物理必修二功習(xí)題課課件第二課時(shí).ppt
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1、功 第二課時(shí) 一、功的概念 1.定義:物體受到力的作用,并在 力方向上 發(fā)生一段 位移,就說(shuō)力對(duì)物體做了功 . 2.公式: W=Fscos,其中 為 F與 s的夾角, F是力的大 小, s一般 是物體相對(duì)地面的位移,而不是相對(duì)于和它 接觸的物體的位移 . 3.應(yīng)用中的注意點(diǎn) 公式 只 適用于 恒力 做功 F和 S是對(duì)應(yīng)同一個(gè)物體的; 恒力做功多少只與、及二者夾角余弦有關(guān),而 與物體的加速度大小、速度大小、運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短等都 無(wú)關(guān),即與物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)無(wú)關(guān),同時(shí)與有無(wú)其它力 做功也無(wú)關(guān)。 4.物理意義:功是能量轉(zhuǎn)化的量度 . 5.單位:焦耳 (J) 1J=1Nm. 6.功是標(biāo)量,沒(méi)有方向、但是有正負(fù)
2、 ,正負(fù)表示能量轉(zhuǎn) 化的方向 .表示物體是輸入了能量還是輸出了能量 . 當(dāng) 0 90 時(shí) W 0,力對(duì)物體做正功; 若物體做直線運(yùn)動(dòng),由 力和位移夾角 來(lái)判斷較方便。 當(dāng) =90時(shí) W=0,力對(duì)物體不做功; 當(dāng) 90 180 時(shí), W 0,力對(duì)物體做負(fù)功或 說(shuō)成物體克服這個(gè)力做功 . 若物體做曲線運(yùn)動(dòng),利用 力和速度的夾角來(lái)判斷做。 時(shí),力對(duì)物體做正功; 時(shí),力對(duì)物體不做功。 時(shí),力對(duì)物體做負(fù)功(或物 體克服力做功)。 7.合力的功 有兩種方法: ( 1)先求出合力,然后求總功,表達(dá)式為 c osSFW ( 為合力與位移方向的夾角) ( 2)合力的功等于各分力所做功的代數(shù)和,即 21 WWW
3、例 1.重 30N的物體在大小為 20N、方向與地面成 30 角的拉力作用下沿光滑水平面前進(jìn) 3m,則合 外力對(duì)物體做了 J的功 . 30 3 練習(xí) 1.在光滑的水平面和粗糙的水平面上各放一質(zhì)量 不同的木塊,在相同的拉力作用下,通過(guò)相同的位移, 拉力對(duì)木塊做的功 ( ) A.在光滑的水平面上較多 B.在粗糙的水平面上較多 C.一樣多 D.由小車(chē)運(yùn)動(dòng)所需的時(shí)間決定 C 例 2、質(zhì)量為 m的物塊放在光滑的水平面上 ,繩的一端 固定,在繩的另一端經(jīng)動(dòng)滑輪用與水平方向成 角、 大小為 F的力拉物塊,如圖示,將物塊由 A點(diǎn)拉至 B點(diǎn), 前進(jìn) S,求外力對(duì)物體所做的總功有多大? F A B s 解一:注意
4、 W=FS cos中的 S應(yīng)是力的作用點(diǎn)的位移 , 當(dāng)物體向右移動(dòng) s 時(shí),力 F的作用點(diǎn)既有水平位移 S, 又有沿繩向的位移 S,合位移為 S合 , F A s s S合 S合 =2S cos/2 W=F S合 cos/2 =FS(1+cos) 解二:外力對(duì)物體所做的總功等效于水平繩和斜繩上 的兩個(gè)力做功的代數(shù)和 F F W=FS+FS cos =FS( 1+cos) A B F2 F1 練習(xí) 2. 如圖所示,物體受到二 個(gè)水平恒力 F1 和 F2相 作用, F1和 F2互垂直,物體沿光滑水平面從 A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到 B點(diǎn)的過(guò)程中,位移為 S, AB連線與 F1間的夾角為 , 則下面關(guān)于外力做的功的
