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第 十 五 章 功 和 机 械 能 第 十 五 章 功 和 机 械 能 一 、 功1.做 功 的 两 个 必 要 因 素(1)作 用 在 物 体 上 的 _.(2)物 体 在 _上 通 过 了 距 离 .2.计 算 公 式 :W=_.3.单 位 :焦 ,符 号 是 J, 1 J=1_.4.功 的 原 理内 容 : 使 用 任 何 机 械 都 _.力 的 方 向 N m不 省 功Fs 力 【 活 学 巧 用 】踢 足 球足 球 运 动 员 用 300 N的 力 , 将 足 球 踢 到10 m远 的 地 方 , 已 知 球 重 20 N, 根 据以 上 条 件 _(选 填 “ 能 ” 或 “ 不能 ” )计 算 出 运 动 员 对 球 做 的 功 , 原 因是 _. 提 示 : 力 对 物 体 做 的 功 等 于 作 用 在 物 体 上 的 力 与 物 体 在 此 力 的作 用 下 通 过 距 离 的 乘 积 , 根 据 公 式 W=Fs可 判 断 出 做 功 的 多 少 .运 动 员 对 足 球 的 力 为 300 N, 但 不 知 道 足 球 在 此 力 作 用 下 移 动的 距 离 , 不 能 求 出 功 .而 足 球 运 动 的 10 m是 足 球 由 于 惯 性 向 前运 动 的 结 果 .答 案 : 不 能 运 动 员 对 足 球 的 力 为 300 N, 但 不 知 道 足 球 在 此力 作 用 下 移 动 的 距 离 , 不 能 求 出 功 .而 足 球 运 动 的 10 m是 足 球由 于 惯 性 向 前 运 动 的 结 果 . 二 、 机 械 效 率1.有 用 功 : 为 了 _必 须 做 的 功 .2.额 外 功 : 对 达 到 某 一 目 的 没 有 用 又 _的 功 .3.总 功 : _的 总 和 .4.机 械 效 率(1)定 义 : _的 比 值 .(2)公 式 : .(3)规 律 : 因 为 有 用 功 小 于 总 功 , 所 以 机 械 效 率 总 _.达 到 目 的 不 得 不 做有 用 功 和 额 外 功有 用 功 跟 总 功WW 有 用总 小 于 1 (4)提 高 机 械 效 率 的 方 法 : 改 进 结 构 , 减 小 _自 重 . 同 一 机 械 , 增 大 载 重 . 定 时 润 滑 , 减 小 _.机 械摩 擦 【 活 学 巧 用 】巧 提 沙 石如 图 所 示 , 工 人 利 用 动 滑 轮 将 沙 石 匀 速 向 上 提 升2 m, 已 知 沙 石 重 184 N, 动 滑 轮 重 6 N, 袋 重10 N, 绳 重 和 摩 擦 均 不 计 .(1)工 人 做 的 有 用 功 是 _.(2)工 人 做 的 额 外 功 是 _.(3)此 时 该 装 置 的 机 械 效 率 是 _. 提 示 : 机 械 效 率 是 有 用 功 和 总 功 的 比 值 , 所 以 找 到 有 用 功 、 总功 就 可 以 求 出 滑 轮 的 机 械 效 率 .W有 用 =Gh=184 N 2 m=368 JW额 外 =(G动 滑 轮 +G袋 )h=(10 N+6 N) 2 m=32 JW总 =W有 用 +W额 外 =368 J+32 J=400 J该 装 置 的 机 械 效 率 为 :答 案 : (1)368 J (2)32 J (3)92% W 368 J 92%W 400 J 有 用总 三 、 功 率1.比 较 做 功 快 慢 的 方 法(1)做 相 同 的 功 , 所 用 时 间 _, 做 功 越 快 .(2)在 相 同 时 间 内 , 比 较 做 功 的 多 少 , 做 功 _, 做 功 越 快 .(3)时 间 越 短 , 做 功 越 多 , 做 功 _.2.功 率(1)意 义 : 表 示 物 体 _的 物 理 量 .(2)概 念 : 单 位 时 间 内 做 的 功 .(3)公 式 : .(4)单 位 及 其 换 算 : 1 kW=_W.越 短 越 多越 快做 功 快 慢WP t 1 000 【 活 学 巧 用 】功 率 大 小 的 比 较如 图 所 示 , 挖 土 机 和 人 同 时 挖 土 , 挖 土 机 和 人 相 比 , _做功 快 , _的 功 率 大 , 这 是 采 用 在 _内 比 较 _的方 法 比 较 物 体 做 功 快 慢 的 .另 一 种 判 断 方 法 是 _相 同 , 比较 _多 少 .把 2吨 泥 土 从 1.5 m的 深 处 挖 到 地 面 , 需 要10 s,挖 土 机 做 功 的 功 率 是 _ kW. 提 示 : 功 率 能 反 映 物 体 做 功 的 快 慢 .比 较 做 功 的 快 慢 , 一 种 方法 是 取 时 间 相 同 , 比 较 物 体 做 功 的 多 少 , 做 的 功 越 多 , 说 明 做功 越 快 , 功 率 越 大 ; 另 一 种 方 法 是 取 相 同 的 功 , 比 较 所 用 的 时间 , 时 间 越 短 , 做 功 越 快 , 功 率 越 大 ; 知 道 功 与 时 间 , 利 用 公式 求 出 功 率 , 挖 土 机 做 功 W=Gh=mgh=2 103 kg10 N/kg 1.5 m=3 104 J, 功 率 : .答 案 : 挖 土 机 挖 土 机 相 同 的 时 间 做 功 的 多 少做 功 所 用 的 时 间 3 WP t 4W 3 10 JP 3 kWt 10 s 四 、 机 械 能 及 其 转 化1.能 量 :物 体 _,表 示 这 个 物 体 具 有 能 量 .2.机 械 能 的 分 类 及 各 自 的 影 响 因 素能 够 对 外 做 功机械能 分 类 影 响 因 素 动 能 质 量 _势 能 重 力 势 能 质 量 举 高 高 度 弹 性 势 能 _运 动 速 度弹 性 形 变 大 小 3.