汇编演绎式探究历汇总题.docx
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汇编演绎式探究历汇总题
14-1.(09中考)现在,叶子和小雨要研究有关电场强弱的问题:
(1)电场强度:
我们知道,磁体周围存在磁场;同样,带电体周围存在电场。
我们用电场强度E表示电场的强弱。
在电场中各点E的大小一般是不同的,E越大,表示该点电场越强。
不同点E的方向也一般不同。
如图所示,若一个小球带的电量为q,则与其距离为r的A点处的电场强度大小为
(k为常数),这说明距离带电体越远,电场越。
A点处E的方向如图中箭头所示。
(2)环形带电体的电场强度:
如图所示,有一个带电均匀的圆环,已知圆环的半径为R,所带的总电量为Q。
过圆环中心O点作一垂直于圆环平面的直线,那么在此直线上与环心相距为x的P点处的电场强度Ep的表达式是怎样的呢?
小雨首先把圆环均匀分割为许多等份,每一等份的圆弧长度为
,则每一等份的电量为;每一等份可以看作一个带电小球,则每一等份在P点所产生的电场强度的大小为E1=;E1沿着OP方向的分量
。
Ep的大小等于圆环上所有等份的E1x大小之和,即Ep=。
答案:
(1)弱…………………………………1分
(2)
……计2分
14-2.(09模拟)晓丽探究了串联电路中电流关系后,得出了结论:
给串联的导体a与导体b通电,通过导体a的电流与通过导体b的电流相同。
她想:
两根粗细不同的导体可以流过相同的电流,或者说相同截面积中流过的电流可以不同。
那么,相同截面积中流过的电流由谁决定呢?
带着这个问题,她查阅了资料,知道:
单位时间内通过导体横截面的电荷叫做电流;通过单位截面积的电流称为电流密度,用J表示。
那么电流密度的大小与什么因素有关呢?
(1)晓丽想探究这个问题,首先对该问题进行了如下简化:
①电子沿着截面积为S的金属导体运动;
②这些电子均以漂移速度v运动。
(2)已知每个电子所带电荷为e,单位体积内的电子数为n0;晓丽推导出了电流密度的数学表达式。
她的推导过程如下:
(请你将推导过程填写完整)
①在Δt时间内,通过导体某一截面的电子数为ΔN=;
②在Δt时间内通过圆柱体底面的电荷ΔQ=;
③在Δt时间内通过圆柱体的电流为I=;
④电流密度J=。
答案:
①
②
③
④
14-3.有一段长度为L的导线,横截面积为S,单位面积内含有的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为e,定向移动的平均速度为υ,该导线的电阻为
,
查阅资料可知:
单位时间内通过导体横截面的电荷叫做电流;当电流通过导体时,单位体积释放的热功率成为热功率密度,用p表示,请你推出热功率密度的表达式:
①在
时间内通过圆柱体的电流为I=;
②在
时间内电流所放出的热量为Q=;
③在
时间内电流的热功率为P=;
④热功率密度为p=。
答案:
①
②
③
④
14-4.(08中考)晓丽想要探究“气体分子对器壁的压强规律”,她首先做了如下实验:
如图,将托盘天平的左盘扣在支架上,调节天平平衡后,将一袋绿豆源源不断地从同一高处撒到左盘上,发现天平指针偏转并保持一定角度,左盘受到一个持续的压力。
容器中气体分子碰撞器壁的现象与上述实验现象十分相似。
可见,容器中大量气体分子不断碰撞器壁时也会产生一个持续的压力,而面积上所受的压力就是气体分子对器壁的压强。
(1)上述过程中运用的科学方法主要有法。
(2)气体分子对器壁的压强与哪些因素有关呢?
①晓丽对该问题进行了如下简化:
a、容器为长方体;
b、容器中的气体分子不发生相互碰撞;
c、容器中气体分子分为6等份,每一等份中所有气体分子均与器壁的一个内表面垂直碰撞;
d、所有气体分子的速度均等于它们的平均速度v;
e、所有气体分子与器壁的碰撞均为完全弹性碰撞(详见②中“c”).
