2024高考物理一輪復(fù)習(xí)第15講探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系(講義)(學(xué)生版+解析)_第1頁(yè)
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第15講探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系目錄復(fù)習(xí)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)【夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、器材、原理、步驟、注意事項(xiàng)、誤差分析【提升·必考題型歸納】考向1實(shí)驗(yàn)原理與操作考向2數(shù)據(jù)處理與誤差分析考點(diǎn)二創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案【夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)【提升·必考題型歸納】考向1實(shí)驗(yàn)原理的改進(jìn)考向2實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新考向3實(shí)驗(yàn)思路的創(chuàng)新考向4實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新真題感悟掌握實(shí)驗(yàn)的原理,通過(guò)采集的數(shù)據(jù)利用圖像,探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系,并會(huì)做出必要的誤差分析。2、能夠在原型實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)或者創(chuàng)新,做出同類(lèi)探究??键c(diǎn)要求考題統(tǒng)計(jì)考情分析探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系2023年上海卷2022年6月浙江卷第17題2022年山東卷第13題各地高考對(duì)探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系這個(gè)實(shí)驗(yàn)的考查頻度較高,考查多以原型實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),借助創(chuàng)新方案或者傳感器等方式對(duì)該問(wèn)題做一研究考查??键c(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、器材、原理、步驟、注意事項(xiàng)、誤差分析1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄考铀俣扰c力、質(zhì)量的關(guān)系。2.實(shí)驗(yàn)器材:打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫(xiě)紙、小車(chē)、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、小盤(pán)、夾子、細(xì)繩、低壓交流電源、導(dǎo)線、天平、刻度尺、砝碼。3.實(shí)驗(yàn)思路:(1)控制變量法的應(yīng)用:將小車(chē)置于水平木板上,通過(guò)滑輪與小盤(pán)和砝碼相連,小車(chē)可以在小盤(pán)和砝碼的牽引下運(yùn)動(dòng)。①保持小車(chē)質(zhì)量不變,研究加速度與力的關(guān)系。②保持小車(chē)所受的拉力不變,研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系。(2)物理量的測(cè)量①用天平測(cè)量質(zhì)量:為了改變小車(chē)的質(zhì)量,可以在小車(chē)中增減砝碼的數(shù)量。②將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶連在小車(chē)上,根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)來(lái)測(cè)量加速度。③現(xiàn)實(shí)中,僅受一個(gè)力作用的物體幾乎不存在。然而,一個(gè)單獨(dú)的力的作用效果與跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的。因此,實(shí)驗(yàn)中作用力F的含義可以是物體所受的合力。用阻力補(bǔ)償法確定小車(chē)受到的合力——小盤(pán)和砝碼的牽引力。4.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)①稱(chēng)量質(zhì)量——用天平測(cè)量小盤(pán)和小車(chē)的質(zhì)量。②安裝器材——按如圖所示裝置安裝器材(暫時(shí)不把懸掛小盤(pán)的細(xì)繩系在小車(chē)上)。③阻力補(bǔ)償法平衡摩擦及其他阻力——在長(zhǎng)木板不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊,反復(fù)移動(dòng)薄木塊的位置,直至小車(chē)能拉著紙帶勻速下滑。此時(shí),不要把的細(xì)繩系在小車(chē)(木塊)上,即不要給小車(chē)(木塊)加任何,要讓小車(chē)(木塊)拖著紙帶運(yùn)動(dòng)。④測(cè)量加速度1)保持小車(chē)的質(zhì)量不變,打出一條紙帶。計(jì)算小盤(pán)和砝碼的重力,由紙帶計(jì)算出小車(chē)的加速度,并填入表中。改變小盤(pán)內(nèi)砝碼的個(gè)數(shù),并多做幾次實(shí)驗(yàn)。2)保持小盤(pán)內(nèi)的砝碼個(gè)數(shù)不變,在小車(chē)上放上砝碼改變小車(chē)的質(zhì)量,讓小車(chē)在木板上滑動(dòng)打出紙帶。計(jì)算砝碼和小車(chē)的總質(zhì)量,并由紙帶計(jì)算出小車(chē)對(duì)應(yīng)的加速度,填入表中。改變小車(chē)上砝碼的個(gè)數(shù),多做幾次實(shí)驗(yàn)。5.數(shù)據(jù)分析①利用Δx=aT2及逐差法求a。②以a為縱坐標(biāo),F為橫坐標(biāo),根據(jù)各組數(shù)據(jù)描點(diǎn),如果這些點(diǎn)在一條過(guò)原點(diǎn)的直線上,說(shuō)明a與F成正比。③以a為縱坐標(biāo),1m為橫坐標(biāo),描點(diǎn)、連線,如果該線為過(guò)原點(diǎn)的直線,就能判定a與m6.誤差分析①實(shí)驗(yàn)原理不完善:本實(shí)驗(yàn)用小盤(pán)和砝碼的總重力代替小車(chē)的拉力,而實(shí)際上小車(chē)所受的拉力要小盤(pán)和砝碼的總重力。當(dāng)時(shí),砝碼的總重力mg才可視為小車(chē)(木塊)受到的拉力。②摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)確、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測(cè)量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會(huì)引起誤差。a-F圖線將不是一條過(guò)原點(diǎn)的直線,而是一條與F軸有交點(diǎn)的傾斜直線。考向1實(shí)驗(yàn)原理與操作1.某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)用圖(a)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