机 械 能 守 恒 : 在 只 有 动 能 和 势 能 相 互 转 化 的 过 程 中 , 机 械 能的 总 量 保 持 不 变 . 【 活 学 巧 用 】撑 杆 跳 高如 图 所 示 , 撑 杆 跳 高 运 动 的 几 个 阶 段 : 助 跑 、 撑 杆 起 跳 、 越 横杆 .助 跑 时 运 动 员 跑 得 越 快 , _越 大 , 从 运 动 员 撑 杆 起 跳到 越 横 杆 的 过 程 中 , 有 关 能 变 化 的 情 况 是 : 运 动 员 的 重 力 势 能_, 杆 的 弹 性 势 能 _. 提 示 : 解 答 这 类 问 题 , 根 据 影 响 动 能 、 重 力 势 能 和 弹 性 势 能 大小 的 因 素 来 考 虑 .重 点 是 分 析 物 体 运 动 过 程 中 , 物 体 的 质 量 、速 度 、 高 度 和 形 状 怎 样 改 变 , 再 进 一 步 判 断 动 能 、 重 力 势 能 和弹 性 势 能 的 变 化 .动 能 与 物 体 的 质 量 、 速 度 有 关 .助 跑 时 , 运 动员 的 质 量 没 变 , 速 度 越 大 , 动 能 就 越 大 .重 力 势 能 与 物 体 的 质量 和 被 举 高 的 高 度 有 关 , 质 量 相 同 的 物 体 , 被 举 得 越 高 重 力 势能 越 大 .运 动 员 撑 杆 起 跳 到 越 横 杆 的 过 程 中 , 质 量 没 有 变 , 高度 增 加 重 力 势 能 变 大 .弹 性 势 能 由 物 体 的 弹 性 形 变 决 定 , 同 一物 体 的 弹 性 形 变 越 大 , 弹 性 势 能 越 大 .运 动 员 撑 杆 起 跳 到 越 横杆 的 过 程 中 , 杆 的 形 变 越 来 越 小 , 弹 性 势 能 变 小 .答 案 : 动 能 变 大 变 小 一 、 做 功 的 两 个 必 要 条 件1.做 功 必 须 满 足 两 个 必 要 条 件(1)必 须 有 力 作 用 在 物 体 上 .(2)这 个 受 力 物 体 必 须 在 这 个 力 的 方 向 上 通 过 了 一 段 距 离 . 2.几 种 常 见 的 没 有 做 功 的 情 况 (如 图 ) (1)缺 力 无 功 : 物 体 靠 惯 性 通 过 了 一 段 距 离 , 此 情 况 有 距 离 无力 .(2)缺 距 离 无 功 : 有 力 作 用 在 物 体 上 , 但 物 体 没 有 移 动 距 离 .(3)垂 直 无 功 : 有 力 作 用 在 物 体 上 , 物 体 也 移 动 了 一 段 距 离 .但力 的 方 向 与 物 体 移 动 方 向 垂 直 . 【 方 法 技 巧 】 考 虑 做 功 问 题 时 , 可 按 以 下 三 个 步 骤(1)物 体 是 否 受 到 力 的 作 用 , 不 受 力 的 物 体 不 存 在 做 功 问 题 .(2)物 体 是 否 运 动 , 不 运 动 的 物 体 也 不 存 在 做 功 问 题 .(3)判 断 物 体 受 力 的 方 向 和 运 动 方 向 的 关 系 , 若 二 者 方 向 垂 直 ,则 不 做 功 ; 若 二 者 方 向 不 垂 直 , 则 做 功 .【 中 考 警 示 】 利 用 W Fs进 行 计 算 时 , 要 注 意 :(1)F与 s的 一一 对 应 的 关 系 , 即 s是 在 力 F的 作 用 下 沿 F的 方 向 移 动 的 距 离 .(2)在 计 算 时 每 个 物 理 量 的 单 位 必 须 选 取 国 际 单 位 : F是 牛 (N)、s是 米 (m)、 W是 焦 耳 (J). 【 延 伸 拓 展 】 功 的 原 理 : 使 用 任 何 机 械 都 不 省 功 .省 力 的 机 械必 定 费 距 离 , 省 距 离 的 机 械 必 定 费 力 , 省 力 又 省 距 离 的 机 械 是不 存 在 的 , 但 是 使 用 机 械 可 以 省 力 、 改 变 动 力 的 方 向 或 者 省 距离 , 给 人 们 带 来 方 便 .这 是 人 们 使 用 机 械 的 目 的 .功 的 原 理 适 用于 任 何 机 械 . 【 典 例 1】 (2012 内 江 中 考 )如 图 所 示 , 以 下 所 列 举 的 几 个 力中 , 没 有 对 物 体 做 功 的 是 ( ) 【 思 维 导 图 】 【 精 讲 精 析 】 选 D.物 理 学 中 的 功 包 含 两 个 必 要 因 素 , 一 是 作 用在 物 体 上 的 力 ; 二 是 物 体 在 力 的 方 向 上 运 动 一 段 距 离 .由 题 图可 知 , 杠 铃 静 止 时 受 到 了 运 动 员 的 支 持 力 , 但 在 支 持 力 的 方 向上 没 有 通 过 距 离 , 故 D选 项 支 持 力 没 有 对 杠 铃 做 功 . 二 、 理 解 机 械 效 率1.机 械 效 率 是 有 用 功 在 总 功 中 所 占 比 例 的 多 少 , 是 一 个 比 值 ,是 一 个 无 单 位 的 物 理 量 , 描 述 机 械 的 工 作 性 能 .2.使 用 机 械 时 , 不 得 不 做 一 些 额 外 功 , 所 以 机 械 效 率 总 小 于1.功 率 可 以 是 任 何 数 .3.机 械 效 率 具 有 可 变 性由 公 式 可 知 , 当 额 外 功 一 定 时 , 机 械 做的 有 用 功 越 多 , 机 械 效 率 越 高 .当 机 械 所 做 的 有 用 功 一 定 时 ,机 械 做 的 额 外 功 越 少 , 机 械 效 率 越 高 .W WW W W 有 用 有 用总 有 用 额 外 4.提 高 机 械 效 率 的 方 法(1)当 有 用 功 (W有 用 )一 定 时 ,额 外 功 (W额 外 )越 小 ,则 机 械 效 率 ( )越 大 .因 此 设 法 减 小 额 外 功 可 以 提 高 机 械 效 率 .