0128物理概念必修113章.docx
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0128物理概念必修113章
1质点参考系和坐标系
知识、能力聚焦
1、物体和质点
(1)提出问题
(2)质点
①定义:
用来代替物体的有质量的点。
②将物体看成质点的条件:
物体的大小、形状对所研究问题的影响可以忽略不计时,可视物体为质点。
③质点是一个理想模型。
(3)质点的物理意义:
质点是一个理想的物理模型,尽管不是实际存在的物体,但它是实际物体的一种近似,是为了研究问题的方便而进行的科学抽象,它突出了事物的主要特征,抓住了主要因素,忽略了次要因素,使所研究的复杂问题得到了简化。
2、参考系
(1)提出问题
(2)参考系
①定义:
在描述一个物体的运动时,选来作为标准的另外的物体叫参考系。
②物体的运动都是相对参考系而言的,这是运动的相对性。
3、坐标系
(1)提出问题
(2)坐标系:
要准确地描述物体的位置及位置变化需要建立坐标系。
如果物体在一维空间运动,即沿一直线运动,只需建立直线坐标系,就能准确表达物体的位置;如果物体在二维空间运动,即在同一平面运动,就需要建立平面直角坐标系来描述物体的位置;当物体在三维空间运动时,则需要建立三维直角坐标系来描述。
方法、技巧平台
4、判定一个物体能否当作质点的方法
(1)运动物体的大小跟研究的问题有关的距离相比可忽略不计时,可将该物体当作质点。
(2)做平动的物体,由于物体上各个点运动的情况相同,可以选物体上任一点的运动代替整个物体的运动,故平动的物体在研究其运动的性质时,可将它视为质点。
注意:
①不能以物体的自身大小来决定物体是否可看成质点,而是相对的,蚂蚁很小,但研究腿长在哪个部位,就不能将其当作质点。
②不能说平动的物体一定能当作质点,而转动的物体一定不能当质点。
平动的物体有时也不能当作质点,如一列火车通过一座桥的时间,火车的长度就得考虑,不能当作质点。
转动的物体有时也能当作质点,如花样滑冰运动员,在滑冰时有很多转动的动作,但在研究她在冰面上所走径迹时,就可把她当作质点。
2时间和位移
知识、能力聚焦
1、时刻和时间间隔
(1)提出问题
(2)时刻与时间间隔的区别:
如果用一条一维坐标轴来表示时间轴,时间轴上的点表示时刻,某一段线段表示时间间隔。
注意:
ns末、ns初是指时刻,第ns内是指1s的时间,第ns末与第(n+1)s初指的是同一时刻。
(3)时间的测量:
时间的单位有秒、分钟、小时,符号分别是s、min、h。
2、路和位移
(1)提出问题
(2)路程:
质点的实际运动路径的长度,路程只有大小,其单位就是长度的单位。
(3)位移:
从初位置到末位置的有向线段,线段的长度表示位移的大小,有向线段的指向表示位移的方向。
(4)位移与路程的区别和联系:
①位移是描述质点位置变化的物理量,既有大小又有方向,是矢量,是一个与路径无关,仅由初、末位置决定的物理量。
②路程是质点运动轨迹的长度,它是标量,只有大小,没有方向。
③由于位移是矢量,而路程是标量,所以位移不可能和路程相等,但位移的大小有可能和路程相等,只有质点做单向直线运动时,位移的大小才等于路程。
任何情况下,路程都不可能小于位移的大小。
3、标量和矢量的区别
(1)标量:
只有大小没有方向的量。
(2)矢量:
有大小也有方向,求和运算遵循平行四边形定则的量,如力、速度等。
3运动快慢的描述——速度
知识、能力聚焦
1、速度
(1)提出问题
(2)速度:
①定义:
速度v等于物体运动的位移Δx跟发生这段位移所用时间Δt的比值。
②公式:
v=Δx/Δt
③物理意义:
速度是表示物体运动快慢和方向的物理量。
④矢量性:
速度不但有大小,而且有方向,是矢量,其大小在数值上等于单位时间内位移的大小,它的方向跟运动的方向相同。
2、平均速度和瞬时速度
(1)提出问题
(2)平均速度:
①定义:
做变速直线运动的物体的位移Δx跟发生这段位移所用时间Δt的比值,叫做平均速度。
②公式:
平均速度=Δx/Δt
③平均速度既有大小又有方向,是矢量,其方向与一段时间t内发生的位移方向相同。
注意:
平均速度表示做变速直线运动的物体在某一段时间内的平均快慢程度,只能粗略地描述物体的运动。
在变速直线运动中,不同时间(或不同位移)内的平均速度一般是不相同的,因此,求出的平均速度必须指明是对哪段时间(或哪段位移)而言的。
(3)瞬时速度
①定义:
运动在某一时刻(或某一位置)的速度。
②物理意义:
精确地描述了物体运动的快慢及方向。
③瞬时速度简称速度,因此以后碰到“速度”一词,如果没有特别说明均指瞬时速度。
当位移足够小(或时间足够短)时,质点在这段时间内的运动可以认为是匀速的,求得的平均速度就等于质点通过该点时的速度,对变速直线运动,各点的瞬时速度是变化的。
5速度变化快慢的描述——加速度
知识、能力聚焦
1、加速度
(1)提高问题
(2)定义:
加速度是表示速度改变快慢的物理量,它等于速度的变化量与发生这一变化所用时间的比值。
(3)表达式:
a=Δv/Δt
(4)单位:
m/s.