(1)已知交流電源的頻率為50Hz,某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶如圖(b),圖中相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出,由該紙帶可求得小車(chē)的加速度______。(保留兩位有效數(shù)字)

(2)在小車(chē)已平衡摩擦力且小車(chē)質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量的前提下,改變小車(chē)上砝碼的質(zhì)量m,得到圖(c)所示的函數(shù)圖像,設(shè)直線的斜率為k,縱軸截距為b,若牛頓第二定律成立,則小車(chē)受到的拉力大小為_(kāi)_____,小車(chē)的質(zhì)量M為_(kāi)_____。(結(jié)果用k、b表示)。

考向2數(shù)據(jù)處理與誤差分析2.用如圖一所示的實(shí)驗(yàn)裝置做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn):

(1)下面列出了一些實(shí)驗(yàn)器材:電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶滑輪的長(zhǎng)木板、墊塊、小車(chē)和砝碼、砂和砂桶。除以上器材外,還需要的實(shí)驗(yàn)器材有______A.天平

B.秒表

C.刻度尺(最小刻度為1mm)

D.低壓交流電源(2)此實(shí)驗(yàn)中需要滿足一些條件,下列正確的做法是______A.小車(chē)放在長(zhǎng)木板上,反復(fù)調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾斜程度,直至輕推小車(chē)使其在不受繩的拉力下沿木板做勻速運(yùn)動(dòng)B.小車(chē)放在長(zhǎng)木板上,后面固定一條紙帶,紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。反復(fù)調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾斜程度,直至輕推小車(chē)使其在不受繩的拉力下沿木板做勻速運(yùn)動(dòng)C.實(shí)驗(yàn)中,不需要滿足砂和砂桶的總質(zhì)量m與小車(chē)和車(chē)上砝碼的總質(zhì)量M之間的條件D.實(shí)驗(yàn)中,為了保證砂和砂桶所受的重力近似等于使小車(chē)做勻加速運(yùn)動(dòng)的拉力,砂和砂桶的總質(zhì)量m與小車(chē)和車(chē)上砝碼的總質(zhì)量M之間應(yīng)滿足的條件是(3)下圖為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶,交流電的頻率為50Hz,在相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間都有四個(gè)打點(diǎn)未畫(huà)出,用刻度尺測(cè)得:,,,,,。

打下“3”點(diǎn)時(shí)小車(chē)的瞬時(shí)速度大小______m/s。②小車(chē)的加速度大小a=______。(計(jì)算結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)(4)另一小組在研究“小車(chē)質(zhì)量一定時(shí),加速度與力的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí),用改變砂的質(zhì)量的辦法來(lái)改變對(duì)小車(chē)的作用力F,然后根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)作出a-F圖像,如圖三所示。發(fā)現(xiàn)圖像既不過(guò)原點(diǎn),末端又發(fā)生了彎曲,可能的原因是______。

A.沒(méi)有補(bǔ)償摩擦阻力,且小車(chē)質(zhì)量較大B.補(bǔ)償摩擦阻力時(shí),木板的傾斜角度過(guò)大,且砂和砂桶的質(zhì)量較大C.補(bǔ)償摩擦阻力時(shí),木板的傾斜角度過(guò)小,且砂和砂桶的質(zhì)量較大D.補(bǔ)償摩擦阻力時(shí),木板的傾斜角度過(guò)小,且小車(chē)質(zhì)量較大考點(diǎn)二創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案知識(shí)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量小車(chē)所受的拉力,鉤碼的質(zhì)量不需要遠(yuǎn)小于小車(chē)質(zhì)量,更無(wú)需測(cè)鉤碼的質(zhì)量。數(shù)據(jù)測(cè)量的改進(jìn)(1)氣墊導(dǎo)軌代替長(zhǎng)木板,無(wú)須平衡摩擦力。(2)力傳感器測(cè)量滑塊所受的拉力,鉤碼的質(zhì)量不需要遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量,更無(wú)須測(cè)鉤碼的質(zhì)量。(3)用光電門(mén)代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,遮光條結(jié)合光電門(mén)測(cè)得滑塊的末速度,由刻度尺讀出遮光條中心初始位置與光電門(mén)之間的距離,由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出加速度。考向1實(shí)驗(yàn)原理的改進(jìn)1.學(xué)習(xí)了力學(xué)知識(shí)后,小王同學(xué)組裝了圖甲所示的裝置,想利用它來(lái)測(cè)量一些物理量。他做了如下的實(shí)驗(yàn)操作:

