電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的單桿切割磁感線問題_第1頁
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文檔簡介

1、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的單桿切割磁感線問題一、教學(xué)內(nèi)容:電磁感應(yīng)知識與應(yīng)用復(fù)習(xí)之單桿切割磁感線問題二、教學(xué)課時(shí):二課時(shí)三、教學(xué)課型:高三第一輪復(fù)習(xí)課四、教學(xué)設(shè)計(jì)適合對象:高三理科學(xué)生五、教學(xué)理念:電磁感應(yīng)現(xiàn)象知識的應(yīng)用歷來是高考的重點(diǎn)、熱點(diǎn),問題可將力學(xué)、電磁學(xué)等知識溶于一體,能 很好地考查學(xué)生的理 解、推理、分析綜合及應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題的能力。通過近年高考題的研究,電磁感應(yīng)問題每年都有“單桿切割磁感線 問題”模型的高考題出現(xiàn)。而解決電磁感應(yīng)單桿切割磁感線問題的關(guān)鍵就是借鑒或利用相似原型來啟發(fā)、理解和變換物理模 型,即把最基礎(chǔ)的物 理模型進(jìn)行細(xì)致的分析和深入的理解后,有目的的針對某些關(guān)鍵位置進(jìn)行變式

2、,從而把陌生的物理模型與熟悉的物理模型 相聯(lián)系,分析異同并從中挖掘其內(nèi)在聯(lián)系,從而建立起熟悉 模型與未知現(xiàn)象之間相互關(guān)系的一種特殊解題方法 .巧妙地 運(yùn)用“類同”變換,“類似”變換,“類異”變換,可使復(fù)雜、陌生、抽象的問題變成簡單、熟悉、具體的題型,從而使問題大為簡化,從而提高了課堂教學(xué)的有效 性。六、電磁感應(yīng)教學(xué)內(nèi)容與學(xué)情分析研究:6.1 教學(xué)內(nèi)容分析:電磁感應(yīng)中的單桿模型包括:導(dǎo)軌、金屬棒和磁場,所以對問題的變化點(diǎn)主要有:1.針對金屬棒1)金屬棒的受力情況:平行軌道方向上,除受安培力以外是否存在拉力、阻力;2) 金屬棒的初始狀態(tài):靜止或有一個(gè)初速度V。;3)金屬棒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài):與導(dǎo)軌是否垂直

3、,與磁場是否垂直,是不是繞中心點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng);4)金屬棒割磁感線狀況:整體切割磁感線或部分切割磁感線。2針對導(dǎo)軌1) 導(dǎo)軌的形狀:常見導(dǎo)軌的形狀為U形,還可以為圓形、三角形、三角函數(shù)圖形等;2)導(dǎo)軌的閉合性:導(dǎo)軌本身可以開口,也可閉合;3)導(dǎo)軌電阻:不計(jì)、均勻分布或部分有電阻、串上外電阻;4)導(dǎo)軌的放置:水平、豎直、傾斜放置。 3.針對磁場1)磁場的狀態(tài):磁場可以是穩(wěn)定不變的,也可以均勻變化或非均勻變化;2)磁場的分布:有界或無界。6 . 2 .學(xué)生學(xué)情分析:高三(3)班學(xué)生人數(shù)少,小班化教學(xué),經(jīng)高一、高二學(xué)年眾教師的共同導(dǎo)向下,班級自主學(xué)習(xí)的能力較強(qiáng),也形成小組合作學(xué)習(xí)的氛圍。文理科分班后,學(xué)生的學(xué)

