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强烈推荐博智教育初中科学浮力讲义
浮力
趣味实验课堂导入:
浮力消失了吗?
课前准备工作:
1、将石蜡屑洒在烧杯底部,加热烧杯,使烧杯底部覆上一层均匀的石蜡层。
2、平板玻璃放酒精灯上加热,将一方形石蜡平放在加热的玻璃上并用力按住移动,使石蜡底部形成平整层。
课堂实验:
1、烧杯加入半杯水,将实验放入水中,发现石蜡的浮沉状态是:
。
2、倒掉水,将石蜡平整的一面放在石蜡底部,使石蜡与底部完全接触,然后缓慢往烧杯中注入水,当水全部淹没石蜡时,发现实验的浮沉状态是:
。
浮力好像消失了。
这是什么原因呢?
一、复习
1.二力平衡:
物体在受到两个力的作用时,如果保持静止状态或匀速直线运动状态,我们就说这两个力彼此平衡。
彼此平衡的两个力总是作用在同一物体上,并且大小相等、方向相反、作用在同一直线上。
2.压力:
垂直作用在物体表面上的力叫做压力。
压力的方向总是垂直于物体表面。
二、浮力定义
一切浸入液体的物体都受到液体对它竖直向上的力叫浮力。
同样,在气体中的物体,也受到气体对它的浮力。
浮力方向:
竖直向上;施力物体:
液体。
浮力实质是由于周围液体对物体上下表面存在压力差而产生的,F浮=F下–F上(课堂导入实验浮力消失的原因。
)
浮力的来源
设想一个立方体浸没在水中,如图1所示,它的6个表面都受到水的压力,它的左右、前后两侧受到的压力是大小相等、方向相反的,即受力互相平衡;只有上下两个表面由于深度不同,水的压强不同,受到水的压力也因而不相等。
下表面受到水向上的压力F1大于上表面受到水向下的压力F2,向上和向下这两个压力之差就是液体对浸入物体的浮力。
浮力的方向总是竖直向上的,与重力的方向相反。
实验一:
认识浮力
用绳子系住将一小石块,分别读出小石块在空气里、水里、盐水里的弹簧秤读数。
1、石头在空气里,读出弹簧秤的读数:
F1=G=;
2、石头浸没在水里,读出弹簧秤的读数:
F2=;
3、画出石头在水里的受力分析示意图,推出浮力F浮=F1-F2=。
三、阿基米德原理:
浸入液体中的物体所受的浮力,大小等于它排开的液体所受的重力。
用公式表示就是
F浮=G排=ρ液gV排
从公式中可以看出:
液体对物体的浮力与液体的密度和物体排开液体的体积有关,而与物体的质量、体积、重力、形状、浸没的深度等均无关。
实验二:
验证阿基米德原理
1、悬挂两个弹簧秤:
一个挂圆柱体,一个挂空桶;
2、圆柱体慢慢放入溢水杯,溢水杯连接橡皮管,橡皮管放在空桶内;
3、当溢水杯溢水时,观察弹簧秤的读数变化并解释原因;
4、当水流入空桶时,观察两个弹簧秤的读数变化并解释原因;
5、结论:
四、物体在液体中三种状态的分析:
1、放入液体中的物体在液体中有三种状态:
漂浮、悬浮和下沉
,如右图示
A、漂浮:
(由二力平衡可知)F浮=G物=G排=ρ液gV排此时V物>V排
B、悬浮:
(由二力平衡可知)F浮=G物=G排=ρ液gV排此时V物=V排
C、下沉:
G物>F浮(F浮=ρ液gV排此时V物=V排)
实验三:
认识漂浮、悬浮、下沉条件
1、将一鸡蛋放在水中,发现鸡蛋的沉浮状态是:
。
2、往烧杯中加入食盐,并不停搅拌,发现鸡蛋。
3、该说明原因:
。
2、一个密度均匀的物体放入液体中:
(1)当ρ液>ρ物时,物体静止时将漂浮在液体上;(当把物体液面上的部分切除后,液面下的物体将上浮一部分)
(2)当ρ液=ρ物时,物体静止时将悬浮在液体中的任意位置;
(3)当ρ液<ρ物时,物体静止时将下沉到液体底部。
悬浮与漂浮的比较
相同:
F浮 =G
不同:
悬浮ρ液=ρ物;V排=V物