Ⅰ.將礦泉水瓶P和物塊Q,分別與跨過(guò)滑輪的輕繩連接,滑輪通過(guò)豎直彈簧測(cè)力計(jì)懸掛,已知滑輪的質(zhì)量為M;Ⅱ.將紙帶上端粘在Q的下面,下端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(圖中未畫(huà)出),往P中裝適量水,接通電源,釋放P后,P向下運(yùn)動(dòng),讀出測(cè)力計(jì)的示數(shù)F,打出點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖乙所示;

Ⅲ.逐漸往P中加適量水,重復(fù)實(shí)驗(yàn)(P始終向下運(yùn)動(dòng),Q始終未跟滑輪相碰),獲得多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。(1)在圖乙所示的紙帶上,相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出,已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的頻率為50Hz,則Q的加速度大小為_(kāi)__________。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),作出Q的加速度a隨測(cè)力計(jì)示數(shù)F變化的圖像如圖丙所示,若圖線的斜率為k,圖線在F軸上的截距為b,不計(jì)輕繩與滑輪間的摩擦,則Q的質(zhì)量為_(kāi)___________________,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹開(kāi)______________。(以上兩空均用字母k、b、M表示)

考向2實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新2.某興趣小組設(shè)計(jì)了一個(gè)可同時(shí)測(cè)量物體質(zhì)量和當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊膶?shí)驗(yàn),其裝置如圖甲所示,已知滑塊的質(zhì)量為,待測(cè)物體的質(zhì)量記為,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹?,?qǐng)完成下列填空:

(1)閉合氣泵開(kāi)關(guān),調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌,輕推滑塊,使滑塊上的遮光條依次通過(guò)兩光電門(mén)的時(shí)間相等,則導(dǎo)軌水平;(2)將待測(cè)物體固定在滑塊的凹槽內(nèi),并將細(xì)線的一端拴接在滑塊上,另一端跨過(guò)定滑輪掛一個(gè)質(zhì)量為的鉤碼;(3)調(diào)節(jié)定滑輪使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌的軌道平行;(4)釋放滑塊,記錄滑塊上的遮光條通過(guò)光電門(mén)1、2的時(shí)間分別為、,讀出兩光電門(mén)之間的距離;用游標(biāo)卡尺測(cè)出遮光條的寬度,示數(shù)如圖乙所示,則______,并由此計(jì)算出滑塊的加速度______(用含、、和的式子表示);(5)依次添加鉤碼,重復(fù)步驟(4)幾次,記錄相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并計(jì)算出滑塊相應(yīng)的加速度;(6)以加速度的倒數(shù)為橫軸,鉤碼總質(zhì)量的倒數(shù)為縱軸,建立直角坐標(biāo)系,利用以上數(shù)據(jù)畫(huà)出如圖丙所示的圖像,若該直線的斜率為,縱截距為,則______,______??枷?實(shí)驗(yàn)思路的創(chuàng)新3.如圖甲所示,某實(shí)驗(yàn)小組利用該裝置“探究小車(chē)加速度和力的關(guān)系”,小車(chē)的質(zhì)量(包含滑輪)為M。不計(jì)繩與滑輪間的摩擦。

(1)利用該裝置實(shí)驗(yàn)時(shí),下列說(shuō)法正確的是______________。A.實(shí)驗(yàn)前應(yīng)將長(zhǎng)木板靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端墊高,以平衡摩擦力B.每次在增加沙和沙桶的質(zhì)量后需要重新平衡摩擦力C.應(yīng)將小車(chē)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,先釋放小車(chē),再接通電源D.實(shí)驗(yàn)中一定要保證沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量(2)實(shí)驗(yàn)中得到如圖乙所示的一條紙帶,從比較清晰的點(diǎn)跡起,在紙帶上標(biāo)出連續(xù)的5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間都有4個(gè)點(diǎn)跡未標(biāo)出,測(cè)出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到點(diǎn)間的距離,已知所用電源的頻率為,則小車(chē)的加速度大小___________(保留兩位有效數(shù)字)。(3)改變沙桶內(nèi)沙子的質(zhì)展,多次實(shí)驗(yàn),以力傳感器的示數(shù)為橫軸、小車(chē)對(duì)應(yīng)的加速度為縱軸,作出的圖像如圖丙所示,可知小車(chē)的質(zhì)量___________(保留兩位有效數(shù)字)。4.一研究性學(xué)習(xí)小組利用圖甲裝置測(cè)定滑塊加速運(yùn)動(dòng)時(shí)與平直長(zhǎng)木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)。