4、習(xí)目標(biāo)明確,學(xué)習(xí)積極主動(dòng)。學(xué) 生已基本 復(fù)習(xí)了高中物理的主干知識一一 力學(xué)和電學(xué),知識面完整性較強(qiáng),自身綜合能力有了進(jìn)一步 的提高,但班級中學(xué)生學(xué)習(xí)的兩極分化也日益明顯,部分女生 現(xiàn)象尤其突出。七、教學(xué)目標(biāo)7.1知識與技能讓學(xué)生掌握電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件和規(guī)律,能靈活使用楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律來判斷和計(jì)算電磁感應(yīng)中電流 方向和大?。蛔寣W(xué)生理解知識的連貫性,促進(jìn)電磁感應(yīng)知識與其他知識間網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建;以及讓學(xué)生從解題的方法和思路上 得到總結(jié),形成電磁感應(yīng)問題的建模能力,7. 2過程與方法通過電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題的學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生個(gè)人自悟和自我糾錯(cuò)的學(xué)習(xí)習(xí)慣;弓I導(dǎo)學(xué)生以學(xué)習(xí)小組的形式在小組 內(nèi)相互討

5、論,相互促進(jìn),讓小組中物理能力較好的學(xué)生熱情解答同學(xué)的疑問,培養(yǎng) 學(xué)生小組合作和互助共進(jìn)的學(xué)習(xí)氛圍。 組織學(xué)生小組間進(jìn)行交流,勵(lì)學(xué)生用自己語言大膽表達(dá)自己的 見解,勇于提出自己困惑的地方,從而掌握運(yùn)用電磁感應(yīng)理 論分析和探究問題的基本步驟和方法,7. 3情感、態(tài)度與價(jià)值觀通過學(xué)生自評、小組互評和教師的點(diǎn)評活動(dòng)促使學(xué)生對電磁感應(yīng)學(xué)習(xí)過程展開反思,形有相應(yīng)的階段評價(jià);讓課堂回 歸學(xué)生,給予學(xué)生展示自我的平臺(tái),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣,培養(yǎng)學(xué)生尋求幫助和樂于與他人合作的精神。 并通過對 不同模型的轉(zhuǎn)化、分析和歸納,找出物理模型的共性和個(gè)性的辯證物體主義思想八、教學(xué)重難點(diǎn)電磁感應(yīng)中力學(xué)問題的綜合分析及其

6、解題的基本步驟九、教學(xué)設(shè)計(jì)思路第一課時(shí)通過最基礎(chǔ)的問題分 析, 回顧涉及電磁感應(yīng)的基本 概念與規(guī)律小呦互助,歸納解決單桿切割問題的基本步驟讓學(xué)生討論平時(shí)接觸的問 題可以通過改變物理模型 中那陛物理量得到4歸納不同變式對問題的基本 變化的本質(zhì)是受力分析的變 化改變導(dǎo)軌左、右兩邊連 接的電學(xué)器件,出現(xiàn)變式2,分析 解題步驟變化.改變金屬棒的相關(guān)因素, 出現(xiàn)變式1,分析解決問題 基本步驟的變化第二課時(shí)討論、歸納電磁感應(yīng)單桿切割磁場 問題主要注意點(diǎn):受力分析、運(yùn)動(dòng) 分析、過程分析和育能量分析變平行導(dǎo)軌為三角形、圓形和正弦式導(dǎo)軌,出現(xiàn)變式5,分析基本步驟回顧涉及電磁感應(yīng)的 基本概念與規(guī)律變勻強(qiáng)磁場為均勻

7、變化的磁場,出現(xiàn)變式3,分 析解題基本步驟的變化變水平導(dǎo)軌為傾斜導(dǎo)軌和豎直導(dǎo)軌,出現(xiàn)變式4,分析解題基本步驟十、教學(xué)過程教學(xué)過程實(shí)錄教師活動(dòng)(直入課題:電磁感應(yīng)中的單桿切割問題)設(shè)問一:關(guān)于這類問題相應(yīng)的物理模型主要涉及那些要素:根據(jù)學(xué)生回答展示物理模型。(2分鐘)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖回顧電磁感應(yīng)的單桿切 割問 題,建立相應(yīng)的物理模型。物理建模能力的培養(yǎng)(ppt):例題一:如圖所示,水平放置的足夠長導(dǎo)軌PQ MN上有一根長為1 =1m質(zhì)量為葉0.2kg的金屬棒ab, 金屬棒ab與導(dǎo)軌垂直放置,cd的右邊存在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=1T的勻強(qiáng)磁場。已知導(dǎo)軌光滑,PM連接的電阻為R=0.8 Q,金屬棒的電阻為