5、表達(dá)式一定正確的是: ( ) (A) (B) (F1+F2) S (C) F1Scos + F2Ssin (D) F1Ssin + F2Scos sFF 2221 為合外力與位移的夾角 注意: 合外力是矢量,本題的合外力 與位移的夾角 難以確定,并不等于 (若 vA=0時(shí)才等于 ) c osSFW 用總功等于各力做功的代數(shù)和求之 C 二 .變力做功 對(duì)于變力做功不能依定義式 cosFsW 直接求解,但可依物理規(guī)律通過(guò)技巧的轉(zhuǎn)化間接求解。 1.可用( 微元法 ) 無(wú)限分小法 來(lái)求 , 過(guò)程無(wú)限分小后, 可認(rèn)為每小段是恒力做功。 2.平均力法 : 若變力大小隨位移是 線性 變化,且 方向不變 時(shí),
6、可 將變力的平均值求出后用公式 c o s 2 c o s 21 sFFsFW 計(jì)算。如彈簧的彈力做功就可以用此法計(jì)算。 3.利用圖像 ,圖線與坐標(biāo)軸所包圍的面 積即是力做功的數(shù)值。 4.已知變力做功的平均功率,則功 。 5.用 動(dòng)能定理 進(jìn)行求解: 由動(dòng)能定理 可知,將變力的功轉(zhuǎn)換為物 體動(dòng)能的變化量,可將問(wèn)題輕易解決。 6.用 功能關(guān)系 進(jìn)行求解。 例 3 一輛馬車(chē)在力 F=100N的作用下繞半徑為 50m的 圓形軌道做勻速圓周運(yùn)動(dòng),當(dāng)車(chē)運(yùn)動(dòng)一周回到原位 置時(shí),車(chē)子克服阻力所做的功為多少 ? 解: 阻力的方向時(shí)刻在變,是變力做功的問(wèn)題,不 能直接由功的公式計(jì)算。 采用微元法解之,將圓分成很
7、多很多小段,在這些小 段中,力可以看作恒力,于是 Wf = fs1 fs2 fs3 fs4 fs5 = fs= Fs = 100 2R= 3.14 104 J W克 = Wf= 3.14 104 J 用平均力法 .鐵錘每次做功都用來(lái)克服鐵釘阻 力做的功,但摩擦阻力不是恒力,其大小與深度成正 比, F=-f=kx,可用平均阻力來(lái)代替 . 如圖 (a) 例 4. 用鐵錘將一鐵釘擊入木塊 , 設(shè)木塊對(duì)鐵釘?shù)淖?力與鐵釘進(jìn)入木塊內(nèi)的深度成正比 .在鐵錘擊第一 次時(shí) , 能把鐵釘擊入木塊內(nèi) 1cm, 問(wèn)擊第二次時(shí) , 能擊入多少深度 ? (設(shè)鐵錘每次做功相等 ) 解一: x1 x2 (a) 第一次擊入深
8、度為 x1,平均阻力 F1= 1/2 kx1, 做功為 W1= F1 x1=1/2 kx21. 第二次擊入深度為 x1到 x2, 平均阻力 F2=1/2 k(x2+x1), 位移為 x2-x1, 做功為 W2= F2(x2-x1)=1/2 k(x22-x21). 兩次做功相等: W1=W2. 2解后有: x2 x1=1.41cm. x=x 2-x1=0.41cm. 解二:用圖像法 因?yàn)樽枇?F=kx,以 F為縱坐標(biāo), F方向上的位移 x為橫 坐標(biāo),作出 F-x圖像,如圖 (b), x F 0 x1 x2 kx1 kx2 (b) 曲線下面積的值等于 F對(duì)鐵釘做的功 . S1 = S2 (面積 )
9、,即: 1/2 kx21=1/2 k(x2+x1)(x2-x1), 2解后有: x2 x1=1.41cm. x=x2-x1=0.41cm. 三、各種力做功的特點(diǎn) 、重力做功特點(diǎn) ( 1)重點(diǎn)做功與路徑無(wú)關(guān),只與物體的始末位置高度差 ( 2)重力做功的大?。?W=mgh ( 3)重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系: WG= Ep=E p1 Ep2 此外,做功多少與路徑無(wú)關(guān)的力還有:勻強(qiáng)電場(chǎng)中 的電場(chǎng)力做功,液體的浮力做功等 . 例 5 兩個(gè)底面積都是 S的圓桶 , 放在同一水平面 上 , 桶內(nèi)裝水 , 水的密度為 , 兩桶間有一細(xì)管 連通 , 細(xì)管上裝有閥門(mén) , 閥門(mén)關(guān)閉時(shí) , 兩只桶 內(nèi)水面高度差為 h