②已知每个气体分子的质量为m,单位体积中的气体分子个数为n0。
晓丽推导出了气体分子的数学表达式。
她的推导过程如下:
(请将推导过程填写完整)
a、单位体积垂直碰撞到任一器壁的气体分子数n=;
b、△t时间内垂直碰撞到某一器壁△S面积上的平均分子数△N=;
c、由于是完全碰撞,因此△S面积上所受的平均压力F与△t的乘积为:
d、气体分子对器壁的压强公式为:
P=。
答案:
单位类比(或转换)
14-5.(08模拟)
(1)自由电子在导体中定向移动形成电流。
物理学上把单位时间通过导体横截面积的电荷叫电流。
若用字母Q表示电荷,用字母t表示通电时间,则电流的定义式为:
I=。
(2)若流过导体的电流为0.5A,导体中要流过20C的电荷(C为电荷的国际单位库仑),则通电时间为s。
(3)若流过导体单位体积的电子个数为n,每个电子所带电荷为e,电子在导体中流动速度为v,导体直径为d,则导体中电流的数学表达式为:
I=。
答案:
.
(1)Q/t
(2)40(3)neπd2v/4
14-6.(07中考)由于流体的粘滞性,使得在流体中运动的物体要受到流体阻力。
在一般情况下,半径为R的小球以速度υ运动时,所受的流体阻力可用公式
表示。
(1)小球在流体中运动时,速度越大,受到的阻力。
(2)密度为ρ、半径为R的小球在密度为ρ0、粘滞系数为η的液体中由静止自由下落时的υ-t图像如图所示,请推导出速度υT的数学表达式:
υT=。
答案:
(1)越大
(2)
14-7.(07模拟)
(1)用起重机将货物匀速吊起的过程中,货物的动能,重力势能,此过程中力对物体做了功。
可见,当机械能(填如何改变)时,必定有外力对物体做功。
(2)理论和实验证明:
对物体所做的功等于物体机械能的增量,这个结论就叫做“功能原理”。
其表达式为:
W合=E2-E1=△E,式中E1和E2各表示物体在初状态和末状态时的机械能,W合表示除了重力和弹性力以外所有外力对物体所做功的总和。
已知物体动能的计算公式是:
。
让质量为m的物体以初速度v0在粗糙的水平面上运动,如果物体受到的滑动摩擦力大小恒定为f,则:
①当物块的初速度为1m/s时,滑行的最大距离为1m;则当物块的初速度为2m/s时,滑行的最大距离是m。
②已知在水平面上运动的物体受到的摩擦力大小与物体的质量成正比,即f=km,k为常数,则当物体初速度相同,增加物体的质量,物体滑行的最大距离将填如何变化)。
答案:
(1)(共2分,每空0.5分)不变变大外力变大
(2)(共2分,每空1分)4不变
14-8.(06年模拟)下面是小红小明搜集的一些图片:
(1)从上图中可见,螺丝钉D实质可以看作是我们学过的一种简单机械——,这种
机械叫做螺旋。
在圆柱体的侧表面上刻出螺旋形沟槽的机械就是螺旋。
(2)旋常和杠杆连结在一起使用,达到省力的目的。
那么螺旋是如何省力的呢?
下面以举重螺旋(千斤顶)为例进行分析。
右图为举重螺旋的结构示意图,设螺距为h,螺旋手柄末端到螺旋轴线的距离为L,当螺旋旋转一周时,重物被升高一个螺距。
若这个螺旋的机械效率为η,用它将重力为G的物体举起,需要作用在手柄上的动力为F为多少?