(1)實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下:①將長(zhǎng)木板固定在水平桌面上,其右端安裝定滑輪,左端固定位移傳感器;總質(zhì)量為M的滑塊(含拉力傳感器)在長(zhǎng)木板上緊靠位移傳感器放置,拉力傳感器通過(guò)細(xì)繩跨過(guò)定滑輪與質(zhì)量為m的重物連接,調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板右端定滑輪使細(xì)繩與長(zhǎng)木板平行;②靜止釋放滑塊,記錄拉力傳感器和位移傳感器的數(shù)據(jù),用計(jì)算機(jī)擬合得到滑塊位移隨時(shí)間變化的圖像如圖乙所示,該圖線的函數(shù)表達(dá)式是,則可得滑塊加速度______(計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù));③若滑塊的加速度為a時(shí),拉力傳感器示數(shù)為,則滑塊與長(zhǎng)木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)______(用題中物理量字母符號(hào)表示)。(2)本實(shí)驗(yàn)中如果不滿足滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于重物質(zhì)量,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析______影響(選填“有”“無(wú)”)。1.(2023年上海高考真題)如圖所示,是某小組同學(xué)“用DIS研究加速度與力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可近似認(rèn)為鉤碼受到的總重力等于小車(chē)所受的拉力。先測(cè)出鉤碼所受的重力為G,之后改變繩端的鉤碼個(gè)數(shù),小車(chē)每次從同一位置釋放,測(cè)出擋光片通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間。

(1)實(shí)驗(yàn)中_______________測(cè)出小車(chē)質(zhì)量。A.必須

B.不必(2)為完成實(shí)驗(yàn)還需要測(cè)量①_______________;②_______________。(3)實(shí)際小車(chē)受到的拉力小于鉤碼的總重力,原因是_______________。(4)若導(dǎo)軌保持水平,滑輪偏低導(dǎo)致細(xì)線與軌道不平行,則細(xì)線平行時(shí)加速度,與不平行是加速度相比,_______________。(選填“大于”、“小于”或“等于”)2.(2022年山東高考真題)在天宮課堂中、我國(guó)航天員演示了利用牛頓第二定律測(cè)量物體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)。受此啟發(fā)。某同學(xué)利用氣墊導(dǎo)軌、力傳感器、無(wú)線加速度傳感器、輕彈簧和待測(cè)物體等器材設(shè)計(jì)了測(cè)量物體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn),如圖甲所示。主要步驟如下:①將力傳感器固定在氣墊導(dǎo)軌左端支架上,加速度傳感器固定在滑塊上;②接通氣源。放上滑塊。調(diào)平氣墊導(dǎo)軌;③將彈簧左端連接力傳感器,右端連接滑塊。彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)滑塊左端位于O點(diǎn)。A點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為5.00cm,拉動(dòng)滑塊使其左端處于A點(diǎn),由靜止釋放并開(kāi)始計(jì)時(shí);④計(jì)算機(jī)采集獲取數(shù)據(jù),得到滑塊所受彈力F、加速度a隨時(shí)間t變化的圖像,部分圖像如圖乙所示?;卮鹨韵聠?wèn)題(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字):(1)彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)____N/m。(2)該同學(xué)從圖乙中提取某些時(shí)刻F與a的數(shù)據(jù),畫(huà)出a—F圖像如圖丙中I所示,由此可得滑塊與加速度傳感器的總質(zhì)量為_(kāi)_______kg。(3)該同學(xué)在滑塊上增加待測(cè)物體,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟,在圖丙中畫(huà)出新的a—F圖像Ⅱ,則待測(cè)物體的質(zhì)量為_(kāi)_______kg。