10、, 如圖所示 .現(xiàn)在把閥門(mén)打開(kāi) , 最后兩桶水面高度相等 , 則在此過(guò)程中 , 重力 做的功為 . h . 4 1 2gSh 練習(xí) 3. 掛在豎直墻上的畫(huà)長(zhǎng) 1.8m,畫(huà)面質(zhì)量為 100g,下面畫(huà)軸質(zhì)量為 200g,今將它沿墻緩慢卷 起,需做 J的功 .(g取 10m/s2) 解: W= mg 1/2 h+Mgh=0.9+3.6 = 4.5 J 二 .摩擦力做功的特點(diǎn) : 1.靜摩擦力做功的特點(diǎn) ( 1)靜摩擦力可以做正功,也可以做負(fù)功,還可以不做 功。 ( 2)在靜摩擦力做功的過(guò)程中,只有機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)移 (靜摩擦力起著傳遞機(jī)械能的作用),而沒(méi)有機(jī)械能轉(zhuǎn) 化為其他形式的能 ( 3)相互摩擦的
11、系統(tǒng)內(nèi),一對(duì)靜摩擦力所做功的代數(shù)和總為零。 1.AB兩物體疊放在水平面上 , 保持相對(duì)靜止一 起向右做勻加速運(yùn)動(dòng)移動(dòng) S, 則摩擦力 f1對(duì) A做 功 , f2對(duì) B做 功 。 A a B f1 f2 W1=f S W2= - f S W1 + W2= 0 正 負(fù) 舉例說(shuō)明 : 2.小木塊置于旋轉(zhuǎn)的水平轉(zhuǎn)臺(tái)上 , 隨轉(zhuǎn)臺(tái) 一起勻速轉(zhuǎn)動(dòng) , 小木塊受到的摩擦力對(duì)木 塊做 功 。 f 0 若小木塊隨轉(zhuǎn)臺(tái)一起加速轉(zhuǎn)動(dòng)而沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng) ,則小木塊受到的摩擦力對(duì)木塊做 功。 正 3.AB兩物體疊放在水平面上, A物體 用線系在墻上, B 物體在力 F作用下向 右運(yùn)動(dòng),則 f1對(duì) A做 功, f2對(duì) B做
12、功。 F B A f1 f2 0 負(fù) 4.正在運(yùn)動(dòng)的水平傳送帶上輕輕放一個(gè)小 木塊 , 小木塊受到的摩擦力對(duì)小木塊做 功 。 V f 開(kāi)始物體在摩擦力的作用下做勻加速運(yùn) 動(dòng),摩擦力對(duì)物體做正功。 達(dá)到速度 v后,物體不受摩擦力,做勻速 運(yùn)動(dòng),不做功 . 5.AB兩物體疊放在水平面上 , A物體在 力 F作用下在 B物體上相對(duì)滑動(dòng) , 則 f1對(duì) A做 功 , f2對(duì) B做 功 。 A B F f 1 f2 S S2 S1 W1= - fS1 W2= fS2 W1 + W2= f(S2 - S1 )= - f S 負(fù) 正 2.滑動(dòng)摩擦力做功的特點(diǎn): (1)滑動(dòng)摩擦力可以對(duì)物體做正功,也可以對(duì)物體