答案:
(1)斜面
(2)η=W有/W总=Gh/F2πLF=Gh/2πηL
14-9.为减少太空污染,一般在航天器完成预定任务后要使它坠落销毁。
设航天器坠落开始时的机械能为E,质量为M。
经过与大气摩擦,航天器的绝大部分因升温熔化、汽化而销毁,剩下的残片坠人大海。
航天器制作材料单位质量升温1℃所需能量为C,每销毁单位质量所需能量为μ,入海时残片质量为m,温度升高,具有的动能为Ek。
航天器原来的机械能中,除一部分用于销毁和一部分被残片带走外,还有一部分能量E’通过其他方式散失。
请用以上所列物理量的符号表示E’的表达式。
(不考虑坠落过程中化学反应的能量。
)
答案:
E′=E-μ(M-m)-Cm△t-Ek
14-10.小丽在探究“质量为m、底面积为S的硬币起飞”的条件。
(1)她查阅资料得知:
在地面附近同一高度或高度差不显著的情况下,空气流速v与压强p的关系可表示为:
式中C是常量,ρ表示空气密度。
根据上述关系式可知:
①空气流速越大,压强。
②常量C表示空气流速为0时的。
(2)设计实验:
如图所示,在水平桌面上放置一个硬币并沿箭头所示方向吹气,气流通过硬币上部,由于硬币下面没有气流通过,从而产生压力差,给硬币一个向上的动力,这个压力差刚好等于硬币重力时,硬币刚好“飞起”。
①根据上述流速与压强的关系式可知,硬币下方空气压强p下=。
②刚好将硬币吹起时,硬币上、下表面的压力差△F=。
③她测得硬币的直径D,可算出硬币上(或下)表面面积S。
(3)请导出刚好将硬币吹起时吹气速度v的表达式(用ρ、S、m或g表示)。
14-11.探究:
气压与流速的关系。
(1)查阅资料得知:
在地面附近同一高度或高度差不显著的情况下,空气流速
与压强
的关系可表示为:
式中C是常量,ρ表示空气密度。
根据上述关系式可知:
①空气流速越大,压强;②若环境为1标准大气压,则空气流速为0,C=。
(2)有一枚硬币平放在水平桌面上,其表面积为S、质量为m、空气密度为
,在硬币上方,平行于硬币表面吹气,要将硬币吹起,则吹气的流速至少为:
。
14-12.物理探究实验:
如图所示,把一块锌板连接在灵敏验电器上,用弧光灯照射锌板,结果验电器的箔片张开了一个角度,进一步检验知道锌板带的是正电。
这说明在光的照射下,锌板中有一部分自由电子从表面逸出而使锌板带正电,这种现象叫光电效应。
小资料:
在空间传播的光可以看成是由光源发出的一颗颗不连续的粒子流,这种粒子称为光子,每个光子的能量E与它的频率υ成正比,即:
E=hυ。
h是一个恒量,称为普朗克常数。
当一种光照射到某金属表面时,光子的能量被金属中某个电子整个吸收后,电子动能增加,一部分克服原子核对它的束缚做功W,另一部分变为逸出电子的动能
,根据能量守恒定律可得该光的频率υ=。
14-13.(自编)【参考资料:
《热学》李椿、章立源、钱尚武编,高等教育出版社。
314—318页:
第八章液体§3.液体的表面性质。
】
晓丽发现一钢针轻轻放在水面上不会下沉,仅仅将水面压下,略见弯型,由此想到液体的表面可能像一张被张紧的橡皮膜,由于被张紧而存在一种相互收缩的力。
查资料得知,液体表面上存在的这种力叫表面张力,其大小可以用液体的表面张力系数α表示,它表示某一液体表面单位长度直线上所受到的拉力大小。
(1)液面因存在表面张力而有收缩的趋势,要加大液体表面,就得作功。
晓丽由此想研究增加液体表面积所做的功与那些因素有关。
设想一沾有液膜的铁丝框ABCD(如图),其中长为L的BC边是可以滑动的(BC边与铁丝框的摩擦不计)。
①由于液膜有上下两个表面,所以,要使BC边保持不动,必须加一个力F=。
②现拉动BC以速度υ向右做匀速直线运动,经△t时间后液膜始终完好。
则这一过程中所作的功W=。
③这一过程中增加的液体表面积△S=。
④克服表面张力所做的功W与液体表面积增量△S的关系为W=________________。
(2)在水中悬浮着一滴半径为R的圆球状橄榄油,要使油滴在水中散布成半径全部为r的小圆球状油滴,需要做多少功?