漂浮ρ液>ρ物;V排 五、浮力的利用: (1)轮船: 工作原理: 要使密度大于水的材料制成能够漂浮在水面上的物体必须把它做成空心的,使它能够排开更多的水。 排水量: 轮船满载时排开水的质量。 (2)潜水艇: 工作原理: 潜水艇的下潜和上浮是靠改变自身重力来实现的。 (3)气球和飞艇: 工作原理: 气球是利用空气的浮力升空的。 气球里充的是密度小于空气的气体如: 氢气、氦气或热空气。 为了能定向航行而不随风飘荡,人们把气球发展成为飞艇。 六、求解浮力常用解题方法: 1、示差法 2、阿基米德原理 3、平衡法 4、压力差法 解题步骤: 1、据沉浮条件,判断物体浮沉状态; 2、漂浮、悬浮多采用平衡法; 3、下沉多采用阿基米德原理; 4、实验中多采用示差法。 常见题型 题型一有关探究浮力大小规律的实验题 题型二本组题考查你是否理解了阿基米德原理 题型三会利用阿基米德原理进行有关的计算 题型四运用物体的浮沉条件判别浸在液体中的物体所处的状态,能灵活应用浮沉条件及漂浮条件解决有关的简单问题 题型五漂浮条件与阿基米德原理的综合运用 题型六了解浮沉条件在生产、生活中的应用,知道通过哪些有效方法能改变物体的浮沉 典型例题·基础题 1.同样重的铁块甲和乙,甲浸没在水中,乙浸没在煤油中,________铁块受到的浮力要大一些.( > )(题型二) 2.停在海里的小游艇总重2.06×104N,它受到的浮力大小为_________N;它排开海水的体积为___________m3(海水的密度海水=1.03×103kg/m3,取g=10N/kg)。 (题型五) 3.一小球所受的重力为5N.体积为5×10-4m3。 将它浸没在水中时,所受的浮力大小为_______N(取g=10N/kg),浮力的方向是____。 放开手后,小球 将(填“上浮”、“下沉”或“悬浮”)。 (题型四) 4.我国农民常用盐水浸泡法来选种,如图13-67所示。 在浓度适宜的盐水中,饱满的种子沉在底部是因为________,干瘪、虫蛀的种子浮在液面上是因为_________.(题型六) 5.宣浮在空中的气球要下降,必须____________,从而使___________减小;潜水艇要从水中浮上来,要使潜水艇__________减小.(题型六) 6.把一木块浸没在水中,排开的水所受重力为12N,木块受到的浮力 ( )(题型二) A.大于12N B.小于12N C.等于12N D.等于10N 7.把体积相同的铁块和铝块浸没在水中,则()(题型二) A.铁块受到的浮力大B.铝块受到的浮力大 C.铁块与铝块受到的浮力一样大D.无法比较浮力大小 8.关于物体受到的浮力,下列说法正确的是 ( )(题型二) A.浮在水面的物体受到的浮力比沉在水底的物体受到的浮力大 B.物体排开水的体积越大受到的浮力越大 C.没入水中的物体在水中位置越深受到的浮力越大 D.物体的密度越大受到的浮力越小 9.甲、乙、丙、丁是四个体积、形状相同而材料不同的球,把它们投入水中静止后的情况如图13-68所示.它们中所受浮力最小的是 ( )(题型二) A.甲 B.乙 C.丙 D.丁 10.两个物体分别挂在弹簧测力计上,将它们同时浸没同一种液体中,两弹簧测力计减小的数值相同,两物体必定有相同的()(题型二) A.密度B.体积C.质量D.形状 11.潜水艇潜在水下航行,当它下潜的深度增加时,比较它所受到的水的压力和浮力关系是()(题型五) A.压力越大,浮力越大B.压力越大,浮力不变 C.压力不变,浮力越大D.压力不变,浮力不变 12.关于浮沉条件的应用,下列说法中正确的是()(题型六) A.潜水艇上浮过程中受到的浮力变大 B.气象用探测气球里所充气体的密度小于空气的密度 C.密度计上的刻度示数从下到上逐渐变大 D.