结的内容有：（1）对实验结果进行讨论，进行误差分析；（2）讨论总结实验过程中遇到的问题及解决的办法；（3）写出完整的实验报告（4）总结实验成功与失败的原因，经验教训、心得体会。
综合与设计性实验讲义2011-2012学年第1学期基础化学教学与实验中心2011年9月目录模块一实验一茶叶中提取咖啡因（综合性化学实验） (1)实验二黄连中小檗碱的提取和鉴定（设计性化学实验） (5)实验三烟叶中烟碱的提取与定性分析测定（综合性化学实验） (6)实验四玉米须中黄酮和多糖的提取、鉴别与含量测定（设计性化学实验）··10模块二实验五高锰酸钾法测定蛋壳中CaO的含量（设计性化学实验） (12)实验六维生素C药片中抗坏血酸含量的测定（综合性化学实验） (13)实验七葡萄糖酸锌的制备和分析（综合性化学实验） (15)模块三实验八1，2，4-三唑的制备（设计性化学实验） (18)实验九聚乙烯醛缩甲醛胶水的制备（综合性化学实验） (19)实验十香豆素-3-羧酸的制备 (20)实验十一三草酸合铁（Ⅲ）酸钾的制备、性质和组成分析（设计性化学实验） (22)实验十二固体酒精的制备及燃烧热的测定（综合性化学实验） (24)说明：本实验课程要求学生从三个模块（见附表）中选出四个实验题目，即从模块一、模块二中各择一个实验题目，从模块三中选择二个。
四个实验题目中设计性实验不得少于一个。
设计性实验要提供设计方案，列举可行的方案。
实验前要交给指导老师批阅。
例如：模块一中选择烟叶中烟碱的提取与定性分析测定（综合性化学实验），模块二中选择高锰酸钾法测定蛋壳中CaO的含量（设计性化学实验），模块三中选择聚乙烯醛缩甲醛胶水的制备（综合性化学实验），环保颜料氧化铁黄的制备定（综合性化学实验）模块一实验一茶叶中的咖啡因的提取及其红外光谱的测定A 茶叶中的咖啡因的提取一、实验目的（1）通过从茶叶中提取咖啡因学习固-液萃取的原理及方法。
（2）掌握索氏提取器的原理及作用。
（3）掌握升华原理及操作。
二、实验原理茶叶中含有多种黄嘌呤衍生物的生物碱，其主要成分为含量约占1%～5%的咖啡因（Caffeine，又名咖啡碱），并含有少量茶碱和可可豆碱，以及11%～12%的丹宁酸（又称鞣酸），还有约0.6%的色素、纤维素和蛋白质等。
2011级化学教育分析化学综合性与设计性实验一、实验目的1．通过分析化学综合性实验、设计性实验，培养学生初步的解决分析化学实际问题的能力，培养学生的创新意识与创新能力。
2．学习查阅参考文献、综合参考资料、设计小型分析化学实验。
3．复习和巩固有关理论基础知识并用于指导实践。
4．进一步熟练掌握实验操作技术。
二、实验题目1.蔬菜中微量铁含量的测定。
2.果汁中Vc的测定。
3.鸡蛋壳中钙含量的测定。
4.胃舒平药片中Al2O3及MgO含量的测定。
5.福尔马林中甲醛含量的测定。
6.食用米醋中总酸量和氨基酸氮含量的测定。
7.自己定题（如果你对上述实验题目不感兴趣，你可以通过查阅文献，选定和生活、分析化学理论教学或中学教学密切相关的题目，方法限定为本学期所学习的化学分析法，试剂局限于常见的价格比较便宜的试剂）三、实验要求与方法1．学生每两人一组，指定一个综合性实验与设计性实验题目（根据名字前面的实验序号，对应上面实验题目，例如名字前是①，他的设计性试验题目就是“蔬菜中微量铁含量的测定）。
2．在查阅参考文献的基础上，拟定实验方案，经老师审阅和小组讨论后进行实验工作，并写出实验报告。