(设:
油的表面张力系数为α,球体积:
,求面积:
,油的总体积不变)
⑤小油滴的个数N=。
⑥橄榄油增加的表面积△S=。
⑦需要做得功W=。
答案:
①
(注:
长方框有两个液面)②
③
(注:
前后两个表面积都增加)④
⑤
⑥
⑦
14-14.(自编)【参考资料:
《物理学难题集萃》(增订本)舒幼生,胡望雨,陈秉乾,高等教育出版社。
第三部分电磁学,第二章磁场,磁介质,题3:
由球积分变圆环积分。
】
现在,叶子和小雨要研究有关通电导体周围磁场的磁感应强度问题:
(1)电流微元产生的磁感应强度:
我们知道,通电导体周围存在磁场,我们用磁感应强度B表示通电导体周围磁场的强弱,通电导体周围各点B大小一般不同,B越大,表示该点的磁感应强度越强。
不同点B的方向一般不同。
如图所示,若一段长为
通过它的电流为I的导体,则在与其垂直距离为r的A点处的磁感应强度大小为
(k为常数)。
距离导线越远,磁感应强度越.其方向垂直于纸
面向里(与导体
和距离
均垂直)
(2)环形电流的磁感应强度:
如图,一带电圆环半径为R,电荷均匀分布在圆环上,圆环绕轴OP以速度υ高速旋转,从而形成环形电流。
在轴OP上距圆心O为x的P点的磁感应强度Bp的表达式是怎样的呢?
查资料得知:
直线上单位长度的电荷叫线电荷密度;导体中的电流即为单位时间内通过某一截面的电荷。
若圆环的线电荷密度为σ,则圆环转动一周通过某一截面的电荷Q=,圆环转动一周所用的时间t=,圆环中的电流I=。
将圆环均匀分割为许多等份,每一等份的长度为△l,则每一等份在P点的磁感应强度B1=,B1沿着OP方向的分量
。
Bp的大小等于圆环上所有等份的B1x大小之和,即Bp=。
答案:
弱
14-15.测量洪水的流量大小时,常用体积流量来表示。
体积流量的定义为液体每秒流过某一横截面的体积,若用QV表示体积流量,体积流量的公式为
,其单位为m3/s。
在测量液体流量时,我们也常用质量流量(Qm)来表示,质量流量的公式为
。
(1)请你仿照QV的定义方式给Qm下定义,并写出Qm的国际单位。
①Qm的定义:
。
②Qm的国际单位:
。
(2)已知含有泥沙的河水密度为ρ,河水流速为υ,河水横截面积为S,则河水的质量流量Qm=。
14-16.日本大地震引起的海啸的破坏力让我们体验到大自然能量的巨大。
地震产生的能量是以波动的形式通过各种物体从震源向远处传播的,能量是怎样通过不同的物体传播的呢?
小明知道给串联的不同导体通电,通过的电流相同,这是由通过单位截面积的电流即电流密度决定的。
那么,相同截面积中流过的能量由谁决定呢?
带着这个问题,她查阅了资料,知道:
与电流定义类似,单位时间内通过介质横截面的能量叫做能流,用P表示;通过单位截面积的能流称为能流密度,用I表示.
那么能流密度的大小与什么因素有关呢?
(1)小明探究这个问题,首先对该问题进行了如下简化:
①能量沿着截面积为S的圆柱形介质传播;
②传播能量的波的波速为
(2)已知单位体积介质中的波动传播的能量为ω,它是一个与波源的振幅和振动频率有关的已知量.
小明推出了能流密度的数学表达式。
他的推导过程如下:
(请你将推导过程填写完整)
①在Δt时间内,通过圆柱体介质某一截面的能量ΔE=;
②在Δt时间内通过圆柱体介质的能流为P=;
③能流密度I=.
能流密度又叫波的强度,声波的能流密度称为声强,它表示声音的强弱;光波的能流密度称为光强,它表示光的强弱.
答案:
①ωSv⊿t②ωSv③ωv
14-17.物体动能Ek的计算公式是
。
让质量为m的物块以初速度υ0在不光滑的水平面上运动,已知物体受到的滑动摩擦力的大小为f。
经过多次实验并对数据进行分析后得出如下结论:
物块克服摩擦力做功的最大值等于物块初动能。
请你根据这个结论解答下面两个问题:
(1)当物块的初速度为1m/s时,滑行的最大距离为lm;当物块的初速度为2m/s时,滑行的最大距离是m。
(2)已知在水平面上运动的物块受到的摩擦力大小与物块的质量成正比,即f=km,k为常数,则当物块初速度相同时,增加物块的质量,物块滑行的最大距离(填“增大”、“减小”或“不变”)。
14-18.物体动能Ek的计算公式是
。
m表示物体的质量,υ表示物体的速度。
某合作学习小组的同学们开展研究性学习。
让质量为m的物块从静止自由下落(忽略空气阻力)。
经过多次试验,测出物体下落一定距离时达到的速度υ,对多组数据进行分析后,同学们得出结论:
重力做功等于物体动能的变化量。
如果这个结论成立,请你根据这个结论解答下面两个问题:
(1)当物体自由下落的初速度为υ0时,经过一段时间后物体的速度达到υ,则物体下落的距离h=。
(2)当物体从静止开始自由下落时,下落的距离为m,物体的速度可到达10m/s.