如 减 轻 动 滑 轮(做 额 外 功 的 机 械 )本 身 的 重 量 ,加 润 滑 油 以 减 小 摩 擦 ,用 轻 质 材料 制 作 机 械 ,都 可 以 不 同 程 度 地 减 小 额 外 功 ,提 高 机 械 效 率 .(2)当 额 外 功 (W额 外 )一 定 时 , 有 用 功 (W有 用 )越 大 , 机 械 效 率 ( )越 大 , 因 此 增 大 有 用 功 可 以 提 高 机 械 效 率 .如 增 加 物 重 可 以 提高 机 械 效 率 . 【 方 法 技 巧 】 “ 两 要 点 ” 求 机 械 效 率要 点 一 : 确 定 有 用 功 和 总 功 :一 般 情 况 下 克 服 机 械 本 身 的 摩 擦 力 或 重 力 做 的 功 是 额 外 功 ; 提升 重 物 时 克 服 物 体 重 力 做 的 功 是 有 用 功 ; 动 力 对 机 械 做 的 功 是总 功 .要 点 二 : 选 择 合 适 的 公 式 , 根 据 题 目 中 所 给 条 件 选 择 公 式 ; W Gh GW Fs nF 有 用总 W WW W W 有 用 有 用总 有 用 额 外 【 中 考 警 示 】 机 械 效 率 的 三 个 误 区(1)概 念 理 解 不 完 整 : 机 械 效 率 表 示 的 是 有 用 功 跟 总 功 的 比 值 ,与 是 否 受 力 、 做 功 多 少 及 功 率 无 关 , 与 机 械 自 身 (如 机 械 的 自重 、 摩 擦 )和 做 功 现 象 (如 被 提 起 的 重 物 )有 关 .(2)滑 轮 认 识 不 全 面 : 对 滑 轮 组 认 识 不 清 , 不 能 准 确 判 断 滑 轮组 承 担 物 重 段 数 n.(3)试 题 分 类 不 清 晰 : 滑 轮 组 既 可 以 将 重 物 竖 直 提 起 , 也 可 以拉 着 物 体 水 平 前 进 , 还 可 以 使 物 体 沿 斜 面 前 行 . 竖 直 提 起 时 是克 服 重 力 做 功 , 水 平 (斜 着 )拉 物 体 时 是 克 服 阻 力 做 功 .分 析 哪个 力 做 的 是 有 用 功 是 解 决 这 类 问 题 的 关 键 . 【 典 例 2】 (2011 无 锡 中 考 )用 相 同 的 滑 轮 和 绳 子 分 别 组 成 如图 所 示 的 甲 、 乙 两 个 滑 轮 组 , 把 相 同 的 重 物 匀 速 提 升 相 同 的 高度 .若 不 计 绳 重 及 摩 擦 , 下 列 说 法 正 确 的 是 ( ) A.绳 子 受 的 拉 力 F1和 F2大 小 相 等 , 滑 轮 组 的 机 械 效 率 相 同B.绳 子 受 的 拉 力 F1和 F2大 小 不 相 等 , 滑 轮 组 的 机 械 效 率 不 同C.绳 子 自 由 端 移 动 的 距 离 不 相 等 , 拉 力 对 滑 轮 组 所 做 的 功 相 等D.绳 子 自 由 端 移 动 的 距 离 不 相 等 , 拉 力 对 滑 轮 组 所 做 的 功 不 相等 【 思 维 导 图 】 【 精 讲 精 析 】 选 C.虽 然 两 个 滑 轮 组 相 同 , 但 是 绕 线 方 法 不 同 ,甲 图 相 当 于 两 根 绳 子 承 担 着 重 物 , 乙 图 相 当 于 三 根 绳 子 承 担 着重 物 , 所 以 它 们 的 拉 力 和 绳 子 的 自 由 端 移 动 的 距 离 不 等 , 当 升高 相 同 的 高 度 时 , 所 做 的 有 用 功 和 额 外 功 相 同 , 即 拉 力 对 滑 轮组 所 做 的 功 相 等 , 故 选 C. 【 备 选 例 题 】 小 明 用 一 个 动 滑 轮 匀 速 提 升 重 为 200 N的 物 体 ,所 用 竖 直 向 上 的 拉 力 为 125 N.物 体 上 升 2 m的 过 程 中 , 拉 力 所做 的 有 用 功 为 _ J, 总 功 为 _ J, 动 滑 轮 的 机 械 效 率 为_.小 明 又 用 这 个 动 滑 轮 用 同 样 的 方 法 提 升 400 N的 物 体 升高 相 同 的 高 度 , 动 滑 轮 的 机 械 效 率 为 _. 【 精 讲 精 析 】 本 题 考 查 了 动 滑 轮 的 机 械 效 率 及 其 可 变 性 .有 用功 指 克 服 物 体 重 力 所 做 的 功 W有 用 =Gh 200 N 2 m=400 J; 使用 动 滑 轮 提 升 物 体 时 , 拉 力 作 用 点 移 动 的 距 离 为 物 体 上 升 高 度的 2倍 , 即 s=2h=2 2 m=4 m, 拉 力 所 做 的 功 就 是 总 功 W总 =Fs=125 N 4 m=500 J; 则 机 械 效 率 ; 提 升的 重 物 变 了 , 机 械 效 率 发 生 了 变 化 , 但 是 动 滑 轮 没 有 变 , 提 升相 同 的 高 度 , 额 外 功 不 变 , W额 外 =W总 -W有 用 =500 J-400 J100 J, W 有 用 =G h 400 N 2 m=800 J, W 总 =W额 外 + W 有 用 =100 J+800 J 900 J, 答 案 : 400 500 80% 89% W 400 J 80%W 500 J 有 用总W 800 J 89%W 900 J 有 用总 三 、 功 、 功 率 、 机 械 效 率 的 综 合 计 算1.三 者 之 间 的 关 系 2.三 者 的 公 式 关 系3.功 率 与 速 度 、 牵 引 力 的 关 系W P t PW P t PWW 有 用 有 用 有 用总 总 总有 用总 sv tWP FsP P Fvt tW Fs 【 方 法 技 巧 】 对 于 功 、 功 率 和 机 械 效 率 的 综 合 计 算 , 解 题 思 路是(1)认 真 审 题 , 剖 析 题 意 确 定 各 量 间 的 关 系 .