密度计放在不同液体中所受浮力的大小与液体密度有关 13.“死海不死”的故事说的是……“将奴隶和俘虏扔进海里,可他们都漂浮在海面上—………”。 以下是几位同学对该现象的解释,其中正确的是()(题型五) A.奴隶和俘虏是被水平仍进海里的 B.海水的密度等于人体的密度,人在海里自然漂浮 C.人被扔进海里漂浮在海面上时,浮力总大于其重力 D.人被扔进海里漂浮在海面上时,浮力等于其重力 14.将一支密度计先后放入甲、乙两容器中,如图13-69,两容器中液体的密度分别是ρA、ρB密度计受到液体的浮力是FA、FB,则密度和浮力的关系分别满足()(题型六) A.ρA<ρB,FA=FBB.ρA<ρB,FA>FB C.ρA=ρB,FA>FBD.ρA>ρB,FA=FB 15.将铁、铜、铅制成三个实心金属球,用细线拴好,分别挂在三个完全相同的弹簧秤下,将三个金属球没入水中,但不碰容器底,此时三只弹秤的示数相同.现将三个金属球提出水面后静止,则( )( < < ) (题型二) A.挂着铁球的弹簧秤示数最小B.挂着铜球的弹簧秤示数最小 C.挂着铅球的弹簧秤示数最小D.三个弹簧秤示数相同 16.如图13-75所示,同一物体浸在甲液体中悬浮(图a),浸在乙液体中漂浮(图b)。 比较物体在两种液体中所受浮力F甲和F乙的大小,及两种液体的密度ρ甲和ρ乙的大小,可以确定正确的是()(题型五) A.F甲=F乙,ρ甲=ρ乙B.F甲=F乙,ρ甲<ρ乙 C.F甲<F乙,ρ甲=ρ乙D.F甲>F乙,ρ甲>ρ乙 17.在远洋轮船的船舷上,都漆着五条“吃水线”,又称“载重线”,如图13-76所示.其中标有W的是北大西洋载重线,标有S的是印度洋载重线.当船从北大西洋驶向印度洋时,轮船受到的浮力以及北大西洋与印度洋的海水密度 和 的关系,有( )(题型六) A.浮力增大, = B.浮力减小, = C.浮力不变, > D.浮力不变, < 18.两实心球a、b的密度之比为4∶3,体积之比为1∶2,放入水中静止后所受浮力之比为2∶3,则可能是 ( )(题型四) A.两球均沉入水底 B.两球均漂浮在水面上 C.a球下沉,b球漂浮 D.a球漂浮,b球下沉 基础题: 2.一块石头和一个小气球捆在一起,当把它们浸没在水中并在水中向下运动的过程中,下列说法正确的是() A.受到的浮力逐渐变大;B.受到的浮力逐渐变小 C.受到的浮力不变;D.受到的浮力先变大后变小 5把体积相等的石块和木块同时放入水中,发现石块沉底,木块漂浮在水面上,则它们所受浮力() A.木块大 B.石块大C.一样大D.无法判 7.质量相同的实心铝块C为正方形,D为圆球体,B为梯形,A为长方体,如图10-2所示,且C的表面很光滑与容器底密闭接触,在这四种情况下: () A.A所受的浮力最大 B.B所受的浮力一定比A小 C.A所受的浮力最小B.B、D浮力是一样大的 10.质量为200g的小球,轻轻放入盛满水的容器中,溢出160g的水,静止后小球将( ). A.浮出液面B.悬浮水中C.沉入水底D.无法确定 11、一个重5N的木块漂浮在水面上,它受到的浮力为N,它排开水的体积为cm3。 (g取10N/kg) 15.密度为0.4×103kg/m3,体积为0.5立方分米的木块浸没在水中时受到的浮力是___牛顿,浮在水面上受到的浮力是______牛顿。 (g=10牛/千克) 23.2010年5月31日,一场特大暴雨突袭广西某市,致使该市某中学一千多名师生被洪水围困! 武警某部官兵利用冲锋舟为学校师生开辟了水上生命线,该冲锋舟自重为0.6×104N,满载时排开水的体积为1.5m3,吃水深度为0.5m。 (已知ρ水=1.0×103kg/m3,取g=10N/kg),求: (1)冲锋舟满载时底部所受水的压强多大? (2)冲锋舟满载时所受的浮力是多少? (3)假设每人的平均质量为60kg,为保证安全,冲锋舟最多能承载多少人? 