(5)矢量性:
加速度既有大小,也有方向,是矢量,直线运动中加速度a的方向与速度变化量的方向相同。
注意:
Δv=vt-v0,叫做速度的改变量,由于速度是矢量,求其改变量时要特别注意其方向性,如物体沿x轴方向做直线运动,记时时的初速度v0=2m/s,经10s,其末速度变为vt=7m/s,两速度方向显然是一致的,则在10s内其速度改变量Δv=vt-v0=7m/s-2m/s=5m/s,我们规定初速度的方向为正方向,则速度改变量Δv的方向与规定的正方向相同。
2、速度v、速度变化量Δv、加速度a的区别
(1)速度是运动状态量,对应于某一时刻(或某一位置)的运动快慢和方向。
(2)速度变化Δv=vt-v0是运动过程量,对应于某一段时间(或发生某一段位移),若取Δv0为正,则Δv>0表示速度增加,Δv<0表示速度减小,Δv=0表示速度不变。
(3)加速度a=Δv/Δt也称为“速度变化率”,表示在单位时间的速度变化量,反映了速度变化的快慢及方向。
(4)加速度a与速度v没有必然关系,与Δv也无直接联系,v大,a不一定大;Δv大,a也不一定大。
3、匀变速直线运动
(1)物体做直线运动的加速度大小、方向都不变,这种运动叫做匀变速直线运动。
(2)匀变速直线运动的特点:
①加速度大小、方向都不变
②既然加速度不变,则相等时间内速度变化一定相同(Δv=Δt)
③在这种运动中,平均加速度与瞬时加速度相等。
4、从v-t图象看加速度
(1)直线的斜率表示加速度,即a=k(斜率)。
(2)曲线上某时刻的切线的斜率大小表示该时刻的瞬时加速度大小。
5、如何理解物体运动的快慢和运动速度变化的快慢
6、如何理解速度的变化量和速度的变化率(加速度)
(1)速度的变化量是指速度改变了多少。
(2)加速度(速度的变化率)是指速度的变化量与发生这一变化所用时间的比值。
7、如何判断物体做的是加速运动还是减速运动
(1)根据v-t图象,看随着时间的增加,速度的大小如何变化,若越来越大,则做加速运动,反之则做减速运动。
(2)根据加速度和速度方向的关系,只要加速度方向和速度方向相同,就是加速;加速度方向和速度方向相反,就是减速,这与加速度的变化和加速度的正负无关。
第二章匀变速直线运动的研究
2匀变速直线运动的速度与时间的关系
1、匀变速直线运动
(1)定义:
沿着一条直线,且加速度不变的运动。
(2)v-t图象说明凡是倾斜直线的运动一定是匀变速直线运动,反之也成立。
(3)匀变速直线运动包括两种情形:
a与v同向,匀加速直线运动,速度增加;
a与v反向,匀减速直线运动,速度减小。
2、匀变速直线运动的速度——时间关系式
(1)速度与时间的关系式:
vt=v0+at.