(2)根 据 已 知 量 和 待 求 量 的 关 系 , 结 合 相 应 的 公 式 或 物 理 规 律建 立 关 系 式 .(3)逐 步 分 析 、 计 算 中 间 的 物 理 量 , 直 至 导 出 所 求 量 .【 中 考 警 示 】 两 点 注 意(1)理 清 关 系 : 计 算 时 涉 及 的 公 式 与 物 理 量 较 多 , 要 找 出 各 物理 量 的 对 应 关 系 , 会 举 一 反 三 .(2)统 一 单 位 : 计 算 时 要 注 意 公 式 中 各 物 理 量 都 要 使 用 国 际 单位 , 若 题 中 给 的 物 理 量 不 是 国 际 单 位 要 先 转 化 为 国 际 单 位 . 【 典 例 3】 (2012 苏 州 中 考 )建 筑 工 地 上 工 人 用 如 图 所 示 的 装置 将 重 为 230 N的 建 材 从 地 面 匀 速 送 到 6 m高 处 , 所 用 拉 力 为125 N, 时 间 为 20 s.求 : (1)工 人 做 的 有 用 功 ;(2)工 人 做 的 总 功 ;(3)此 过 程 中 该 装 置 的 机 械 效 率 ;(4)工 人 做 功 的 功 率 .【 思 维 导 图 】 解 答 此 类 问 题 需 要 明 确 以 下 几 点 : 【 精 讲 精 析 】 (1)工 人 在 运 送 建 材 的 过 程 中 , 使 重 物 升 高 克 服建 材 重 力 所 做 的 功 为 有 用 功 , W有 =Gh.(2)其 中 拉 力 所 做 的 功 包含 提 升 建 材 的 有 用 功 和 提 升 动 滑 轮 以 及 克 服 摩 擦 等 做 的 额 外功 , 这 部 分 功 为 总 功 , W总 =Fs, 其 中 s表 示 拉 力 移 动 的 距 离 , 由于 有 两 段 绳 子 连 着 动 滑 轮 , 所 以 拉 力 移 动 的 距 离 为 建 材 升 高 距离 的 2倍 .(3)根 据 可 以 算 出 机 械 效 率 ; (4)工 人 所做 的 功 即 为 总 功 , 功 率 计 算 可 以 用 功 率 计 算 公 式 算 得 .W 100%W 有总 WP t 总 答 案 : (1)W有 =Gh=230 N 6 m=1 380 J(2)s=2h=2 6 m=12 m,W总 =Fs=125 N 12 m=1 500 J(3) (4) W 1 380 J100% 100% 92%W 1 500 J 有总W 1 500 JP 75 Wt 20 s 总 四 、 机 械 能 的 转 化 及 守 恒1.只 有 重 力 做 功 的 时 候 , 机 械 能 守 恒 , 重 力 势 能 、 弹 性 势 能 、动 能 之 间 可 以 相 互 转 化 , 转 化 情 况 如 下 图 :总 机 械 能 守 恒速 度 增 大高 度 减 小 弹 性 形 变 增 大速 度 减 小重 力势 能 动能 弹 性势 能速 度 增 大速 度 减 小 速 度 增 大弹 性 形 变 减 小 2.机 械 能 与 其 他 形 式 的 能 之 间 也 可 以 相 互 转 化 , 机 械 能 转 化 为内 能 , 内 能 转 化 为 机 械 能 等 ; 比 如 划 过 夜 空 的 流 星 克 服 与 空 气的 摩 擦 力 做 功 , 机 械 能 减 小 , 减 小 的 机 械 能 转 化 成 内 能 , 使 流星 温 度 升 高 , 这 样 机 械 能 不 再 守 恒 . 【 方 法 技 巧 】 分 析 动 能 与 势 能 相 互 转 化 的 一 般 步 骤(1)明 确 要 研 究 对 象 和 所 要 研 究 的 过 程 .(2)根 据 物 体 在 初 始 状 态 的 位 置 、 速 度 、 形 变 情 况 , 确 定 物 体具 有 的 动 能 、 势 能 .(3)根 据 物 体 在 最 终 状 态 的 位 置 、 速 度 、 形 变 情 况 , 确 定 物 体具 有 的 动 能 、 势 能 .(4)分 析 运 动 过 程 中 是 否 受 摩 擦 力 , 如 果 不 考 虑 摩 擦 力 , 动 能与 势 能 总 和 不 变 , 一 种 能 量 减 小 , 另 一 种 能 量 增 加 , 能 量 发 生了 转 化 . 【 中 考 警 示 】 (1)能 量 转 化 可 以 发 生 在 同 一 物 体 上 , 也 可 以 发生 在 不 同 物 体 之 间 .例 如 : 高 空 落 下 的 石 子 能 量 发 生 在 同 一 物体 上 , 弓 把 箭 射 出 去 能 量 转 化 发 生 在 弓 和 箭 两 个 物 体 之 间 .(2)在 现 实 生 活 中 有 摩 擦 阻 力 , 所 以 机 械 能 不 守 恒 , 能 量 在 转化 过 程 中 逐 渐 减 小 , 注 意 题 干 中 有 没 有 注 明 “ 不 考 虑 阻 力 ” . 【 延 伸 拓 展 】 功 与 能 的 关 系能 量 是 物 体 能 够 做 功 的 本 领 , 但 是 物 体 不 一 定 做 功 ; 功 是 一 个过 程 量 , 如 果 物 体 对 外 做 了 功 , 它 的 能 量 会 减 少 , 如 果 外 界 对物 体 做 了 功 , 物 体 的 能 量 会 增 加 , 增 加 的 多 少 等 于 做 功 的 多 少 ;物 体 也 只 能 通 过 做 功 才 能 实 现 能 量 的 转 化 , 功 是 能 量 转 化 的 量度 . 【 典 例 4】 (2011 绵 阳 中 考 )2011年 4月 10日 , 我 国 在 西 昌 卫 星发 射 中 心 用 “ 长 征 三 号 甲 ” 运 载 火 箭 , 成 功 将 北 斗 八 号 导 航 卫星 发 射 到 预 定 椭 圆 轨 道 , 该 椭 圆 轨 道 近 地 点 约 200千 米 , 远 地点 约 3 599千 米 , 如 图 是 北 斗 八 号 导 航 卫 星 的 轨 道 示 意 图 .