8、r =0.2 Q,給金屬棒一個(gè)水平向右的初速度V0=10m/s,貝1、分析金屬棒ab的運(yùn)動(dòng)情況,作出大 致的V-t圖 像;2、求電阻R所產(chǎn)生的熱 量? ( 5分鐘)解題并歸納解題的基本 步驟。通過解題回顧解 決電磁感應(yīng)問題所涉 及的基本概念和基本 規(guī)律(巡視學(xué)生的解題情況):實(shí)物投影學(xué)生的解題過程,點(diǎn)評與擴(kuò)展,并板書解題中涉及的基本規(guī)律:n , E=BLv , I, FL,R 總,安=BIL , Q=I 2Rt 等等。基本的解題步驟:受力分析,運(yùn)動(dòng)分析,過評價(jià)同學(xué)的解題情況,反思自 我的解題問題,并表述解決問題的 基本步驟。形成解決單桿切割磁感線的電磁感應(yīng)問題的基本步驟讓學(xué)生仔細(xì)分析物理模型的

9、相關(guān)要素,分析物理模型可能發(fā)生變化的情況是什么?(2分鐘)歸納學(xué)生的討論結(jié)果:1、導(dǎo)軌的形狀可以改變2、導(dǎo)軌的摩擦力問題可以增加3、導(dǎo)軌的傾斜度可以改變4、導(dǎo)軌兩邊連接的電學(xué)器材可以改變5、金屬棒上的作用力可以增加6、金屬棒最初所處的位置可以改變7、磁場的強(qiáng)度可以改變&可以針對以上要求問時(shí)改變兩個(gè)地方或 兩個(gè)以上的地方。讓學(xué)生討論物理模型可能發(fā)生 的變化聯(lián)系物理模型之 間的關(guān)系,培養(yǎng)學(xué)生 問題間的同化能力(針對金屬棒進(jìn)行變式):把金屬棒上的初速度當(dāng)金屬棒在磁為水平外力,放在磁場外面施加外力后加速進(jìn)行磁場,展示例題二的問題:如圖所示,水平放置的足夠長導(dǎo)軌PQ、MN上有一根長為I =血,質(zhì)量為m=

10、0.2kg的金屬棒ab,金屬棒ab與導(dǎo)軌垂直放置,cd的右邊存在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=1TN場內(nèi)時(shí),金屬棒從靜止 開始運(yùn)動(dòng),直接做加速 度越來越小的加速運(yùn) 動(dòng)直至勻速直線運(yùn)動(dòng), 有最大速度。若金屬的勻強(qiáng)磁場。已知導(dǎo)軌光滑,PM連接的電阻為R=0.8 Q,金屬棒 的電阻為 r=0.2 Q,則:1、若給金屬棒一個(gè)水平向右的恒力 F=5N,要求ab進(jìn)入磁場正 好做勻速運(yùn)動(dòng),則ab棒距 cd的距離為多 少? 2、若ab距cd距離未知,試分析金 屬棒ab的運(yùn)動(dòng)情況,作出大致的 Vt圖像;3、 ab棒距cd的距離x=0.25m使ab向右做加速 度為 a=2m/s2的勻加速直線運(yùn)動(dòng),試分析力F隨時(shí)間t的變 化情況

11、?mg討論在磁場外的運(yùn)動(dòng)情況和 受力情況。討論在磁場內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況和 受力情況。做出金屬棒過程的v與t關(guān) 系圖象。棒原告在磁場的外面, 金屬棒會(huì)先做勻加速 直線運(yùn)動(dòng),進(jìn)入磁場 的瞬間要對進(jìn)行速度 進(jìn)行討論分析,判斷金 屬棒的運(yùn)動(dòng)情況。(針對導(dǎo)軌左、右兩邊連接的電學(xué)器材 進(jìn)行變式):導(dǎo)軌的左邊一般連接電阻R,但也可以連接電源、電容器、二極管和電感線 圈,不同的電 學(xué)器材對電路的影響是不一樣的,以電源為例展示例三的 問題:例三:如圖所示,水平放置的足夠長導(dǎo)軌 PQ、 MN上討論原電源和感應(yīng)電源 對有一根長為I =1m,質(zhì)量為m=0.2kg的金屬棒ab,金屬 棒ab與導(dǎo)軌垂直放置,cd的右邊存在磁感應(yīng)