(3)水利工程学中常使用“流量”这个物理量表示水流的大小,“流量”的表示符号为“Q”,它的定义是:
每秒钟通过液体某一横截面积的水的质量。
请你写出流量的定义式。
已知河水的密度为ρ,河水的流动速度为υ,河水的横截面积为S,则河水的流量Q=。
14-19.
(1)晓丽在研究重力势能Ep与m、g、h关系时,设计了一个用一大块橡皮泥和几个不同的小球及刻度尺进行探究,实验时用小球自由落下撞击橡皮泥,并通过来反映重力势能的大小,这种方法叫做法。
她查阅资料得知:
Ep与m、g、h的关系是
。
动能
。
晓丽回忆起来,
要探究“质量和速度哪个因素对动能大小的影响更大时”。
保持速度一样,让质量变为2倍,看木块移动的距离差别。
再保持质量一样,怎样才能是速度增大到2倍呢?
(2)请你根据这个资料的提示,计算出在光滑的斜面上,第一次放在斜面高为h的位置,为了是速度增大到2倍,需要把小球放在高为h的位置。
14-20.叶子和小雨要研究有关自由落体的问题.
他们查阅资料可知:
物体动能的计算公式是
,m表示物体的质量,v表示物体的速度。
物体只受重力作用从静止开始下落的物体的运动叫自由落体运动.他们开始进行实验:
让质量为m的物体从静止开始自由下落(忽略空气阻力).经过多次实验,测出物体下落一定距离时达到的速度为v,并对多组记录的数据进行分析后,得出结论:
重力做功等于物体动能的变化量.请你根据这个结论解答下列问题:
①当物体自由下落的初速度为v0,经过一段时间后物体的速度达到v,则物体下落的距离h=.
②当物体从静止开始做自由下落时,下落的距离为20m时,物体的速度可达到m/s.
③物体做自由落体运动时,下落的高度h与速度v的关系可用图像中的图线来表示.
14-21.在只有重力做功的情形下,物体的动能和重力势能发生转化,但机械能的总量保持不变,这个结论叫做机械能守恒定律。
(1)小球甲在真空中自由下落,另一个完全相同的小球乙在阻力很大的液体中匀速下落,他们都由高度为h1的地方下落到高度为h2的地方,在这两种情况下,重力所做的功(填“相等”或“不相等”)。
小球的机械能守恒。
(2)通过查阅资料可知:
动能大小与物体质量和速度这三者之间的具体关系是
,
重力势能的大小与物体质量和高度的关系为
,则一个物体从高为h的光滑斜面顶端由静止开始滑下,不计空气阻力,物体滑到斜面底端的速度v=___________;把一个小球用细线悬挂起来,就成为一个摆,摆长为L,最大偏角为θ,小球运动到最低位置时的速度为v=_____________。
14-22.设雨点下落过程受到的空气阻力f与雨点的横截面积S成正比,与雨点下落的速度v的平方成正比,即f=(其中k为比例系数)。
雨点接近地面时近似看做匀速直线运动,若把雨点看着球形,其半径为r,球的体积为
,设雨点的密度为ρ,求:
(1)每个雨点最终的运动速度vm=。
(2)牛顿第二定律告诉我们:
物体所受的合力等于物体的质量与物体加速度的乘积。
那么当雨点的速度达到
时,雨点的加速度a=。
14-23.学了流体压强与流速的关系以后,小华想流体压强应该如何计算呢?