第15講探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系目錄復(fù)習(xí)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)【夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、器材、原理、步驟、注意事項(xiàng)、誤差分析【提升·必考題型歸納】考向1實(shí)驗(yàn)原理與操作考向2數(shù)據(jù)處理與誤差分析考點(diǎn)二創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案【夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)【提升·必考題型歸納】考向1實(shí)驗(yàn)原理的改進(jìn)考向2實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新考向3實(shí)驗(yàn)思路的創(chuàng)新考向4實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新真題感悟掌握實(shí)驗(yàn)的原理,通過(guò)采集的數(shù)據(jù)利用圖像,探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系,并會(huì)做出必要的誤差分析。2、能夠在原型實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)或者創(chuàng)新,做出同類(lèi)探究??键c(diǎn)要求考題統(tǒng)計(jì)考情分析探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系2023年上海卷2022年6月浙江卷第17題2022年山東卷第13題各地高考對(duì)探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系這個(gè)實(shí)驗(yàn)的考查頻度較高,考查多以原型實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),借助創(chuàng)新方案或者傳感器等方式對(duì)該問(wèn)題做一研究考查。考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、器材、原理、步驟、注意事項(xiàng)、誤差分析1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄考铀俣扰c力、質(zhì)量的關(guān)系。2.實(shí)驗(yàn)器材:打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫(xiě)紙、小車(chē)、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、小盤(pán)、夾子、細(xì)繩、低壓交流電源、導(dǎo)線、天平、刻度尺、砝碼。3.實(shí)驗(yàn)思路:(1)控制變量法的應(yīng)用:將小車(chē)置于水平木板上,通過(guò)滑輪與小盤(pán)和砝碼相連,小車(chē)可以在小盤(pán)和砝碼的牽引下運(yùn)動(dòng)。①保持小車(chē)質(zhì)量不變,研究加速度與力的關(guān)系。②保持小車(chē)所受的拉力不變,研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系。(2)物理量的測(cè)量①用天平測(cè)量質(zhì)量:為了改變小車(chē)的質(zhì)量,可以在小車(chē)中增減砝碼的數(shù)量。②將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶連在小車(chē)上,根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)來(lái)測(cè)量加速度。③現(xiàn)實(shí)中,僅受一個(gè)力作用的物體幾乎不存在。然而,一個(gè)單獨(dú)的力的作用效果與跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的。因此,實(shí)驗(yàn)中作用力F的含義可以是物體所受的合力。用阻力補(bǔ)償法確定小車(chē)受到的合力——小盤(pán)和砝碼的牽引力。4.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)①稱(chēng)量質(zhì)量——用天平測(cè)量小盤(pán)和小車(chē)的質(zhì)量。②安裝器材——按如圖所示裝置安裝器材(暫時(shí)不把懸掛小盤(pán)的細(xì)繩系在小車(chē)上)。③阻力補(bǔ)償法平衡摩擦及其他阻力——在長(zhǎng)木板不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊,反復(fù)移動(dòng)薄木塊的位置,直至小車(chē)能拉著紙帶勻速下滑。此時(shí),不要把懸掛砝碼盤(pán)的細(xì)繩系在小車(chē)(木塊)上,即不要給小車(chē)(木塊)加任何牽引力,要讓小車(chē)(木塊)拖著紙帶運(yùn)動(dòng)。④測(cè)量加速度1)保持小車(chē)的質(zhì)量不變,打出一條紙帶。計(jì)算小盤(pán)和砝碼的重力,由紙帶計(jì)算出小車(chē)的加速度,并填入表中。改變小盤(pán)內(nèi)砝碼的個(gè)數(shù),并多做幾次實(shí)驗(yàn)。2)保持小盤(pán)內(nèi)的砝碼個(gè)數(shù)不變,在小車(chē)上放上砝碼改變小車(chē)的質(zhì)量,讓小車(chē)在木板上滑動(dòng)打出紙帶。計(jì)算砝碼和小車(chē)的總質(zhì)量,并由紙帶計(jì)算出小車(chē)對(duì)應(yīng)的加速度,填入表中。改變小車(chē)上砝碼的個(gè)數(shù),多做幾次實(shí)驗(yàn)。5.數(shù)據(jù)分析①利用Δx=aT2及逐差法求a。②以a為縱坐標(biāo),F為橫坐標(biāo),根據(jù)各組數(shù)據(jù)描點(diǎn),如果這些點(diǎn)在一條過(guò)原點(diǎn)的直線上,說(shuō)明a與F成正比。③以a為縱坐標(biāo),1m為橫坐標(biāo),描點(diǎn)、連線,如果該線為過(guò)原點(diǎn)的直線,就能判定a與m6.誤差分析①實(shí)驗(yàn)原理不完善:本實(shí)驗(yàn)用小盤(pán)和砝碼的總重力代替小車(chē)的拉力,而實(shí)際上小車(chē)所受的拉力要小于小盤(pán)和砝碼的總重力。當(dāng)小車(chē)質(zhì)量M遠(yuǎn)大于砝碼質(zhì)量m時(shí),砝碼的總重力mg才可視為小車(chē)(木塊)受到的拉力。②摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)確、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測(cè)量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會(huì)引起誤差。a-F圖線將不是一條過(guò)原點(diǎn)的直線,而是一條與F軸有交點(diǎn)的傾斜直線??枷?實(shí)驗(yàn)原理與操作1.某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)用圖(a)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

(1)已知交流電源的頻率為50Hz,某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶如圖(b),圖中相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出,由該紙帶可求得小車(chē)的加速度______。(保留兩位有效數(shù)字)

(2)在小車(chē)已平衡摩擦力且小車(chē)質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量的前提下,改變小車(chē)上砝碼的質(zhì)量m,得到圖(c)所示的函數(shù)圖像,設(shè)直線的斜率為k,縱軸截距為b,若牛頓第二定律成立,則小車(chē)受到的拉力大小為_(kāi)_____,小車(chē)的質(zhì)量M為_(kāi)_____。(結(jié)果用k、b表示)。

【答案】0.90【詳解】(1)[1]由于圖中相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出,則相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為則加速度為(2)[2][3]令鉤碼的質(zhì)量為,由于小車(chē)已平衡摩擦力且小車(chē)質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量,則有則有結(jié)合圖像有;解得;考向2數(shù)據(jù)處理與誤差分析2.用如圖一所示的實(shí)驗(yàn)裝置做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn):

(1)下面列出了一些實(shí)驗(yàn)器材:電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶滑輪的長(zhǎng)木板、墊塊、小車(chē)和砝碼、砂和砂桶。除以上器材外,還需要的實(shí)驗(yàn)器材有______A.天平

B.秒表

C.刻度尺(最小刻度為1mm)