12、強(qiáng)度為B=1T的勻強(qiáng)磁場。已知導(dǎo)軌光滑,PM連接的電源電動(dòng)勢為E= 1.5V ,內(nèi)阻為R=0.8 Q,金屬棒的電阻為r=0.2Q,則電鍵閉合后:1、求金屬棒ab加速度 的最大值和速 度的最大值?2、怎樣才能使金屬棒ab以2.5m/s的速度勻速向右運(yùn)動(dòng)?(分 析這一過電路和影響,求解電路中的電流 變化情況,從而討論金屬棒的受 力變化情況,達(dá)到分析金屬棒的運(yùn)動(dòng)情況的了解。當(dāng)導(dǎo)軌的一端接有 電源時(shí),若金屬棒 再發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn) 象,電路中就出現(xiàn) 了兩個(gè)電源,分析 電路的電流時(shí),要 充分考慮總電動(dòng)勢 的變化情況,特別 是感應(yīng)的安培力。討論對比三個(gè)例題的不同 點(diǎn),和解決問題的基本步驟, 歸納異同點(diǎn)。形成完

13、整的單桿切割 磁場問題的 基本模型 和解題的基本方法。通過磁場的變化來 產(chǎn)生感生電動(dòng)勢,讓學(xué)生理解 電磁感應(yīng)中 兩個(gè) 感應(yīng)電動(dòng)勢計(jì)算 式的聯(lián)系與區(qū)別U。通 過磁場變化引起安培 力的 變化來分析電磁完成對例題的求解過程,對比 上節(jié)課的分析思路程中,電路的能量轉(zhuǎn)化情況)歸納變式后問題的求解思路和基本步驟的變 化情況,分析變化后的物理模型與原先 基礎(chǔ)模型的 異同點(diǎn)。(針對導(dǎo)軌的所處的磁場的強(qiáng)度B進(jìn)行變式):當(dāng)B不變面金屬棒切割時(shí),金屬棒與 磁場B發(fā) 生相對運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生的電動(dòng)勢為動(dòng)生 電動(dòng)勢,可以用 E=BLv來計(jì)算,也可以用公式n 一來計(jì)算,但當(dāng)金屬棒不動(dòng)而磁場t強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí),產(chǎn)生的電動(dòng)勢為感生電動(dòng)

14、勢,只能用 n來計(jì)算。用課件展示例t題四:如圖所示,水平放置的足夠長導(dǎo)軌PQ、MN上有一根 長為1 =1m,質(zhì)量為m=0.2kg的金屬棒ab,金屬棒ab與 導(dǎo)軌垂直 放置,cd的右邊存在豎直向下的磁場。磁感 應(yīng) 強(qiáng)度開始為B0=1T,已知導(dǎo)軌光滑,PM連接的電阻為R=0.8 Q,金屬棒的電阻為r-0.2 Q,此時(shí)距cd的距離也為1 -1m, (1)若從t- 0時(shí)刻起,磁感強(qiáng)度均勻增加,增量為k-2T/s,同時(shí)棒保 持靜止.求棒中的感應(yīng) 電流.在圖上標(biāo)出感應(yīng)電流的方向;上述(1)情況中,始終保持棒靜止,當(dāng)t-3s末時(shí)需加的垂直于棒的水平拉力為多大?發(fā)現(xiàn)兩條電磁感應(yīng)計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢 的不同點(diǎn),同時(shí)分