3．实验报告包括以下内容：①实验题目②目前有关该元素常量测定方法的概述③选定实验方案的原理④所需试剂的计划用量及配制方法⑤实验步骤（要求探讨影响实验结果准确度的因素）⑥数据记录和结果（附有关计算公式）⑦讨论⑧主要参考资料四、时间安排11月30日（星期五）：统一交实验方案（包括上述①-⑤和⑧）和单独的试剂清单（列出各类试剂的名称、规格及计算用量），实验方案交由实验指导老师审阅（分组名单上的教师），自拟题目的统一交给曹玉娟老师；试剂清单由各组组长（老师指定）收齐并全部统计后，上交总试剂清单及每个同学的试剂清单。
12月17日-1月5日：设计性实验。
每组学生可以根据本组的实验进度，除老师指定的时间外，可以跟实验值班老师预约其他时间前来实验（此时间未安排其他组同学进行实验的，原则上不安排周末），实验不限定时间长短（可以预约多个时间段），直至完成实验内容。
综合性设计性实验实验8 平衡辐射场的内能密度随频率和波长的变化实验目的：1、弄清平衡辐射场内能密度随频率和波长变化规律2、推导辐射场能量取极大时对应的波长、频率满足的方程3、编程求解上述方程4、编程画出平衡辐射场内能密度随频率和波长变化曲线，理解辐射场能量取极大时对应的波长和频率间的差异 实验背景：黑体辐射是量子力学重要的实验基础之一，利用光子假说和玻色统计可以给出黑体辐射的内能密度与光子频率或波长之间的关系。
光子是玻色子，自旋为1；光子静止质量为0；光子的动量、能量、频率、波矢、速度之间的关系为,2/p k k pcπλεωε====光子数不守恒，0α=，化学势为0。
这样光子气体的统计分布为/1l ll kT a e εω=-光子的自旋在传播方向的投影有± 两个值，对应于左右两个偏振光。
在体积V 内，动量为p p dp + 的量子态数为223238V Vp dp d h cπωωπ= 在d ωωω+ 内的光子数为223/11kTV d c e ωωωπ- 乘以每一个光子的能量，则辐射场的内能为323/(,)1kT V U T d d c e ωωωωωπ=- (1) 若取V=1，则给出了辐射场的内能密度。
注意到光的频率与波长间的关系，容易给出内能密度与波长的关系5/81(,)1hc kT hc u T d d e πλλλλ=- (2)若令/x kT ω= ，则使(1)式有极大值的x 满足33x e x --= (3)若令hcx kTλ=，则使(2)式有极大值的x 满足 55x e x -+= (4)由(3)、(4)两式决定的波长和频率并未按2cπλω=的关系对应。
可以用程序计算内能密度随波长、频率的变化关系，用作图软件（例如Origin ）严格画出这些关系，看两者是否对应并理解其原因。
一、方程求解辐射场的内能密度与频率的关系为ωωπωωωd e c d kT 11T u 332-= ），（引入变量kT ω =x ，上式可化为dx e x kT dx T x 1c ,x u 3432-⎪⎭⎫ ⎝⎛= π）（辐射场的内能密度随ω的分布有一极大值，ω由下式定出01d 3=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-x e x dx 由此可得x x =--e 33采用弦截法求解x x =--e 33的源程序如下： program liuzhiqiang implicit none integer i real x,yopen(11,file="rec.txt")x=0 y=0 do i=1,1000 x=0.01*iwrite (11,*) x,x,(3-3*exp(-x)) end dowrite(*,*) "材物101刘志强" ! 输出个人信息 close(11) end做出y=x 与 y=33x e --图像 如picture （1）246810picture(1)YX观察交点在2和4之间，利用弦截法写程序为module NUMERICAL implicit nonereal, parameter :: zero=0.00001 ! 