已 知该 卫 星 沿 椭 圆 轨 道 绕 地 球 运 行 的 过 程 中 机 械 能 守 恒 , 则 关 于 该卫 星 从 远 地 点 向 近 地 点 运 行 过 程 中 势 能 、 动 能 、 速 度 的 变 化是 ( ) A.势 能 增 加 、 动 能 减 小 、 速 度 减 小B.势 能 减 小 、 动 能 增 加 、 速 度 增 加C.势 能 减 小 、 动 能 增 加 、 速 度 不 变D.势 能 不 变 、 动 能 不 变 、 速 度 不 变 【 思 维 导 图 】【 精 讲 精 析 】 选 B.卫 星 沿 椭 圆 轨 道 绕 地 球 运 行 的 过 程 中 机 械 能守 恒 , 动 能 和 势 能 相 互 转 化 .从 远 地 点 向 近 地 点 运 行 过 程 中 ,质 量 不 变 , 高 度 减 小 , 势 能 减 小 , 则 动 能 增 大 , 速 度 增 大 . 一 、 实 验 探 究 : 探 究 斜 面 的 机 械 效 率1.实 验 器 材 : 长 木 板 、 木 块 、 _、 _、 细 线 、毛 巾 、 棉 布 .2.实 验 方 法 : _、 转 换 法 .3.实 验 结 论斜 面 的 机 械 效 率 与 斜 面 的 倾 斜 程 度 、 斜 面 的 粗 糙 程 度 有 关 .(1)斜 面 粗 糙 程 度 相 同 时 , 斜 面 的 倾 斜 程 度 越 大 机 械 效 率 _.(2)斜 面 的 倾 斜 程 度 相 同 时 , 斜 面 越 粗 糙 机 械 效 率 _.弹 簧 测 力 计 刻 度 尺控 制 变 量 法 越 大越 低 4.问 题 探 究(1)在 本 实 验 中 , 除 倾 斜 程 度 不 同 外 , 其 他 哪 些 因 素 相 同 ?提 示 : 斜 面 的 光 滑 程 度 (材 料 ). 斜 面 的 长 度 . 物 体 的 重 力 .(2)在 本 实 验 中 , 应 该 怎 样 拉 动 弹 簧 测 力 计 ?为 什 么 要 这 样 做 ?提 示 : 沿 斜 面 匀 速 拉 动 使 弹 簧 测 力 计 示 数 稳 定 , 便 于 读 出 拉 力的 大 小 .(3)实 验 结 束 后 , 如 何 计 算 有 用 功 、 额 外 功 、 总 功 ?提 示 : W 有 用 =Gh. W额 外 =W总 -W有 用 . W总 =Fs(F是 沿 斜 面 匀 速 拉动 物 体 的 拉 力 , s是 斜 面 的 长 度 ). 【 方 法 技 巧 】 (1)为 了 使 实 验 效 果 更 明 显 , 选 用 的 物 体 要 重 一些 , 斜 面 的 粗 糙 程 度 要 大 些 .(2)拉 动 物 体 时 要 保 证 其 做 匀 速 直 线 运 动 且 拉 力 的 方 向 与 斜 面平 行 .(3)在 毛 巾 、 棉 布 上 拉 物 体 时 把 毛 巾 、 棉 布 的 底 端 固 定 , 防 止起 皱 , 影 响 测 量 的 准 确 性 .【 中 考 警 示 】 在 探 究 斜 面 的 机 械 效 率 时 , 物 体 受 到 的 摩 擦 力 f不 能 直 接 测 出 来 , 要 计 算 摩 擦 力 需 要 先 计 算 额 外 功 W 额 =W总 -W有 用 , 然 后 再 利 用 W额 =fs计 算 出 摩 擦 力 (f表 示 摩 擦 力 ). 【 典 例 1】 (2011 十 堰 中 考 )如 图 是 小 枫 探 究 影 响 斜 面 机 械 效率 因 素 的 实 验 装 置 .他 在 实 验 时 用 弹 簧 测 力 计 拉 着 同 一 木 块 沿着 不 同 的 斜 面 匀 速 向 上 运 动 , 实 验 测 量 的 数 据 如 下 表 .请 你 解答 下 列 问 题 : (1)在 第 4次 实 验 中 , 木 块 受 到 的 摩 擦 力 是 _ N.(结 果 保 留一 位 小 数 )(2)分 析 第 1、 2、 4次 实 验 数 据 , 得 出 : 在 斜 面 光 滑 程 度 一 定 时 ,_.(3)分 析 第 3、 4、 5次 实 验 数 据 , 可 得 出 : _.(4)该 实 验 用 到 的 研 究 方 法 是 _.请 你 再 举 出 一 例 用 此 方法 的 实 验 _. 【 精 讲 精 析 】 本 题 考 查 测 量 斜 面 机 械 效 率 的 实 验 , (1)第 4次 实验 中 , 若 不 考 虑 摩 擦 力 , 沿 斜 面 匀 速 向 上 拉 动 木 块 的 拉 力 为 , 所 以 木 块 受 到 的 摩 擦 力 为 f=5.0 N-3.2 N=1.8 N.(2)第 1、 2、 4次 实 验 中 , 斜 面 材 料 、 物 重 、斜 面 长 度 都 不 变 , 只 是 斜 面 倾 角 不 同 , 结 果 机 械 效 率 不 同 , 因 此可 以 得 出 : 在 斜 面 光 滑 程 度 一 定 时 , 斜 面 倾 角 越 大 , 机 械效 率 越 高 .(3)第 3、 4、 5次 实 验 中 , 斜 面 倾 角 相 同 , 斜 面 材 料 不同 , 结 果 机 械 效 率 不 同 , 因 此 可 以 得 出 : 在 斜 面 倾 角 一 定 时 ,斜 面 越 光 滑 , 机 械 效 率 越 高 .(4)该 实 验 用 到 的 研 究 方 法 是 控 制变 量 法 , 在 探 究 电 阻 上 的 电 流 跟 两 端 电 压 的 关 系 时 , 也 是 用 的控 制 变 量 法 .Gh 5 N 0.51 mF 3.2 NL 0.8 m 答 案 : (1)1.8 (2)斜 面 的 倾 角 越 大 , 其 机 械 效 率 越 高(3)在 斜 面 的 倾 角 一 定 时 , 斜 面 越 光 滑 , 其 机 械 效 率 越 高(4)控 制 变 量 法 探 究 通 过 电 阻 的 电 流 与 其 两 端 电 压 的 关 系 【 延 伸 探 究 】 结 合 典 例 思 考 以 下 问 题 :(1)实 验 中 , 有 用 功 与 总 功 不 相 等 的 原 因 是 _.