典型例题·拔高题 浮力典型题型: 1、浮力比较题 例1、甲、乙、丙三个体积相同的实心小球,静止在液体中如图8所示,关于三个小球下面说法正确的是() A.三个球受到的浮力关系为F甲=F乙>F丙B.三个球受到的浮力关系为F甲<F乙=F丙 C.三个球的密度关系为ρ甲<ρ乙<ρ丙D.三个球的密度关系为ρ甲>ρ乙>ρ丙 例2、将重力相同的木块和铁块放入水中静止后,则( ) A、木块受的浮力大 B、铁块受的浮力大 C、木块和铁块所受浮力一样大 D、无法判断谁受的浮力大 例3、甲、乙两个完全相同的密度计放在A、B两种液体中,如图43所示,则甲、乙密度计受浮力F甲、F乙和A、B液体密度比较() A.F甲>F乙,ρA>ρB B.F甲=F乙,ρA=ρB C.F甲<F乙,ρA<ρB D.F甲=F乙,ρA>ρB 2.浮力变化题 一般情况下,在同种液体中,关注V排的变化情况,如果液体发生改变,一般用浮沉条件来分析。 例1.一个充气的气球下面挂一个金属块,把它们放入水中某处恰能静止,如果把金属块及气球的位置轻轻向上移一些,则金属块和气球() A.仍能静止B.向下运动 C.向上运动D.上下晃动 解释: 由于气球的位置轻轻向上移,所以受到水的压强变小,导致气泡体积变大,浮力变大,超过了重力,因此选C。 例2、金鱼缸中小金鱼口中吐出的小气泡,在升至水面的过程中体积逐渐变大,这个过程中气泡所受浮力将() A.不变B.变大C.变小D.无法确定 例3、潜水艇从潜行变为上浮,在浮出水面之前,所受海水的压强和浮力变化情况正确的是() A.压强减小,浮力不变B.压强增大,浮力不变 C.压强不变,浮力变大D.压强不变,浮力变小 例4、游泳的人由河边走向深水处的过程中,如果河底布满碎石子,则() A.脚越来越疼,因为水对脚的压力越来越大 B、脚疼得越为越轻,因为河底对人的支持力越来越小 C、脚越来越疼,因为水对人的浮力越来越大 D、脚疼得越来越轻,因为人受到的重力越来越小 3.判断物体是否实心 例: 体积是30cm3的铁球,质量是79g,它是空心的还是实心的? 如果是空心的,空心部分的体积多大? (ρ=7.9g/cm3) 分析: (1)根据密度公式变形V=m/ρ求出此时铁球的实心体积,再与铁球的实际体积(30cm3)相比较,如果相等,则是实心的,如果实心体积小于实际体积,则是空心的. (2)用铁球的实际体积减去实心部分的体积就是空心部分的体积.此题主要有三种做法,可以通过密度、体积或质量来判断实心还是空心.但要计算空心体积最好根据体积进行计算. 4.合金比例计算题 例1: 有块金和银的合金,质量为596克,将它浸没在水中称,弹簧测力计示数为5.56牛,试求这块合金中,金和银的质量各是多少? (ρ金=19.3g/cm3,ρ银=10.5g/cm3). 分析: 本题解题关键是先求出合金的体积,然后建立方程组进行解答 5.“切割”题 例1: 一个体积为V的实心长方体,放入水里,静止时长方体能浮在水面.现将它露出水面的部分切去,再把它剩余部分放入水里.若要求长方体剩余部分静止时,露出水面的体积V’与长方体的体积V的比值为最大,则长方体的密度为多少? 分析: 物体漂浮时浮力等于自身的重力,根据浮力公式列出等式,削掉浮出水面部分后,再根据浮力公式列出等式,要想露出水面的体积V’与长方体的体积V的比值为最大,根据浮力公式列出等式求出比值的大小 例2: 浮在水面上的长方体木块的密度为ρ,水的密度为ρ0,将木块浮在水面以上的部分切去,木块又会上浮,待稳定后再次切去水面以上的部分,剩余木块的体积正好是原来的1/2,则可判断ρ: ρ0为( ) 分析: 由于木块漂浮,利用阿基米德原理和物体的漂浮条件可得F浮=ρ水v排g=G木=ρ木v木g,得出两种情况下的关系式,再根据切去水上部分后剩余部分的体积等于没切去时排开水的体积、最后剩余木块的体积正好是原来的1/2,得出木块和水的密度的大小关系. 