15、析 在均勻變化磁 場中金屬棒所 受安培力的變化過 程,分析若要使金屬棒靜止的條 件。感應(yīng)問題中的循環(huán)變 化,相互影響的問題特 點(diǎn)及解題的基本注意 點(diǎn)。(針對導(dǎo)軌的光滑與否進(jìn)行變式):其實(shí)際的問題 與給金屬棒施加一個(gè)恒力是完全相 似的,只不過摩擦力始 終對金屬棒做負(fù)功,會(huì)把一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能,用 PPt展示 例題五:如圖所示,水平放置的足夠長導(dǎo)軌PQ、MN上有一 根長為1-1m,質(zhì)量為m-0.2kg的金屬棒ab,金屬棒ab與導(dǎo)軌垂直 放置,cd的 右邊存在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場。已知導(dǎo)軌光滑,PM連接的電阻為R-0.8 Q,金屬 棒的電阻為r-0.2 Q,用與導(dǎo)軌平行的恒定拉力F作用在金屬

16、棒ab上,金屬棒ab最 終將做勻速運(yùn)動(dòng)當(dāng)改變拉力的大小時(shí),相對應(yīng)的勻速運(yùn)動(dòng) 速度v也會(huì)變化,v和F的關(guān)系如右圖.(取重力加速度g 10 m/s2) (1 )磁感應(yīng)強(qiáng)度B為多大?(2 )由v-F圖線的截距可求得什么物理量?其值為多 少?運(yùn) 外 度 率J1A C fftf2 -1I- A 當(dāng)有其他力出現(xiàn) 時(shí),分析的方法和基 本的思路是一樣的, 只有認(rèn)真的作好受力 分析和運(yùn)動(dòng)分析就能 及時(shí)找到解決問題的 關(guān)鍵點(diǎn),同時(shí)還要注 意電磁感應(yīng)中的臨界 狀態(tài)。RX XX XXBX X f d21力的和/6/SZfl 4S 12分析物體的受力情況和青 況,得出金屬棒的合與金 屬棒最后的勻速速 關(guān)系, 并了解圖象

17、中傾我距的含 義。(針對導(dǎo)軌的傾斜角度的改變進(jìn)行變 式):其實(shí)際 的問題與給金屬棒施加一個(gè)恒力 是完全相似的,只不過是 把重力或重力沿導(dǎo)軌的分力來充當(dāng)拉金屬棒前進(jìn)時(shí)的外力 等。為導(dǎo)軌豎直放置為例:展示例六的問題:如 圖所示, 豎直放置的足夠長導(dǎo)軌PQ MN上有一根長為1 Tm,質(zhì)量為m-0.2kg的金屬棒ab,金屬棒ab 與導(dǎo)軌垂直放置且接觸良好,cd的下邊存在磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B-1T的勻強(qiáng)磁場。已知導(dǎo)軌光滑,PM連接的電阻為R-0.8Q,金屬棒的電阻為r-0.2 Q, ab由靜止釋 放,在重力 作用下運(yùn)動(dòng),右ab棒距cd的距離x-0.25m,使ab棒從釋放至其運(yùn)動(dòng)達(dá)到勻電磁感應(yīng)中的感 應(yīng)電流的

18、四個(gè)值:最 大值、平均值、有效 值和瞬時(shí)值在不現(xiàn)問 題中的應(yīng)用是不同的1(XXXXXX)X,.(1速運(yùn)動(dòng)時(shí)下落的高度為h=0.4m求:(1)ab運(yùn)動(dòng)的最大速度;(2)ab從釋放至其運(yùn)動(dòng)達(dá) 到勻速運(yùn)動(dòng) 過程中,金屬棒ab產(chǎn)生的焦耳熱 為多少? ( 3)ab從 釋放至其運(yùn)動(dòng)達(dá)到勻速運(yùn)動(dòng)過程中,流過金屬棒ab的完成問題并討論如何利用功能關(guān)系去分析金屬棒在運(yùn)動(dòng)過程中的狀態(tài)變化,。電荷量為多少?(針對導(dǎo)軌的形狀的改變進(jìn)行變式):導(dǎo)軌可能是開口的,也可以是閉合,同時(shí)兩根導(dǎo)軌 可以是平行的,也可以是相交的,圓形的,甚至可以是正弦式變化的 如例七:如圖所 示,OAC。為置于水平面內(nèi)的光滑閉合金 屬 導(dǎo)軌,O、