(2)请 举 一 个 生 产 、 生 活 中 利 用 斜 面 的 实 例 : _. 【 解 析 】 (1)实 验 中 , 接 触 面 的 摩 擦 是 不 可 避 免 的 , 这 也 是 使用 机 械 时 有 用 功 永 远 小 于 总 功 的 主 要 原 因 .(2)斜 面 的 作 用 主 要 是 利 用 它 能 够 省 力 , 从 而 方 便 地 将 物 体 从低 处 运 到 高 处 , 从 这 一 角 度 考 虑 , 这 样 的 例 子 在 生 活 中 非 常 常见 , 如 盘 山 公 路 、 引 桥 等 .答 案 : (1)木 块 与 木 板 间 存 在 摩 擦 (2)盘 山 公 路 二 、 实 验 探 究 : 探 究 动 能 的 大 小 与 什 么 因 素 有 关1.实 验 器 材 : 木 球 、 铁 球 (与 木 球 体 积 相 同 )、 _、 木 板 、_.2.实 验 方 法 : _、 转 换 法 .3.实 验 现 象(1)同 一 铁 球 从 不 同 高 度 滚 下 , 高 度 越 高 到 达 水 平 面 的 速 度_, 撞 得 木 块 运 动 的 距 离 越 远 .(2)木 球 与 铁 球 从 同 一 高 度 滚 下 , 到 达 水 平 面 的 速 度 相 同 , 铁球 撞 得 木 块 运 动 的 距 离 远 . 斜 面木 块 控 制 变 量 法越 大 4.实 验 结 论 : 物 体 的 动 能 与 物 体 的 质 量 和 速 度 有 关 , 质 量_, 速 度 _, 物 体 具 有 的 动 能 就 越 大 .5.问 题 探 究(1)在 实 验 中 , 铁 球 动 能 的 大 小 是 如 何 显 示 的 ?提 示 : 在 同 一 平 面 上 , 木 块 被 撞 得 越 远 , 铁 球 动 能 越 大 , 这 是转 换 法 .(2)在 实 验 中 , 为 什 么 让 不 同 的 球 在 同 一 位 置 释 放 ?提 示 : 目 的 是 控 制 不 同 的 球 在 撞 击 木 块 时 速 度 相 同 .(3)在 实 验 中 , 为 什 么 让 同 一 个 铁 球 在 不 同 的 位 置 释 放 ?提 示 : 目 的 是 控 制 同 一 个 铁 球 在 撞 击 木 块 时 速 度 不 同 .越 大 越 大 (4)在 本 实 验 中 , 应 注 意 什 么 问 题 ?提 示 : 在 实 验 中 使 用 同 一 个 斜 面 (粗 糙 程 度 , 倾 斜 程 度 都 不变 ). 被 撞 击 的 是 同 一 个 木 块 . 木 块 放 置 的 平 面 粗 糙 程 度 不 变 . 使 球 运 动 的 路 线 与 木 块 的 中 心 在 同 一 条 直 线 上 .【 中 考 警 示 】 物 体 的 动 能 与 物 体 的 质 量 和 速 度 有 关 , 主 要 用 控制 变 量 法 进 行 研 究 , 在 表 述 结 论 时 要 注 意 指 明 是 哪 个 物 理 量 相同 , 动 能 与 另 一 个 物 理 量 的 关 系 怎 么 样 . 【 典 例 2】 (2012 滨 州 中 考 )小 红 猜 想 动 能 的 大 小 可 能 与 物 体的 质 量 m和 运 动 速 度 v有 关 , 于 是 设 计 了 如 图 甲 、 乙 所 示 的 实 验 ,探 究 动 能 的 大 小 与 物 体 的 质 量 m和 运 动 速 度 v的 关 系 . 甲 、 乙 两 组 实 验 中 :(1)甲 图 中 让 不 同 质 量 的 两 个 小 球 从 斜 面 的 同 一 高 度 自 由 滚 下 ,目 的 是 使 两 球 到 达 水 平 面 时 具 有 相 同 的 _.(2)选 用 图 甲 探 究 的 是 动 能 与 _的 关 系 , 比 较 分 析 实 验 现象 , 得 出 的 结 论 是 _.(3)选 用 图 乙 探 究 的 是 动 能 与 _的 关 系 , 比 较 分 析 实 验 现象 , 得 出 的 结 论 是 _. 【 精 讲 精 析 】 本 题 考 查 探 究 影 响 动 能 大 小 的 因 素 .(1)为 了 研 究动 能 大 小 与 质 量 的 关 系 , 需 要 控 制 不 同 质 量 的 小 球 撞 击 木 块 的速 度 相 同 , 具 体 措 施 : 让 不 同 质 量 的 小 球 从 同 一 高 度 自 由 滚 下 ,则 到 达 斜 面 底 端 时 的 速 度 相 同 ; (2)动 能 的 大 小 可 以 通 过 做 功的 多 少 来 体 现 , 做 功 的 多 少 又 可 以 通 过 小 球 推 动 木 块 通 过 的 距离 的 远 近 来 体 现 , 由 题 图 甲 可 知 , 探 究 的 是 动 能 与 质 量 的 关 系 ,运 动 速 度 相 同 时 , 质 量 越 大 的 小 球 具 有 的 动 能 越 大 ;(3)为 了 研 究 动 能 大 小 与 速 度 的 关 系 , 需 要 控 制 小 球 的 质 量 相同 、 速 度 不 同 , 具 体 措 施 : 使 两 个 小 球 在 斜 面 上 的 高 度 不 同 ,滑 到 斜 面 底 端 时 的 速 度 不 同 .由 题 图 乙 可 知 , 物 体 质 量 一 定 时 ,运 动 速 度 越 大 , 动 能 越 大 . 答 案 : (1)速 度 (2)质 量 运 动 速 度 一 定 时 , 物 体 质 量 越 大 ,动 能 越 大 (3)运 动 速 度 物 体 质 量 一 定 时 , 运 动 速 度 越 大 ,动 能 越 大 【 延 伸 探 究 】 结 合 典 例 探 究 以 下 问 题 :(1)实 验 中 , 如 果 木 块 运 动 到 了 长 木 板 的 末 端 仍 未 停 止 , 在 不更 换 实 验 器 材 的 前 提 下 , 解 决 的 方 法 是 _.(2)该 实 验 主 要 运 用 了 哪 种 物 理 方 法 来 判 断 物 体 动 能 的 大 小( )A.控 制 变 量 法 B.转 换 法C.