注意:
①速度公式反映了匀变速直线运动的瞬时速度随时间变化的规律,式中v0是开始计时时的瞬时速度,vt是经时间t后的瞬时速度。
②速度公式中v0、vt、a都是矢量,在直线运动中,规定正方向后(常以v0的方向为正方向),都可用带正、负号的代数量表示,因此,对计算结果中的正、负,需根据正方向的规定加以说明,若经计算后vt>0,说明末速度与初速同向;若a<0,表示加速度与v0反向。
③利用vt=v0+at计算未知量时,若物体做减速运动,且加速度a已知,则代入公式计划时a应取负数,如v0=10m/s,以2m/s做减速运动,则2s后的瞬时速度vt=10-2×2=6m/s。
④若初速v0的方向规定为正方向,减速运动速度公式vt=v0+at,当vt=0时,可求出运动的时间t=v0/a。
⑤若初速v0=0,则vt=at,瞬时速度与时间成正比。
3、速度公式应用时的方法、技巧
4、v-t图象问题再讨论
(1)曲线某一点的斜率同样表示这一时刻对应的加速度的值。
(2)v-t图象只能反映直线运动的规律。
5、匀变速直线运动的两个重要推论
(1)某段过程的平均速度等于初、末速度的平均值,即平均速度=1/2(v0+vt)
注意:
该推论只适用于匀变速直线运动,而平均速度=x/t适用任何运动。
(2)某段过程中间时刻的瞬时速度,等于该过程的平均速度,即中间时刻的瞬时速度=平均速度=1/2(v0+vt)
注意:
该推论只适用于匀变速直线运动,且以后在处理用打点计时器研究匀变速物体的速度时,可用此式精确求解打某点时物体的瞬时速度。
3匀变速直线运动的位移与时间的关系
1、匀变速直线运动的位移与时间的关系
(1)微分思想
(2)位移-时间关系:
x=v0t+1/2at2
说明:
①该式也是匀变速直线运动的基本公式,和vt=v0+at综合应用,可以解决所有的匀变速运动问题。
②公式中的x、v0、a、vt都是矢量,应用时必须选取统一的方向为正方向,若选v0为正向,则在加速运动中,a取正值,即a>0,在减速运动中,a取负值,即a<0。
2、匀变速直线运动的平均速度
(1)平均速度的一般表达式:
x/t
(2)匀变速运动的平均速度公式:
(v0+vt)/2
(3)匀变速直线运动的位移又可表达为x=(v0+vt)t/2
3、逆向转换法
末速度为零的匀减速直线运动可看成初速度为零,加速度大小相等反向匀加速运动。
即:
x=v0t-1/2at2(顺向的表达)
x=at2/2(逆向的表达)
x=1/2v0t(平均速度表达)、
4、应用v-t图象分析处理问题
4匀变速直线运动的位移与速度的关系
1、匀变速直线运动的位移与速度的关系
(1)不涉及时间的位移—速度公式:
vt2-v02=2ax。
说明:
①该式是由匀变速运动的两个基本关系推导出来的,因为不含时间,所以若所研究的问题中不涉及时间这个物理量时利用该公式可以很方便。
②公式中四个矢量vt、v0、a、x也要规定统一的正方向。
2、匀变速直线运动的四个基本公式
(1)速度随时间变化规律:
vt=v0+at
(2)位移随时间变化规律:
x=v0t+1/2at2
(3)位移与速度的关系:
vt2-v02=2ax
(4)平均速度公式:
平均速度=1/2(v0+vt),x=t/2(v0+vt)
说明:
共涉及五个量,若知道三个量,可选取两个公式求出另两个量。
3、匀变速直线运动的三个推论
(1)在连续相邻的相等的时间(T)内的位移之差为一恒定值,即Δx=aT2(又称匀变速直线运动的判别式)
(2)某段时间内中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度:
vt/2=平均速度=1/2(v0+vt)
(3)某段位移内中间位置的瞬时速度vx/2=与这段位移的初、末速度v0与vt的关系为:
vx/2=
4、初速度为零的匀加速直线运动的几个比例式
设以t=0开始计时,以T为时间单位,则
(1)1T末、2T末、3T末、---瞬时速度之比为v1:
v2:
v3----=1:
2:
3---,可由v1=at直接导出
(2)第一个T内,第二个T内,第三个T内---位移之比为,x1:
x2:
x3:
---xn=1:
3:
5:
---:
(2n-1)。
(3)1T内、2T内、3T内---、位移之比x1:
x2:
x3---=12:
22:
32---,可由公式x=1/2at2直接导出。
(4)通过连续相同的位移所用时间之比
t1:
t2:
t3:
-----tn=1:
(
5、求解匀变速直线运动问题的方法
(1)基本公式法
(2)Δx=at2法
(3)平均速度法
(4)比例式法
(5)巧取参考系法
(6)图象法
6、追及与相遇问题的几种不同求解方法
(1)存在一个恰好追上或恰好追不上的临界条件:
两物体速度相等,即v甲=v乙
两物体恰能“相遇”的临界条件:
两物体处在同一位置时,两物体的速度恰好相同。
(2)解“追及”“相遇”问题的思路:
①根据对两物体运动过程的分析,画出物体的运动示意图;
②根据两物体的运动性质,分别列出两个物体的位移方程,注意要将两物体运动时间的关系反映在方程中;
③由运动示意图找出两物体位移间方程;
④联立方程求解。
点评:
“追及”问题是运动中较为综合且有实际意义的一类习题,它往往涉及两个以上物体的运动过程,每个物体的运动规律又不尽相同。
对此问题的求解,除了要透彻理解基本物理概念,熟悉运动学公式外,还应仔细审题,挖掘题目中隐含着的重要条件,并尽可能地画出草图以帮助分析,确认两个物体运动位移关系、时间关系和速度关系,在头脑中建立起一幅物体运动关系的图景,借助于v-t图象来分析和求解往往可使解题过程简捷明了。
5自由落体运动
1、自由落体运动
(1)定义:
物体只在重力作用下从静止开始的运动叫自由落体运动。
①条件自由落体运动的是:
一是物体只受重力作用;二是由静止释放。
②决定物体下落快慢的主要因素是物体的重力,即阻力与重力相比较可以忽略不计,因此物体在空中的下落可看做自由落体运动。
2、自由落体运动的特点、性质的探究
(1)自由落体运动的特点:
自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。
(2)自由落体运动的加速度,也叫重力加速度,重力加速度的方向始终竖起向下,在地球表面或地面附近一般认为其大小为9.8m/s。
3、自由落体运动的规律
(1)自由落体运动规律的数学表述
①速度——时间关系:
v=gt
②位移——时间关系:
x=1/2gt2
③位移——速度关系:
v2=2gx
说明:
自由落体运动实质是一种特殊的匀变速直线运动,符合所有匀变速直线运动规律,只是其初速度为零,加速度为g,题目中即使不直接告诉,也是当然的隐含条件,可以直接应用。
4、自由落体运动规律的灵活应用
5、测定重力加速度的方法
6、自由落体运动的实际应用
7、竖直上抛运动
(1)定义:
将物体以一定的初速度沿竖直方向向上抛出且只受重力的运动,叫竖直上抛运动
(2)特点:
竖直上抛运动的加速度始终为重力加速度g,是一个匀变速直线运动。
(3)规律:
①取初速度方向为正方向,则竖直上抛运动的加速度a=-g,把a=-g代入匀变速直线运动的公式中,即可得到竖直上抛运动的公式:
vt=v0-gt;x=v0t-1/2gt2;vt2-v02=-2gx。
②物体到达最高点时,vt=0,从抛出到达到最高点所用的时间为:
t=v0/g
③竖直上抛运动的最大高度为:
h=v02/2g
(4)由于物体在上升阶段和下降阶段的加速度均为重力加速度g,所以上升阶段和下降阶段可以视为逆过程,上升阶段和下降阶段具有对称性,此时必有如下规律:
①物体上升到最高点所用的时间与物体从最高点落回到原抛出点所用的时间相等:
t上=t下=v0/g
②物体从抛出点开始到再次落回抛出点所用的时间必为上升时间或下降时间的2倍:
t=2v0/g
③物体在上升过程中从某点到达最高点所用的时间,和从最高点落回到该点所用的时间相等。
④物体上抛时的初速度与物体又落回原抛出点时的速度大小相等,方向相反。