小于zero 的值会被当成0 contains ! 弦截法的函数real function secant(a,b,f) implicit nonereal :: a,b ! 起始的两个猜值real :: c ! 新的解real, external :: f ! 传入的求解函数real :: fa,fb,fc ! 记录f(a),f(b),f(c)fa=f(a)fb=f(b)c=a-fa*(b-a)/(fb-fa)fc=f(c) ! 在趋近于0 之前要一直做逼近的工作do while( abs(fc) > zero )a=bb=cfa=f(a)fb=f(b)c=a-fa*(b-a)/(fb-fa)fc=f(c)end dosecant=creturnend function secantreal function func(x)implicit nonereal :: xfunc=x+3*exp(-x)-3returnend function funcend module NUMERICALprogram mainuse NUMERICALimplicit none real :: a,b ! 起始猜值 real :: ans! 算得的解write(*,*) "材物101刘志强" ! 输出个人信息 write(*,*) "输入两个猜值"read (*,*) a,b ! 传入起始猜值及求值的函数 ans=secant(a,b,func) write(*,"('x=',f8.4)") ans stop end program输入两个猜值2,4 得到方程33x e x --=的解为2.8214 使辐射场能量取极大的Tk ω值是一定的，即ω与温度成正比。
基础化学实验教程（ⅴ）————综合与设计性实验讲义吉林化工学院基础化学教学与实验中心编目录实验七葡萄糖酸锌的制备和分析（综合性化学实验） (15)实验八1，2，4-三唑的制备（设计性化学实验） (18)实验十香豆素-3-羧酸的制备 (20)实验七补锌口服液葡萄糖酸锌的综合实验（综合性实验）一、实验目的葡萄糖酸锌是近年来开发的的一种补锌四品添加剂。
人体缺锌会造成生长停滞、自发性味觉减退或创伤愈合不良等现象，从而发生各种疾病。
以往常用硫酸锌作添加剂，但它对人体的肠胃道有一定的刺激作用，而且吸收率也比较低。
葡萄糖酸锌则有吸收率高、副作用少、使用方便等特点，是20世纪80年代中期发展起来的一种补锌添加剂，特别是作为儿童食品、糖果的添加剂，应用日趋广泛。
合成葡萄糖酸锌的方法很多，可分为直接合成法和间接合成法两大类。
葡萄糖酸锌的纯度分析可采用络合滴定法。
通过本实验要求达到如下目的：（1）学习和掌握合成简单药物的基本方法。
（2）学习并掌握葡萄糖酸锌的合成。
（3）进一步巩固络合滴定分析法。
（4）了解锌的生物意义。
二、实验原理葡萄糖酸锌为白色或接近白色的结晶性粉末，无臭略有不适味，溶于水，易溶于沸水，15℃时饱和溶液的质量分数为25%，不溶于无水乙醇、氯仿和乙醚。
葡萄糖酸锌是以葡萄糖酸钙和硫酸锌（或硝酸锌）等为原料直接合成。
其反应为：Ca(C6H11O7)2 + ZnSO4 = Zn(C6H11O7)2 + CaSO4这类方法的缺点是产率低、产品纯度差。
在pH≈10的溶液中，铬黑T（EBT）与Zn+形成比较稳定的酒红色螯合物（Zn-EBT），而EDTA与Zn+能形成更为稳定的无色螯合物。
因此滴定至终点时，铬黑T便被EDTA从Zn-EBT中置换出来，游离的铬黑T在pH值在8～11之间的溶液中呈纯蓝色。