理 想 推 理 法 D.模 型 法 【 解 析 】 (1)木 块 运 动 到 了 长 木 板 的 末 端 , 说 明 小 球 的 动 能 过大 , 要 减 小 小 球 的 动 能 , 所 以 应 该 适 当 降 低 小 球 开 始 滚 下 的 高度 .(2)本 实 验 通 过 比 较 木 块 被 推 开 的 距 离 来 判 断 小 球 动 能 的 大小 .木 块 被 推 开 的 距 离 越 远 , 说 明 小 球 对 木 块 做 功 越 多 , 小 球的 动 能 就 越 大 .这 种 方 法 叫 做 转 换 法 .答 案 : (1)降 低 小 球 开 始 滚 下 的 高 度 (2)B 一 、 功1.(2011 临 沂 中 考 )如 图 所 示 的 过 程 中 , 人 对 物 体 做 功 的 是( ) 【 解 析 】 选 B.要 正 确 理 解 功 的 两 个 必 要 因 素 , 即 一 要 看 是 否 有力 作 用 在 物 体 上 , 二 要 看 物 体 是 否 在 力 的 方 向 上 通 过 了 距 离 ,二 者 缺 一 不 可 .选 项 B中 运 动 员 对 杠 铃 施 加 向 上 的 力 , 并 且 是 在力 的 方 向 上 移 动 了 距 离 , 故 人 对 杠 铃 做 了 功 . 2.(2011 威 海 中 考 )图 中 是 一 个 两 面 光 滑 的 斜 面 , 大 于 , 同 一 个 物 体 分 别 在 AC和 BC斜 面 受 拉 力 匀 速 运 动 到 C点 ,所 需 拉 力 分 别 为 FA、 FB, 所 做 功 分 别 为 WA、 WB, 则 ( )A.FA FB, WA WB B.FA FB, WA WBC.F A FB, WA WB D.FA FB, WA WB 【 解 析 】 选 B.由 于 两 斜 面 光 滑 , 并 且 两 个 斜 面 的 高 度 相 等 , 因此 物 体 沿 着 斜 面 两 侧 匀 速 地 运 动 到 顶 端 时 , 由 功 的 原 理 可 得 拉力 所 做 的 功 均 为 WA=WB=Gh, 由 于 大 于 , 则 ACBC,所 以FAW2 P1P2C.W1W2 P1=P2 D.W1W2 P1h2, 所 以 W1W2;功 率 , 两 次 做 功 时 间 相 同 , W1W2, 所 以 P1P2.WP t 5.(2012 无 锡 中 考 )学 习 了 功 率 的 知 识 后 , 小 明 和 几 位 同 学 准备 开 展 “ 比 一 比 谁 的 功 率 大 ” 的 活 动 , 他 们 设 计 了 三 套 方 案 : 测 量 出 各 自 的 体 重 、 爬 楼 用 的 时 间 和 爬 楼 的 高 度 , 算 出 爬 楼的 功 率 并 进 行 比 较 ; 控 制 爬 楼 的 时 间 相 同 , 测 量 出 各 自 的 体重 、 爬 楼 的 高 度 , 算 出 爬 楼 做 的 功 并 进 行 比 较 ; 控 制 爬 楼 的高 度 相 同 , 测 量 出 各 自 的 体 重 、 爬 楼 的 时 间 , 算 出 体 重 和 时 间的 比 值 并 进 行 比 较 , 可 行 的 是 ( )A.只 有 B.只 有 C.只 有 D. 都 可 以 【 解 析 】 选 D.根 据 ,测 出 m、 t、 h即 可 算 出 爬楼 的 功 率 进 行 比 较 , 可 行 ; 控 制 爬 楼 的 时 间 相 同 , 测 量 出 各自 的 体 重 、 爬 楼 的 高 度 , 根 据 W=Gh=mgh算 出 爬 楼 做 的 功 , 再 根据 即 可 比 较 , 可 行 ; 控 制 爬 楼 的 高 度 相 同 , 测 量 出 各自 的 体 重 、 爬 楼 的 时 间 , 根 据 知 , 算 出 体 重和 时 间 的 比 值 即 可 比 较 出 爬 楼 的 功 率 , 可 行 .故 本 题 选 D.W Gh mghP t t t WP t W Gh mghP t t t 6.(2012 江 西 中 考 )如 图 所 示 , 蚂 蚁 用 10-3 N的 力 拉 着 树 叶 ,10 s内 沿 拉 力 方 向 前 进 了 10 cm, 则 蚂 蚁 对 树 叶 做 功 为 _J,此 时 的 功 率 为 _W. 【 解 析 】 本 题 考 查 功 与 功 率 的 计 算 .蚂 蚁 对 树 叶 施 加 了 拉 力 ,拉 力 在 力 的 方 向 上 通 过 了 距 离 , 故 蚂 蚁 做 的 功 W=Fs=10-3 N0.1 m=10-4 J; 所 用 时 间 为 10 s, 则 这 段 时 间 做 功 的 功 率 为 .答 案 : 10-4 10-54 5W 10 JP 10 Wt 10 s 7.(2011 嘉 兴 中 考 )5月 19日 上 午 , 装 载 着 两 台 大 型 桥 吊 的“ 振 华 23号 ” 轮 在 舟 山 大 浦 口 码 头 靠 岸 .这 两 台 桥 吊 是 舟 山 港起 吊 速 度 最 快 、 起 重 量 最 大 、 外 伸 距 最 长 的 集 装 箱 桥 吊 , 将 大大 提 高 舟 山 港 的 集 装 箱 吞 吐 能 力 .(g=10 N/kg) (1)桥 吊 一 次 最 多 能 起 吊 65吨 的 货 物 , 65吨 货 物 的 重 力 为 多 大 ?(2)若 将 65吨 的 货 物 竖 直 吊 起 20米 , 用 时 200秒 , 则 桥 吊 对 货 物做 了 多 少 功 ? 功 率 有 多 大 ?【 解 析 】 (1)货 物 的 重 力G=mg=65 103 kg 10 N/kg=6.5 105 N(2)桥 吊 对 货 物 做 的 功W=Gh=6.5 105 N 20 m=1.3 107 J桥 吊 的 功 率答 案 : (1)6.5 10 5 N (2)1.3 107 J 6.5 104 W7 4W 1.3 10 JP 6.5 10 Wt 200 s 三 、 机 械 效 率8.