6.判断容器底部压力变化情况 例1: 静止在水平桌面上的容器里盛有液体,液体对容器底部的压力不一定等于液体重力( ) 例2: 木块下方吊着一铁块悬浮在水中,如果将绳子剪断,当铁块和木块静止时,水对容器底部的压强和压力的变化( ) A.压强不变,压力不变B.压强变小,压力变大 C.压强变大,压力变小D.压强变小,压力变小 分析: 液体产生的压强与液体密度和深度有关.判断物体静止时液面降低,从而根据公式P=ρgh可解.当绳子被剪断,木块上浮,铁块下降.最终两物体静止时,木块部分体积露出水面,处于漂浮状态.因此液面较原来下降; 由于液体压强与液体密度和处于液面下的深度有关.所以液体对容器底的压强变小,根据公式F=PS可知当容器底面积即受力面积不变时,液体产生的压力变小. 故选D.点评: 物理量动态变化的分析要从其决定因素的改变情况入手. 7.空气浮力 例1: 已知空气的密度为1.29kg/m3,估算人体在空气中受到的浮力. 分析: 成年人质量在60kg左右,人的密度和水的密度相当,为1×103kg/m3,利用密度公式求出人的体积,再利用阿基米德原理求出人受的浮力.人体在空气中受到的浮力约为0.774N. 例2: 一个载重气球在空气中匀速上升时,受到的浮力为2000N,若在所载重物中再加200N的物体,这时气球就能匀速下降,假设气球上升和下降时所受的浮力和阻力大小不变,则气球的重力为 N,受到的阻力为N. 答案为: 1900、100。 (在计算空气中浮力时,重物受到的浮力忽略不计) 8.油水混合题 例1: 如图所示,边长为10cm的立方体木块,浮在油和水的分界面上,它浸在水里的深度5cm,其余部分浸在油里,若水深20cm,油深10cm,容器的底面积是20cm2,求: 木块受到的浮力及木块的密度(ρ油=0.6×103kg/m3,g取10N/kg) 例2: 在两端开口的U型玻璃管内装有水和某种油,它们静止时的情况如图所示,A处为它们的分界面,这种油的密度为 9.冰融化 例1.漂浮在水面的冰块融化后,液面怎样变化? 容器底部的压强会发生变化吗? 漂浮在盐水面的冰块融化后,液面又是怎样变化? 例2.如图所示,在一只装着水的杯子中漂浮着一块冰,而在冰和水的上面又覆盖着一层油,当冰完全融化后,水面高度,总液面高度.(填“上升”、“不变”或“下降”) 例3.在如图所示的装有水的杯中漂浮着一块冰,冰块内有一实心小铁块.当冰全部融化后,杯中的液面将会(填“升高”、“降低”或“不变”). 如果冰块内的不是小铁球,而是一小木球,木球的密度比水小,那么冰溶化后液面又是如何变化? 例4.如图所示,一块0℃的冰放在盛有0℃的水的容器中.已知冰块与容器底部相接触并相互间有压力,则当冰完全融化为0℃的水后.容器中水面的位置将( ) 10、液面相对上升题 例1.如图,圆柱形容器底面积5cm2,盛水高度15cm,圆柱形物体底面积4cm2,高度10cm,浸入容器中,上表面与液面相平。 圆柱形物体相对容器竖直上升多少刚好完全离开水面? 11、问答题 饺子为什么一开始沉底,后来又浮上来? 答: 刚下锅时,饺子受到的浮力小于重力,所以下沉;水沸腾后,饺子内部的空气受热膨胀,饺子的体积增大,受到的浮力增大,当浮力大于重力时便上浮. 12、实验探究题 [例1]给你足够的水,量筒一只,怎样测定小瓷酒杯的密度(酒杯的直径小于量筒的直径)请写出主要实验步骤及密度表达式。 