Zn-EBT + EDTA = Zn-EDTA + EBT酒红色纯蓝色葡萄糖酸锌溶液中游离的锌离子也可与EDTA形成稳定的络合物，因此EDTA滴定法能确定葡萄糖酸锌的含量。
普通物理综合设计性实验指导书黑龙江大学普通物理实验室2011.8目录绪论实验1.液体表面张力系数测量实验2.非平衡电桥应用实验3.几何光学设计性实验－－组装显微镜与望远镜实验4.利用迈克尔逊干涉仪测量透明介质折射率实验5.温度传感器性能研究并设计温度传感器实验6.多种方法测量刚体转动惯量实验7.用Multisim软件仿真电路实验8.普通碱性电池充电器研究与设计实验9.制作简易可调信号源实验11.光电效应实验绪论一．综合设计性实验的学习过程完成一个综合设计性实验要经过以下三个过程：1．选题及拟定实验方案实验题目一般是由实验室提供，学生也可以自带题目，学生可根据自己的兴趣爱好自由选择题目。
选定实验题目之后，学生首先要了解实验目的、任务及要求，查阅有关文献资料（资料来源主要有教材、学术期刊等），查阅途径有：到图书馆借阅、网络查询等。
学生根据相关的文献资料，写出该题目的研究综述，拟定实验方案。
在这个阶段，学生应在实验原理、测量方法、测量手段等方面要有所创新；检查实验方案中物理思想是否正确、方案是否合理、是否可行、同时要考虑实验室能否提供实验所需的仪器用具、同时还要考虑实验的安全性等，并与指导教师反复讨论，使其完善。
实验方案应包括：实验原理、实验示意图、实验所用的仪器材料、实验操作步骤等。
2．实施实验方案、完成实验学生根据拟定的实验方案，选择测量仪器、确定测量步骤、选择最佳的测量条件，并在实验过程中不断地完善。
在这个阶段，学生要认真分析实验过程中出现的问题，积极解决困难，要于教师、同学进行交流与讨论。
在这种学习的过程中，学生要学习用实验解决问题的方法，并且学会合作与交流，对实验或科研的一般过程有一个新的认识；其次要充分调动主动学习的积极性，善于思考问题，培养勤于创新的学习习惯，提高综合运用知识的能力。
3．分析实验结果、总结实验报告实验结束需要分析总结的内容有：（1）对实验结果进行讨论，进行误差分析；（2）讨论总结实验过程中遇到的问题及解决的办法；（3）写出完整的实验报告（4）总结实验成功与失败的原因，经验教训、心得体会。
实验结束后的总结非常重要，是对整个实验的一个重新认识过程，在这个过程中可以锻炼学生分析问题、归纳和总结问题的能力，同时也提高了文字表达能力。
在完成综合性、设计性实验的整个过程中处处渗透着学生是学习的主体，学生是积极主动地探究问题，这是一种利于提高学生解决问题的能力，提高学生的综合素质的教学过程。
在综合设计性实验教学过程中学生与教师是在平等的基础上进行探讨、讨论问题，不要产生对教师的依赖。
有些问题对教师是已知的，但对学生是未知的，这时教师应积极诱导学生找到解决问题的方法、鼓励学生克服困难，并在引导的过程中帮助学生建立科学的思维方式和研究问题的方法。
有些问题对教师也是一个未知的问题，这时教师应与学生共同思考共同解决问题。
二．实验报告书写要求实验报告应包括：1实验目的；2实验仪器及用具；3实验原理；4实验步骤；5测量原始数据；6数据处理过程及实验结果；7分析、总结实验结果，讨论总结实验过程中遇到的问题及解决的办法，总结实验成功与失败的原因，经验教训、心得体会。
三．实验成绩评定办法教师根据学生查阅文献、实验方案设计、实际操作、实验记录、实验报告总结等方面综合评定学生的成绩。
（1）查询资料、拟定实验方案：占成绩的20%。
在这方面主要考察学生独立查找资料，并根据实验原理设计一个合理、可行的实验方案。