(2011 河 池 中 考 )李 玲 同 学 值 日 时 用 水 桶 提 水 从 一 楼 上 到 三楼 , 她 做 的 有 用 功 是 ( )A.对 桶 所 做 的 功 B.对 水 所 做 的 功C.对 水 和 桶 所 做 的 功 D.对 水 、 桶 和 人 所 做 的 功【 解 析 】 选 B.本 题 考 查 有 用 功 、 总 功 和 额 外 功 的 辨 别 .李 玲 同学 将 水 桶 从 一 楼 提 到 三 楼 的 目 的 是 将 水 提 上 去 , 而 水 桶 是 为 了装 水 , 虽 然 没 有 用 但 是 必 须 要 做 的 , 故 对 水 所 做 的 功 为 有 用 功 ,对 水 桶 和 人 所 做 的 功 为 额 外 功 , 对 水 、 桶 和 人 做 的 功 为 总 功 . 9.(2012 泰 安 中 考 )如 图 所 示 , 工 人 师 傅 用 250 N的 力 将 重 400 N的 物 体 匀 速 提 升 1 m, 在 此 过 程 中 滑轮 组 的 机 械 效 率 是 ( )A.80% B.62.5%C.125% D.20% 【 解 析 】 选 A.拉 力 F所 做 的 有 用 功W有 用 =Gh=400 N 1 m=400 J拉 力 F移 动 的 距 离s=2h=2 1 m=2 m拉 力 F所 做 的 总 功W总 =Fs=250 N 2 m=500 J滑 轮 组 的 机 械 效 率W 400 J 100% 80%W 500 J 有 用总 10.(2011 天 津 中 考 )(多 选 )粗 糙 斜 面 高 度 为 h, 长 为 l, 用 沿斜 面 向 上 的 力 把 重 为 G的 物 体 由 斜 面 底 端 匀 速 拉 到 斜 面 顶 端 的过 程 中 , 拉 力 做 的 功 为 W, 则 ( )A.拉 力 大 小 为B.拉 力 大 小 为C.物 体 所 受 摩 擦 力 大 小 为D.物 体 所 受 摩 擦 力 大 小 为hGlWl W hGlW Ghl 【 解 析 】 选 B、 C.拉 力 做 的 功 是 总 功 , 功 等 于 力 与 距 离 的 乘 积即 W=Fl, 变 形 后 可 以 求 出 , 有 用 功 为 W有 用 =Gh, 额 外 功W额 外 =W-W有 用 =W-Gh, 额 外 功 是 克 服 斜 面 摩 擦 力 做 的 功 , 在 摩 擦力 的 方 向 上 经 过 的 距 离 为 l, 所 以 摩 擦 力 为 .WF l W Ghl 11.(2011 阜 新 中 考 )现 有 一 重 为 3 000 N的 包 装 箱 , 工 人 师 傅想 把 它 搬 到 1.2 m高 的 车 厢 上 , 他 们 用 木 板 在 车 厢 与 地 面 之 间搭 成 一 个 长 度 约 为 4 m的 简 易 斜 面 , 如 图 所 示 , 工 人 师 傅 站 在地 上 用 1 200 N的 推 力 沿 斜 面 把 包 装 箱 匀 速 推 上 车 .求 :(1)该 斜 面 的 机 械 效 率 是 多 少 ?(2)包 装 箱 在 斜 面 上 运 动 时 所 受 摩 擦 力 多 大 ? 【 解 析 】 (1)有 用 功W有 用 Gh 3 000 N 1.2 m 3.6 103 J总 功 W总 Fs 1 200 N 4 m 4.8 103 J机 械 效 率 :(2)额 外 功 W额 外 W总 W有 用 4.8 103 J 3.6 103 J1.2 103 J摩 擦 力答 案 : (1)75% (2)300 N33W 3.6 10 J 75%W 4.8 10 J 有 用总 3W 1.2 10 Jf 300 Ns 4 m 额 外 12.(2012 武 汉 中 考 )如 图 是 探 究 斜 面 的 机 械 效 率 跟 什 么 因 素有 关 的 实 验 装 置 .(1)实 验 器 材 有 木 块 、 铁 块 、 垫 块 、 各 处 粗 糙 程 度 相 同 的 长 木板 、 弹 簧 测 力 计 各 一 个 , 砝 码 若 干 .为 了 完 成 实 验 , 还 需 要 的测 量 工 具 是 _.(2)实 验 时 某 同 学 在 木 块 或 铁 块 上 放 置 不 同 的 砝 码 , 改 变 物 块的 重 力 , 用 弹 簧 测 力 计 拉 着 物 块 沿 斜 面 做 匀 速 直 线 运 动 .实 验的 部 分 数 据 如 表 所 示 : 该 同 学 运 用 控 制 变 量 法 探 究 的 是 斜 面 的 机 械 效 率 与 _、_、 _的 关 系 . 在 第 4次 实 验 中 , 斜 面 的 机 械 效 率 为 _(结 果 精 确 到 1%). 【 解 析 】 (1)探 究 斜 面 的 机 械 效 率 还 需 要 测 量 物 块 移 动 的 距 离 L和 物 体 上 升 的 高 度 h,所 以 还 需 要 的 测 量 工 具 是 刻 度 尺 .(2)由 题 中 表 格 可 知 , 该 同 学 运 用 控 制 变 量 法 探 究 的 是 斜 面 的机 械 效 率 与 接 触 面 的 粗 糙 程 度 、 物 块 重 、 斜 面 倾 斜 程 度 的 关 系 ,提 升 物 体 做 的 有 用 功 是W有 用 =Gh=5 N 0.35 m=1.75 J.拉 力 做 的 总 功 是W 总 =Fs=3.1 N 0.8 m=2.48 J.滑 轮 组 的 机 械 效 率 是 W 1.75 J 71%.W 2.48 J 有 用总 答 案 : (1)刻 度 尺 (2) 接 触 面 的 粗 糙 程 度物 块 重 斜 面 倾 斜 程 度 71% 四 、 机 械 能 及 其 转 化13.(2011 广 安 中 考 )来 广 安 参 加 红 色 旅 游 的 丁 先 生 从 渠 江 公园 乘 电 梯 到 思 源 广 场 , 在 电 梯 匀 速 上 升 的 过 程 中 , 丁 先 生 的(
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