19、C處分別接有短電阻絲(圖中粗線 表法), R1=4 Q、R2=8 Q (導(dǎo)軌其它部分電阻不計(jì))。導(dǎo)軌 OAC的形狀滿足方程y=2sin(n x/3)(單位:m)。磁感強(qiáng)度B= 0.2T的勻強(qiáng)磁XK KKX回顧交流電的相關(guān)規(guī)律,求解通過電磁感應(yīng)場方向垂直于導(dǎo)軌平面。一足夠長的金屬棒在水平外力F作用下,以恒定的速率v=5.0m/s水平向右在導(dǎo)軌上從。點(diǎn)滑動(dòng)到C點(diǎn),棒與導(dǎo)OC導(dǎo)問題,并相互討論。的復(fù)習(xí)加強(qiáng)與交流電相關(guān)規(guī)律的綜合。軌接觸良好且始終保持與生要順利解題需全面理解相關(guān)知識,做一些不同類型、不同變化點(diǎn)組(2)抓住解題的切入點(diǎn):受力分析,運(yùn) 動(dòng)分析,合的題目,注意不斷地總結(jié),并形成比較完整過程分

20、析,能量分析。(3)模型問題的物理情境變化空間大,題目綜合性強(qiáng),所以該模型問題是高考的熱點(diǎn),同時(shí)也是難點(diǎn),可主動(dòng)變換題設(shè)條件進(jìn)行研究學(xué)習(xí),在高考時(shí)碰到自己研究過的不 同變化點(diǎn)組合的題目就不會(huì)感到陌生了的知識網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),深化電磁感 應(yīng)問題分析和求解的基本步驟。軌垂直,不計(jì)棒的電阻.求:(1)外力F的最大值;(2)金屬棒在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)時(shí)電阻絲R1上消耗 的最大功率;(3)在滑動(dòng)過程中通過金屬棒的電流I與時(shí)間t的關(guān)系.反思與總結(jié):1)全面掌握相關(guān)知識由于題目涉及的 知識點(diǎn)很應(yīng)用研究性的思路考慮問題,可多,如力學(xué)問題、電路問題、磁場問題及能量問題等,學(xué)卜一、教學(xué)反思1、教學(xué)設(shè)計(jì)有效地利用了課學(xué)教學(xué)的時(shí)間,

21、學(xué)生通過問題的變式分析可以較全面掌握相關(guān)知識。學(xué)生要順利解題需全 面理解相關(guān)規(guī)律,如力學(xué)問題、電路問題、磁場問題及能量問題等,常用的基本規(guī)律有法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律、左、右手定則、歐姆定律及力學(xué)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律、動(dòng)力學(xué)規(guī)律、動(dòng)量定理、動(dòng) 能定理、動(dòng)量守恒定律、能量轉(zhuǎn)化和守恒定律等。2、本節(jié)課以學(xué)生為主體,重點(diǎn)體現(xiàn)以學(xué)生參與體驗(yàn),參與知識的自主建構(gòu)過程。在課堂設(shè)計(jì)中,基本模型的建立、模型要素可能變化的分析和猜測、模型變式后問題的求解和討論,解決相應(yīng)問題的基本步驟的歸納、新舊物理模型的同化等都是學(xué)生自主通過理論推導(dǎo)、物理問題 的求解中去發(fā)現(xiàn)和體 會(huì);讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用知識解決問題的同時(shí),培養(yǎng)學(xué)生利用舊知識同化新知識的一般方法和習(xí)慣。授人以魚,不如授人以漁。3、本節(jié)課的幾處不足和改進(jìn)想法由于學(xué)生基礎(chǔ)較差,出于對學(xué)生的不信任,在課堂中我不是很放的開,在學(xué)生講的時(shí)候,我沒有及時(shí)給與肯定,讓 學(xué)生很迷惑了好長時(shí)間,同時(shí)引導(dǎo)過多,也讓學(xué)生的自主發(fā)揮受到一定的影響。這說明在隨堂課上對學(xué)生的自主

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