（2）实施实验方案、完成实验内容：占成绩的30%。
考察学生独立动手能力，综合运用知识解决实际问题的能力。
（3）分析结果、总结报告：占成绩的20%。
主要考察学生对数据处理方面的知识运用情况，分析问题的能力，语言表达能力。
（4）科学探究、创新意识方面：占成绩的20%。
考察学生是否具有创新意识，善于发现问题并能解决问题。
（5）实验态度、合作精神：占成绩的10%。
考察学生是否积极主动地做实验，是否具有科学、严谨、实事求是的工作作风，能否与小组同学团结合作。
四．综合设计性实验上课要求1．实验题目分为3个模块：A、B、C，要求每个同学完成三个模块中各1个题目，完成3个实验题目说明：（1）在一个实验模块中只能选择一个题目，不能多选；（2）每个题目的实验人数不能超过该题目的限选人数；（3）必须完成3个题目，否则无成绩。
2．做每个实验前要做实验前的开题报告，开题报告应包括：（1）实验的目的、意义、内容；（2）对实验原理的认识、拟定的测量方案等；（3）对实验装置工作原理、使用方法等方面的了解；（4）对实验的原理、测量方法、仪器使用等方面存在的问题、需进一步研究的内容等。
3．实验结束要求做实验总结报告，总结报告应包括：（1）阐述实验原理、测量方法；（2）介绍实验内容，分析测量数据、实验现象，总结测量结果；（3）实验的收获、实验的改进意见，对实验教学工作提出意见和建议等。
说明：（1）选择相同实验模块的同学在一起参加开题报告和总结报告，要求选择同一题目的同学一起准备开题报告和总结报告，每个同学担任不同的任务，共同合作完成。
（2）在报告过程中要求每个同学积极参与讨论。
实验1 液体表面张力系数的测定实验目的1．用砝码对硅压阻力敏传感器进行定标,计算该传感器的灵敏度,学习传感器的定标方法 。
2．观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象,并用物理学基本概念和定律进行分析和研究,加深对物理规律的认识。
3．测量纯水和其它液体的表面张力系数。
4．测量液体的浓度与表面张力系数的关系（如酒精不同浓度时的表面张力系数）实验原理一个金属环固定在传感器上，将该环浸没于液体中，并渐渐拉起圆环，当它从液面拉脱瞬间传感器受到的拉力差值f 为απ)(21D D f += （1）式中： 1D 、2D 分别为圆环外径和内径，α为液体表面张力系数，g 为重力加速度，所以液体表面张力系数为：)](/[21D D f +=πα （2）实验中，液体表面张力可以由下式得到：B U U f /)(21-= (3)B 为力敏传感器灵敏度，单位V/N 。
1U ,2U 分别为即将拉断水柱时数字电压表读数以及拉断时数字电压表的读数。
实验仪器实验仪器主要由液体表面张力系数测定仪主机（数字电压表）以及实验调节装置以及镊子、砝码组成。
实验前准备工作及实验注意事项：1．吊环须严格处理干净。
可用NaOH 溶液洗净油污或杂质后，用清洁水冲洗干净，并用热吹风烘干。
2．须调节好吊环水平。
3．议器开机需预热15分钟。
4．在旋转升降台时，尽量使液体的波动要小。
5．工作室不宜风力较大，以免吊环摆动致使零点波动，所测系数不正确。
6．若液体为纯净水。
在使用过程中防止灰尘和油污及其它杂质污染。
特别注意手指不要接触被测液体。
7．力敏传感器使用时用力不宜大于0.098N。
过大的拉力传感器容易损坏。
8．实验结束须将吊环用清洁纸擦干，用清洁纸包好，放入干燥缸内。
9．对力敏传感器定标时，加砝码前应首先对仪器调零，安放砝码时应尽量轻。
实验内容1．硅压阻力敏传感器定标，得到力敏传感器的灵敏度要求自己设计定标方案，拟定实验过程。