经过查阅资料,他明确了流体压强的计算适用于伯努利方程,其表达式为:
。
式中p、ρ、υ分别为流体的压强、密度和速度;h为竖直高度;g为重力常数:
C为常数。
(1)由上述公式可以看出,在水平流管中,流体中压强公式可以简化。
由此可以看出:
流体中流速越大的位置压强越。
(2)如图所示,大桶侧壁有一小孔,桶内盛满了水,小华想求水从小孔流出的速度。
他采用了如下方法:
取一根从水面到小孔的流管,在水面那一端速度几乎是0(因桶的横截面积比小孔大得多),水面到小孔的高度差为h,此流管两端的压强皆为p0(大气压),故由伯努利方程式有p0+=p0+。
由此得大桶侧壁小孔流速为υ=。
14-24.材料一;自由电子在导体中定向移动形成电流。
物理学上把单位时间通过导体横截面积的电荷叫电流,用Q表示电荷量,t表示时间,则电流的定义式为。
材料二:
磁场对电流有力的作用,这个力被称作安培力。
当导线垂直于磁场方向放入磁场中时,
(B为磁感应强度,表示磁场强弱)。
而电流是由电荷的定向移动形成的。
由此,他想到:
这个力可能是作用在运动电荷上的,安培力就是这个力的宏观表现。
为了检验这个设想,他在老师的帮助下做了如图实验,把射线管放在蹄形磁体的两极间,从阴极K发射电子束,荧光屏上显示的电子束运动径迹发生了弯曲(如图)这表明运动电荷确实受到磁场的作用力,安培力就是这些电荷所受力的合力。
有一段长L为的通电导线,横截面积为S,单位体积中含有的自由电荷数为n,每个电荷的电荷量为q,定向移动的平均速率为v。
(1)则导线中的电流为;
(2)把这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中,所受安培力为;每个电荷上所受力为。
14-25.理论和实验表明:
质量为ml、m2,间距为r的两个物体之间之间的万有引力大小满足下面的公式:
F=Gmlm2/r2(其中G为一个常数,大小为G=6.67×10—11Nm2/kg2).
(1)甲图中两个小球的质量均为lkg,相距lm,则这两个球间的万有引力大小为N.
(2)乙图中A、B、C三个小球分别位于等腰三角形的三个顶点上,质量均为1kg,则A和B对C产生的引力大小为N.
(3)丙图中的细圆环的质量为ml,半径为R,在圆环的轴线上有一个质量为m2的小球,小球与圆心O的距离为L,则整个圆环对小球的吸引力大小为。
(用字母表示)
14-26.
(1)安培力和洛伦兹力:
电流是带电粒子定向运动形成的,电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量,定义式为:
I=。
通电导体在磁场中受到的力叫安培力(用F安表示)。
运动电荷在磁场中受到的力叫洛伦兹力(用F洛表示)。
安培力是洛伦兹力的宏观表现,洛伦兹力是安培力的微观解释。
通电导体在磁场中受到安培力的作用,揭示了带电粒子在磁场中运动时要受到磁场力作用的本质。
已知长为L的通电导体,垂直放在磁感应强度为B的磁场中,所受到安培力大小的表达式为F安=BIL,I为导体中电流大小。
安培力和洛伦兹力的大小关系为:
F安=NF洛,其中N是导体中的定向移动的总电荷数。
(2)由安培力大小的表达式推导出洛伦兹力大小的表达式:
如图所示,长为L,横截面积为S的通电导体垂直放在磁感应强度为B的磁场中。
设导体内单位体积内的自由电荷数为n,每个自由电荷的电荷量为q,电荷定向移动的速度为v。
请你将下列推导过程填写完整。
①时间t内通过导体横截面的电荷量为:
Q=;
②通电导体中电流的大小为:
I=。
③通电导体在磁场中所受的安培力为:
F安=BIL=。
④导体中定向移动的总电荷数为:
N=。
⑤运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力为:
F洛=。
14-27.小雨要研究通电导体在磁场中受力的问题。
(1)磁体周围存在磁场,磁场的强弱叫磁感应强度,用B表示。
通电导体在磁场中要受到力的作用。
将一段长为L,电流为I的通电直导线垂直放人磁感应强度为B的磁场中时,受力F=BIL。
这说明导体中的电流越,导体在磁场中受力越大。
(2)有一段通电直导线,横截面积为S,单位体积含有n个自由电荷,每个自由电荷的电量为q,定向移动的平均速度为v,则t时间内通过导体横截面
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