⑤在竖直上抛运动中,同一个位移对应两个不同的时间和两个等大反向的速度。
(5)竖直上抛运动的处理方法:
分段法和整体法。
第3章相互作用
1重力基本相互作用
1、力的定义
物体与物体间的相互作用叫做力。
(1)力的物质性:
指力不能离开施力物体和受力物体而独立存在,即只要有力,必有同时存在施力物体和受力物体。
(2)力的相互性:
指力是存在于物体之间的。
2、力的作用效果
(1)静力效果——使物体的形状发生变化(形变),如把物体拉伸、压缩、扭转、剪切等。
(2)动力效果——改变物体的运动状态,如使物体从静止开始运动,从运动变为静止(或使物体的运动速度从小变大、从大变小);或使物体的运动方向发生变化等。
3、力的图示
(1)力的大小,可用测力计(弹簧测力计)测量。
(2)力的单位,国际单位制中,力的单位是牛顿,简称牛,符号是N。
(3)力是矢量,它不但有大小,而且有方向。
注意:
两个力相等,必须大小相等、方向相同。
(4)力的图示:
为了更形象、直观地表达力,我们可以用一要带箭头的线段来表示一个力的大小、方向和作用点(即力的三要素),这种表示力的方法,叫做力的图示。
(5)力的示意图:
即只画出力的作用点和方向,表示物体在这个方向上受到了力。
注意:
力的图示与力的示意图不同,力的示意图只表示物体受哪些力的作用及力的方向如何,不需要选定标度严格画出线段的长度。
4、力的分类
(1)根据力的性质命名:
如重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力等。
(2)根据力的效果命名:
如拉力、压力、动力、阻力等。
5、重力
(1)重力的定义:
由于地球的吸引而使物体受到的力。
说明:
①地球上的物体都受到重力作用,不管质量大小,也不论有无生命。
②重力是由于地球的吸引而产生的,但重力的大小不一定等于地球对物体的吸引力,重力一般小于地球对物体的吸引力。
③重力是非接触力,同一物体在空中运动与静止时所受重力相等。
④重力的施力物体是地球。
(2)重力的大小
①重力与质量的关系:
G=mg,g是自由落体加速度,通常取g=9.8N/kg,表示质量为1kg的物体受到的重力是9.8N。
说明:
a:
g会随地球上的纬度的改变而改变,纬度越高,g值越大,两极最大,赤道最小,导致同一物体在不同纬度处所受重力不同。
b:
g值会随海拔高度改变,在同一纬度处,高度越大,g值越小,致使同一物体受到的重力随高度增加而减小。
②重力的测量
实验室里,重力大小可以用弹簧测力计测出,当弹簧测力计吊起物体静止时,物体对测力计的拉力才等于物体受到的重力。
注意:
a:
测量时物体必须保持静止(或匀速直线运动)状态。
b:
物体对测力计的拉力等于物体的重力,不能说物体对测力计的拉力就是物体的重力,因为这两种力本质是不同的。
(3)重力的方向
重力的方向总是竖直向下,可利用铅锤确定其方向。
(4)重心
①概念:
一个物体的各部分都受到重力的作用,从效果上看,我们可以认为各部分所受重力的作用都集中于一点,这一点叫做物体的重心。
②重心的确定
a:
质量分布均匀的物体,重心位置只跟物体的形状有关。
若物体的形状是中心对称的,对称中心就是重心。
b:
质量分布不均匀的重物的重心,重心位置除跟物体的形状有关外,还跟物体的质量分布情况有关。
注意:
①重心不是最重的点。
各部分所受重力的效果,与只在重心处受到各部分重力的合力是等效的,因此可以认为物体各部分所受重力集中于重心,但实际上物体的各部分都受重力,重力并不只作用于重心上,重心也不是物体上最重的点。
②物体的重心可以不在物体上
由于重心是一个等效作用点,它就可以不在物体上,例如:
质量分布均匀的球壳,其重心在球心,并不在壳体上。
6、四种基本相互作用
(1)提出问题
(2)万有引力:
相互吸引的作用存在于一切物体之间,强度随距离增大而减弱,物理学中称其为万有引力。
万有引力作用:
把行星和恒星聚在一起,组成太阳系、银行系和河外星系。