2．水和其它液体表面张力系数的测量要求自己设计液体表面张力系数测量方案，拟定实验过程。
（1）水的表面张力系数要求测量“纯净水”和“矿泉水”的表面张力系数，比较“纯净水”和“矿泉水”的表面张力系数是否有差别，并解释原因。
（2）乙醇的表面张力系数（3）甘油的（丙三醇）的表面张力系数3．研究温度对表面张力系数的影响要求测量不同温度下水的表面张力系数，分析解释测量结果。
参考资料1．贾玉润等. 大学物理实验[M]. 复旦大学出版社，1987.2．A.W．亚当林. 表面的物理化学[M]. 科学出版社，1984.3．顾惕人，等. 表面化学[M]. 科学出版社，1994.4．沈元华陆申龙. 基础物理实验[M]. 北京：高等教育出版社.20035．焦丽凤陆申龙. 用力敏传感器测量液体表面张力系数.物理实验.第22卷第7期.2002.7：40—426．沈易陆申龙曹正东. 新型半导体应变计液体表面张力系数测定仪的研制.实验技术与管理.第20卷第1期.2003.2：39—4实验报告要求1．液体表面张力产生的原因；2．阐明测量表面张力系数实验的原理、方法；3．介绍力敏传感器的工作原理和方法；4．记录实验中出现的各种实验现象，对其进行分析讨论；5．记录实验数据，并对结果分析讨论；总结收获和体会，提出对教学工作的意见和建实验2 非平衡电桥的原理和应用一．实验目的、意义和要求电桥可分为平衡电桥和非平衡电桥，非平衡电桥也称不平衡电桥或微差电桥。
利用非平衡电桥可以测量一些变化的非电量，如温度、压力、形变等，在工程测量和科学实验中有广泛的应用。
本实验要求用DHQJ-5型非平衡电桥和DHW-2型温度传感实验装置，达到下列实验目的：1．掌握非平衡电桥的工作原理以及与平衡电桥的异同2．掌握利用非平衡电桥的输出电压来测量变化电阻的原理和方法3．设计一个数显温度计，掌握非平衡电桥测量温度的方法，并类推至测其它非电量。
二．实验仪器及配件1．DHQJ-5型非平衡电桥2．DHW-2型温度传感实验装置三．实验原理非平衡电桥的原理图见图1。
图 1非平衡电桥在构成形式上与平衡电桥相似，但测量方法上有很大差别。
平衡电桥是调节R 3使I 0=0，从而得到 ，，非平衡电桥则是使R 1、R 2、R 3保持不变，R X 变化时则U 0变化。
再根据U 0与R X 的函数关系，通过检测U 0的变化从而测得R X 。
由于可以检测连续变化的U 0，所以可以检测连续变化的R X ，进而检测连续变化的非电量。
（一）非平衡电桥的桥路形式1、等臂电桥3R1R2X R R ⋅=电桥的四个桥臂阻值相等，即R 1=R 2=R 3=R X0；其中R X0是R X 的初始值，这时电桥处于平衡状态，U 0=0。
2、卧式电桥也称输出对称电桥这时电桥的桥臂电阻对称于输出端，即R 1= R 3，R 2= R X0，但R 1≠R 23、立式电桥也称电源对称电桥这时从电桥的电源端看桥臂电阻对称相等即R 1=R 2 R X0=R 3 但R 1≠R 34、比例电桥这时桥臂电阻成一定的比例关系，即R 1=KR 2，R 3=KR X0或R 1=K R 3，R 2=KR X0，K 为比例系数。
实际上这是一般形式的非平衡电桥。
（二）非平衡电桥的输出非平衡电桥的输出接负载大小分类又可分为两种。
一种是负载阻抗相对于桥臂电阻很大，如输入阻抗很高的数字电压表或输入阻抗很大的运算放大电路；另一种是负载阻抗较小，和桥臂电阻相比拟。
后一种由于非平衡电桥需输出一定的功率，故又称为功率电桥。
根据戴维南定理，图1所示的桥路可等效为图2（a ）所示的二端口网络。
图 2（a ） 图 2（b ）其中U 0C 为等效电源，R i 为等效内阻。