D.低壓交流電源(2)此實(shí)驗(yàn)中需要滿足一些條件,下列正確的做法是______A.小車(chē)放在長(zhǎng)木板上,反復(fù)調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾斜程度,直至輕推小車(chē)使其在不受繩的拉力下沿木板做勻速運(yùn)動(dòng)B.小車(chē)放在長(zhǎng)木板上,后面固定一條紙帶,紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。反復(fù)調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾斜程度,直至輕推小車(chē)使其在不受繩的拉力下沿木板做勻速運(yùn)動(dòng)C.實(shí)驗(yàn)中,不需要滿足砂和砂桶的總質(zhì)量m與小車(chē)和車(chē)上砝碼的總質(zhì)量M之間的條件D.實(shí)驗(yàn)中,為了保證砂和砂桶所受的重力近似等于使小車(chē)做勻加速運(yùn)動(dòng)的拉力,砂和砂桶的總質(zhì)量m與小車(chē)和車(chē)上砝碼的總質(zhì)量M之間應(yīng)滿足的條件是(3)下圖為某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶,交流電的頻率為50Hz,在相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間都有四個(gè)打點(diǎn)未畫(huà)出,用刻度尺測(cè)得:,,,,,。

打下“3”點(diǎn)時(shí)小車(chē)的瞬時(shí)速度大小______m/s。②小車(chē)的加速度大小a=______。(計(jì)算結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)(4)另一小組在研究“小車(chē)質(zhì)量一定時(shí),加速度與力的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí),用改變砂的質(zhì)量的辦法來(lái)改變對(duì)小車(chē)的作用力F,然后根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)作出a-F圖像,如圖三所示。發(fā)現(xiàn)圖像既不過(guò)原點(diǎn),末端又發(fā)生了彎曲,可能的原因是______。

A.沒(méi)有補(bǔ)償摩擦阻力,且小車(chē)質(zhì)量較大B.補(bǔ)償摩擦阻力時(shí),木板的傾斜角度過(guò)大,且砂和砂桶的質(zhì)量較大C.補(bǔ)償摩擦阻力時(shí),木板的傾斜角度過(guò)小,且砂和砂桶的質(zhì)量較大D.補(bǔ)償摩擦阻力時(shí),木板的傾斜角度過(guò)小,且小車(chē)質(zhì)量較大【答案】ACDBD0.160.40C【詳解】(1)[1]A.實(shí)驗(yàn)中,將砂和砂桶所受的重力近似等于使小車(chē)做勻加速運(yùn)動(dòng)的拉力,因此需要測(cè)量砂、砂桶和小車(chē)的質(zhì)量,需要用到天平,A正確;B.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器自身就是一種計(jì)時(shí)儀器,實(shí)驗(yàn)中不需要用到秒表,B錯(cuò)誤;C.實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量質(zhì)帶上點(diǎn)跡之間的間距,實(shí)驗(yàn)中需要用到刻度尺,C正確;D.電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作需要低壓交流電源,D正確。故選ACD。(2)[2]AB.平衡摩擦力時(shí),將小車(chē)放在長(zhǎng)木板上,后面固定一條紙帶,紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。反復(fù)調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾斜程度,直至輕推小車(chē)使其在不受繩的拉力下沿木板做勻速運(yùn)動(dòng),此時(shí)紙帶上的點(diǎn)跡均勻分布,A錯(cuò)誤,B正確;CD.對(duì)砂和砂桶分析有對(duì)小車(chē)分析有則有可知,當(dāng)時(shí),才有即實(shí)驗(yàn)中,為了保證砂和砂桶所受的重力近似等于使小車(chē)做勻加速運(yùn)動(dòng)的拉力,砂和砂桶的總質(zhì)量m與小車(chē)和車(chē)上砝碼的總質(zhì)量M之間應(yīng)滿足的條件是,C錯(cuò)誤,D正確。故選BD。(3)[3]由于相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間都有四個(gè)打點(diǎn)未畫(huà)出,則相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為則打下“3”點(diǎn)時(shí)小車(chē)的瞬時(shí)速度大小[4]根據(jù)逐差法可求得加速度為(4)[5]圖像與橫軸正方向相交,說(shuō)明開(kāi)始砂和砂桶質(zhì)量較小,不為零時(shí),即細(xì)線中有一定拉力時(shí),小車(chē)沒(méi)有運(yùn)動(dòng),加速度為零,表明沒(méi)有平衡摩擦力,或者平衡摩擦力時(shí),木板的傾角過(guò)小。根據(jù)上述可知當(dāng)時(shí),才有此時(shí)實(shí)驗(yàn)圖像與理論圖像幾乎重合,為一條直線,當(dāng)砂和砂桶質(zhì)量較大時(shí),已經(jīng)不滿足,此時(shí)實(shí)驗(yàn)圖像與理論圖像有較大偏差,實(shí)驗(yàn)圖像發(fā)生彎曲,即圖中圖像既不過(guò)原點(diǎn),末端又發(fā)生了彎曲,原因是補(bǔ)償摩擦阻力時(shí),木板的傾斜角度過(guò)小,且砂和砂桶的質(zhì)量較大。故選C??键c(diǎn)二創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案知識(shí)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量小車(chē)所受的拉力,鉤碼的質(zhì)量不需要遠(yuǎn)小于小車(chē)質(zhì)量,更無(wú)需測(cè)鉤碼的質(zhì)量。數(shù)據(jù)測(cè)量的改進(jìn)(1)氣墊導(dǎo)軌代替長(zhǎng)木板,無(wú)須平衡摩擦力。(2)力傳感器測(cè)量滑塊所受的拉力,鉤碼的質(zhì)量不需要遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量,更無(wú)須測(cè)鉤碼的質(zhì)量。(3)用光電門(mén)代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,遮光條結(jié)合光電門(mén)測(cè)得滑塊的末速度,由刻度尺讀出遮光條中心初始位置與光電門(mén)之間的距離,由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出加速度??枷?實(shí)驗(yàn)原理的改進(jìn)1.學(xué)習(xí)了力學(xué)知識(shí)后,小王同學(xué)組裝了圖甲所示的裝置,想利用它來(lái)測(cè)量一些物理量。他做了如下的實(shí)驗(yàn)操作:

Ⅰ.將礦泉水瓶P和物塊Q,分別與跨過(guò)滑輪的輕繩連接,滑輪通過(guò)豎直彈簧測(cè)力計(jì)懸掛,已知滑輪的質(zhì)量為M;Ⅱ.將紙帶上端粘在Q的下面,下端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(圖中未畫(huà)出),往P中裝適量水,接通電源,釋放P后,P向下運(yùn)動(dòng),讀出測(cè)力計(jì)的示數(shù)F,打出點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖乙所示;

Ⅲ.逐漸往P中加適量水,重復(fù)實(shí)驗(yàn)(P始終向下運(yùn)動(dòng),Q始終未跟滑輪相碰),獲得多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。(1)在圖乙所示的紙帶上,相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出,已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的頻率為50Hz,則Q的加速度大小為_(kāi)__________。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),作出Q的加速度a隨測(cè)力計(jì)示數(shù)F變化的圖像如圖丙所示,若圖線的斜率為k,圖線在F軸上的截距為b,不計(jì)輕繩與滑輪間的摩擦,則Q的質(zhì)量為_(kāi)___________________,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹開(kāi)______________。(以上兩空均用字母k、b、M表示)

【答案】1.0【詳解】(1)[1]根據(jù)題意可知相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T=0.1s,而勻變速直線運(yùn)動(dòng)在連續(xù)相等時(shí)間間隔內(nèi)的位移差相等,則根據(jù)逐差相等公式取位移和位移,此為連續(xù)時(shí)間內(nèi)通過(guò)的位移,則可得Q的加速度大小為(2)[2][3]根據(jù)牛頓第二定律,對(duì)Q有T-mg=ma對(duì)滑輪,由平衡條件F=2T+Mg整理得所以,解得Q的質(zhì)量為重力加速度為考向2實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新2.某興趣小組設(shè)計(jì)了一個(gè)可同時(shí)測(cè)量物體質(zhì)量和當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊膶?shí)驗(yàn),其裝置如圖甲所示,已知滑塊的質(zhì)量為,待測(cè)物體的質(zhì)量記為,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹?,?qǐng)完成下列填空:

(1)閉合氣泵開(kāi)關(guān),調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌,輕推滑塊,使滑塊上的遮光條依次通過(guò)兩光電門(mén)的時(shí)間相等,則導(dǎo)軌水平;(2)將待測(cè)物體固定在滑塊的凹槽內(nèi),并將細(xì)線的一端拴接在滑塊上,另一端跨過(guò)定滑輪掛一個(gè)質(zhì)量為的鉤碼;(3)調(diào)節(jié)定滑輪使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌的軌道平行;(4)釋放滑塊,記錄滑塊上的遮光條通過(guò)光電門(mén)1、2的時(shí)間分別為、,讀出兩光電門(mén)之間的距離;用游標(biāo)卡尺測(cè)出遮光條的寬度,示數(shù)如圖乙所示,則______,并由此計(jì)算出滑塊的加速度______(用含、、和的式子表示);(5)依次添加鉤碼,重復(fù)步驟(4)幾次,記錄相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并計(jì)算出滑塊相應(yīng)的加速度;(6)以加速度的倒數(shù)為橫軸,鉤碼總質(zhì)量的倒數(shù)為縱軸,建立直角坐標(biāo)系,利用以上數(shù)據(jù)畫(huà)出如圖丙所示的圖像,若該直線的斜率為,縱截距為,則______,______?!敬鸢浮俊驹斀狻浚?)[1]20分度的游標(biāo)卡尺精確度為0.05mm,由圖可知,游標(biāo)尺的0刻度前為5mm,第三刻度與上邊對(duì)齊,讀數(shù)為所以總讀數(shù)為[2]在極短時(shí)間內(nèi)的平均速度等于該時(shí)刻的瞬時(shí)速度,則滑塊通過(guò)光電門(mén)1的速度為滑塊通過(guò)光電門(mén)2的速度為根據(jù)可得所以(6)[3][4]滑塊的質(zhì)量為M,待測(cè)物體的質(zhì)量為M0,滑塊受到拉力為F,由牛頓第二定律有對(duì)鉤碼有聯(lián)立得所以圖像的斜率為縱軸截距為所以;考向3實(shí)驗(yàn)思路的創(chuàng)新3.如圖甲所示,某實(shí)驗(yàn)小組利用該裝置“探究小車(chē)加速度和力的關(guān)系”,小車(chē)的質(zhì)量(包含滑輪)為M。不計(jì)繩與滑輪間的摩擦。