重力是万有引力在地球表面附近的一种表现。
(3)电磁相互作用:
电荷之间存在相互作用,即同种电荷排斥、异种电荷相吸引。
磁体之间存在相互作用:
同名磁极相排斥,异名磁极相吸引。
注意:
a:
电磁相互作用是自然界中一种基本相互作用;b:
电磁力与万有引力相似,与距离的平方成反比。
(4)强相互作用:
原子核由带正电荷的质子和不带电的中子组成。
质子之间存在核力。
强相互作用:
能使原子核紧密保持在一起的强大作用力。
注意:
强相互作用是短程力,作用范围在10-15m内,即原子核的大小。
(5)弱相互作用:
放射现象:
原子核能够自发放射出射线的现象。
弱相互作用:
放射现象中起作用的基本相互作用,称为弱相互作用。
注意:
a:
弱相互作用的范围也很小。
b:
强相互作用的强度是弱相互作用的10-12倍。
7、怎样分析一个力是否存在
(1)力是不能离开物体而独立存在的,即没有物体,就谈不上力的作用。
(2)只有一个物体谈不上力的作用。
(3)力是直接产生于施力物体和受力物体之间的,不存在需要第三个物体传递的情况。
(4)力的作用是相互的。
8、特殊物体重心确定的方法
方法一:
支撑法
方法二:
悬挂法
9、有关力和重力问题的讨论和拓展
(1)重力的定义可迁移到其他星球上,如月球对物体的吸引而产生的力叫月球上的重力。
(2)地球的表面积约为5.1×1018m2,地球大气层的总重量约为G=p0S,p0为大气压强,S为地球的表面积。
2弹力
1、弹性形变和弹力
(1)弹性形变:
有些物体在形变后能够恢复原状,如弹簧、橡皮筋等,这样的形变叫弹性形变。
(2)弹力
①概念:
发生弹性形变的物体由于要恢复原状而对与它接触的物体产生力的作用,这种力叫做弹力。
②弹力产生的条件
a:
两物体间直接接触;b:
接触面处发生弹性形变。
2、几种常见弹力及弹力方向的判定
(1)压力和支持力:
压力和支持力均为弹力,方向垂直支持面指向受力物体。
(2)绳的拉力:
拉力是弹力,方向沿绳指向绳收缩的方向。
(3)弹力的方向:
弹力的方向总是与作用在物体上使物体发生形变的外力方向相反。
注意:
杆上的弹力不一定沿杆的方向。
3、胡克定律:
实验表明,弹簧发生弹性形变时,弹力的大小跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比,即F=kx。
k越大,弹簧越“硬”;k越小,弹簧越“软”。
4、判断弹力有无的方法
(1)利用假设法判断:
要判断物体在某一接触处是否受到弹力作用,可假设在该处将与物体接触的另一物体去掉,看物体是否在该位置保持原来的状态,从而判断物体在该处是否受到弹力作用。
(2)根据物体的运动状态判断
5、胡克定律的应用及用图象处理物理问题
(1)弹力的大小:
与受力物体的形变量成正比。
(2)弹簧测力计的示数显示的也是弹力的大小,要注意它始终等于挂钩处弹力的大小。
点评:
在解决两个或两个以上弹簧组合使用的问题时,首先弄清楚两根弹簧的连接方式,其次是明确两弹簧形变量的关系或者弹力的关系。
3摩擦力
1、静摩擦力
(1)定义:
两个相互接触而保持相对静止的物体,当它们之间存在相对滑动趋势时,在它们的接触面上会产生阻碍物体间相对滑动趋势的力,这种力叫静摩擦力。
(2)产生条件:
一是两物体相接触;二是接触面不光滑;三是两物体间有弹力;四是两物体间相对运动的趋势。
(3)大小:
静摩擦力的取值范围是:
0≤F≤Ffm,Ffm叫做最大静摩擦力。
说明:
①静摩擦力大小与正压力无关,但一般情形下,最大静摩擦力的大小与正压力成正比。
②静摩擦力可以是阻力,也可以充当动力,如人跑步时地面给人的静摩擦力就是动力,传送带上的物体随传送带一起加速,静摩擦力也是动力。
③最大静摩擦力一般比滑动摩擦力稍大些,但通常认为二者是相等的。
(4)方向:
静摩擦力的方向总是跟接触面相切,并且跟物体相对运动趋势的方向相反。
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