解析: 测固体密度的方法有多种,有直接的方法: 用天平测质量、量筒(量杯)测体积;有间接的方法: 利用物体漂浮时排开液体的重力等于物体的重力,求出物体的质量,再利用排水法测物体的体积,算出物体的密度,本题应使用间接方法测小瓷酒杯的密度。 答案: 1.在量筒里倒入适量的水,记下水面到达的刻度 2.把小酒杯漂浮在水面上,记下水面到达的刻度 3.把小酒杯沉没在水中,记下水面到达的刻度 4.计算: 小酒杯漂浮在水面上 小酒杯沉没在水中时,它排开水的体积为 ,即瓷杯自身瓷的体积。 课后阅读·科学小故事 阿基米德原理的发现 公元前245年,赫农王给金匠一块金子让他做一顶纯金的皇冠。 做好的皇冠尽管与先前的金子一样重,但国王还是怀疑金匠掺假了。 他命令阿基米德鉴定皇冠是不是纯金的,但是不允许破坏皇冠。 这看起来是件不可能的事情。 在公共浴室内,阿基米德注意到他的胳膊浮到水面。 他的大脑中闪现出模糊不清的想法。 他把胳膊完全放进水中,全身放松,这时胳膊又浮到水面。 他从浴盆中站起来,浴盆四周的水位下降;再坐下去时,浴盆中的水位又上升了。 他躺在浴盆中,水位则变得更高了,而他也感觉到自己变轻了。 他站起来后,水位下降,他则感觉到自己重了。 一定是水对身体产生向上的浮力才使得他感到自己轻了。 他把差不多同样大小的石块和木块同时放入浴盆,浸入到水中。 石块下沉到水里,但是他感觉到石块变轻。 他必须要向下按着木块才能把它浸到水里。 这表明浮力与物体的排水量(物体体积)有关,而不是与物体的重量有关。 物体在水中感觉有多重一定与它的密度(物体单位体积的质量)有关。 阿基米德在此找到了解决国王问题的方法,问题的关键在于密度。 如果皇冠里面含有其他金属,它的密度会不相同,在重量相等的情况下,这个皇冠的体积是不同的。 把皇冠和同样重量的金子放进水里,结果发现皇冠排出的水量比金子的大,这表明皇冠是掺假的。 从此以后,阿基米德发现了浮力原理,即水对物体的浮力等于物体所排开水的重量。 曹冲称象 小学课本我们都学过曹冲称象的故事。 吴国的孙权送给魏国领袖曹操一只大象,长久居住在中原的曹操从来没有看过这种庞然大物,好奇地想知道这个大怪物的体重到底有多重? 于是,他对着臣子们说: “谁有办法把这只大象称一称? ”在场的人七嘴八舌地讨论着: 有人回家搬出特制的秤,但大象实在太大了,一站上去,就把秤踩扁了;有人提议把大象一块一块地切下分开秤,再算算看加起来有多重,可是在场的人觉得太残忍了,而且曹操喜欢大象可爱模样,不希望为了秤重失去它。 就在大家束手无策正想要放弃的时候,曹操7岁的儿子曹冲,突然开口说: “我知道怎么秤了! ”他请大家把大象赶到一艘船上,看船身沉入多少,在船身上做了一个记号。 然后又请大家把大象赶回岸上,把一筐筐的石头搬上船去,直到船下沈到刚刚画的那一条线上为止。 接着,他请大家把在船上的石头逐一称过,全部加起来就是大象的重量了! 7岁的曹冲非常聪明,相出了称象的好办法,那么聪明的你,能帮我们分析一下曹冲称象所用的科学原理吗? 课后家庭实验 自制潜水艇 实验材料: 一个1.5升塑料饮料瓶+一个口服液的小玻璃瓶 1、先将塑料瓶装满水。 然后将小玻璃瓶装一半左右水(根据情况自行调整),口朝下放入塑料瓶中。 水量以玻璃瓶可以稍微浮出水面为宜;如果玻璃瓶会翻倒,可以在瓶口扎上铁丝作为配重。 2、拧上塑料瓶的瓶盖,将瓶子密封。 尽量减少瓶中残留的空气,因为它会影响模型的灵敏性。 3、这样模型就做好了。 塑料瓶是大海,小玻璃瓶就是我们模型中的潜艇。 现在只要捏塑料瓶的瓶身,就会看到玻璃瓶中的空气体积减小,然后玻璃瓶会下沉;松开手后,空气膨胀,玻璃瓶就上浮。 力量适中的时候还可以让玻璃瓶保持悬浮。
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