(1)利用該裝置實(shí)驗(yàn)時(shí),下列說(shuō)法正確的是______________。A.實(shí)驗(yàn)前應(yīng)將長(zhǎng)木板靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端墊高,以平衡摩擦力B.每次在增加沙和沙桶的質(zhì)量后需要重新平衡摩擦力C.應(yīng)將小車(chē)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,先釋放小車(chē),再接通電源D.實(shí)驗(yàn)中一定要保證沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量(2)實(shí)驗(yàn)中得到如圖乙所示的一條紙帶,從比較清晰的點(diǎn)跡起,在紙帶上標(biāo)出連續(xù)的5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間都有4個(gè)點(diǎn)跡未標(biāo)出,測(cè)出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到點(diǎn)間的距離,已知所用電源的頻率為,則小車(chē)的加速度大小___________(保留兩位有效數(shù)字)。(3)改變沙桶內(nèi)沙子的質(zhì)展,多次實(shí)驗(yàn),以力傳感器的示數(shù)為橫軸、小車(chē)對(duì)應(yīng)的加速度為縱軸,作出的圖像如圖丙所示,可知小車(chē)的質(zhì)量___________(保留兩位有效數(shù)字)?!敬鸢浮緼0.931.0【詳解】(1)[1]A.小車(chē)在水平軌道上所受合外力為繩上拉力和摩擦力的合力,因動(dòng)摩擦因數(shù)未知,摩擦力為未知量,應(yīng)通過(guò)墊高靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一側(cè)的木板讓重力在斜面上的分力與摩擦力相等,此時(shí)小車(chē)所受合外力為繩上拉力,故A正確;B.當(dāng)重力在斜面上的分力與摩擦力相等時(shí)由此可知,當(dāng)增加沙和沙桶的質(zhì)量后,重力在斜面上的分力與摩擦力依然相等,故B錯(cuò)誤;C.為保證打在紙帶上的點(diǎn)足夠多,應(yīng)將小車(chē)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,先接通電源,再釋放小車(chē),故C錯(cuò)誤;D.此實(shí)驗(yàn)中,小車(chē)所受的合外力等于力傳感器示數(shù)的兩倍,因此不需要滿足沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量,故D錯(cuò)誤。故選A。(2)[2]相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為由逐差法可知小車(chē)的加速度為(3)[3]由牛頓第二定律可知在a-F圖像中即斜率滿足解得4.一研究性學(xué)習(xí)小組利用圖甲裝置測(cè)定滑塊加速運(yùn)動(dòng)時(shí)與平直長(zhǎng)木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)。

(1)實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下:①將長(zhǎng)木板固定在水平桌面上,其右端安裝定滑輪,左端固定位移傳感器;總質(zhì)量為M的滑塊(含拉力傳感器)在長(zhǎng)木板上緊靠位移傳感器放置,拉力傳感器通過(guò)細(xì)繩跨過(guò)定滑輪與質(zhì)量為m的重物連接,調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板右端定滑輪使細(xì)繩與長(zhǎng)木板平行;②靜止釋放滑塊,記錄拉力傳感器和位移傳感器的數(shù)據(jù),用計(jì)算機(jī)擬合得到滑塊位移隨時(shí)間變化的圖像如圖乙所示,該圖線的函數(shù)表達(dá)式是,則可得滑塊加速度______(計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù));③若滑塊的加速度為a時(shí),拉力傳感器示數(shù)為,則滑塊與長(zhǎng)木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)______(用題中物理量字母符號(hào)表示)。(2)本實(shí)驗(yàn)中如果不滿足滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于重物質(zhì)量,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析______影響(選填“有”“無(wú)”)?!敬鸢浮?.40無(wú)【詳解】(1)②[1]根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)位移時(shí)間關(guān)系又聯(lián)立可得滑塊加速度為③[2]以滑塊為研究對(duì)象,根據(jù)牛頓第二定律可得可得(2)[3]由于拉力可以通過(guò)力傳感器得知,所以本實(shí)驗(yàn)中如果不滿足滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于重物質(zhì)量,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析無(wú)影響。1.(2023年上海高考真題)如圖所示,是某小組同學(xué)“用DIS研究加速度與力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可近似認(rèn)為鉤碼受到的總重力等于小車(chē)所受的拉力。先測(cè)出鉤碼所受的重力為G,之后改變繩端的鉤碼個(gè)數(shù),小車(chē)每次從同一位置釋放,測(cè)出擋光片通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間。

(1)實(shí)驗(yàn)中_______________測(cè)出小車(chē)質(zhì)量。A.必須

B.不必(2)為完成實(shí)

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