13、做 負(fù)功,當(dāng)然也可以不做功。 (2)一對(duì)滑動(dòng)摩擦力做功的過(guò)程中,能量的轉(zhuǎn)化有兩 個(gè)方面:一是相互摩擦的物體之間機(jī)械能的轉(zhuǎn)移;二 是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 (3)一對(duì)滑動(dòng)摩擦力的總功等于 - fS 式中 S指物體間的相對(duì)位移 (4)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的量值等于滑動(dòng)摩擦力與相對(duì)位移的乘積 , 即 W=Q(即摩擦生熱) . (5)滑動(dòng)摩擦力、空氣摩擦阻力等,在曲線運(yùn)動(dòng)或往 返運(yùn)動(dòng)時(shí)等于力和路程(不是位移)的乘積 例 6.質(zhì)量為 M的長(zhǎng)板放在光滑水平面上,一個(gè) 質(zhì)量為的滑塊以速度 v沿木板表面從 A點(diǎn)滑 到 B點(diǎn),在木板上前進(jìn)了 L,而木板在水平面上 前進(jìn)了 s,如圖,設(shè)滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因 數(shù)為 求: (1)
14、摩擦力對(duì)滑塊做的功; (2)摩擦力對(duì)木板做的功; (3)摩擦力做的總功; (4)上述過(guò)程中機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的大小 . 圖 6-1-2 【 解析 】 分別對(duì)滑塊和木板進(jìn)行受力分析,如圖 所示 .f=mg, f = f 摩擦力對(duì)滑塊做的功為 :Wm=-f(s+L)=-mg(s+L), 摩擦力對(duì)木板做的功為 :WM=fs= mgs , 摩擦力做的總功為 :W=Wm+WM=-mgL, 轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的大小為 :Q=-W=mgL 【 解題回顧 】 摩擦力是阻力 (對(duì)滑塊 )時(shí),它所 做的功是負(fù)功;摩擦力是動(dòng)力 (對(duì)木板 )時(shí),它 所做的功是正功。我們還體會(huì)到摩擦力 f和 f 雖然是一對(duì)作用力和反作用力,但它
15、們做的功 卻不一定相等 . 練習(xí) 4.如圖所示 , 在光滑水平面上放一木板 , 木板 的左端放一物體 , 對(duì)物體施加一水平恒力 F, 將物體 由靜止開(kāi)始從木板右端拉出 , 如果第一次木板被固定 在地面上 , 第二次木板未被固定 , 則這兩種情況下 ( ) (A)摩擦力大小相同 (B)F做的功相同 (C)摩擦產(chǎn)生熱相同 (D)物體獲得的動(dòng)能相同 A F B A F B f1 f 2 f1 f 2 S S2 S1 A C 例 7.如圖所示, PQ是固定在水平桌面上的固定擋板, 質(zhì)量為 m的小木塊 N從靠近 P以一定的初速度向 Q運(yùn) 動(dòng),已知物塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 , P與 Q相 距為 s,物塊
16、與 Q板碰撞 n次后,最后靜止于 PQ的 中點(diǎn),則整個(gè)過(guò)程摩擦力所做的功為多少?( n為 自然數(shù)) 解析:物塊與 Q板碰撞 n次后,最后停在 PQ中點(diǎn),會(huì) 有兩種可能,一種可能是與 Q板碰后向 P板運(yùn)動(dòng)至中點(diǎn) 而停止,設(shè)與 Q板碰撞 n次,則物體運(yùn)動(dòng)的路程為 ( 2n一 1/2) s,摩擦力所做的功為 Wf1=mg( 2n-1/2) s第二種可能是物塊與 Q板碰后再與 P板碰撞向 Q板運(yùn) 動(dòng)至中點(diǎn)而停止,在這種情況下,物體運(yùn)動(dòng)的路程為 ( 2n 1/2) s ,摩擦力所做的功為 Wf2= mg( 2n 1/2) s,兩種情況下,摩擦力對(duì)物體均做負(fù)功 練習(xí) 5.如圖所示,半徑為 R的孔徑均勻的圓
17、形彎管水 平放置,小球在管內(nèi)以足夠大的初速度 v0在水平面內(nèi) 做圓周運(yùn)動(dòng),小球與管壁間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 ,設(shè)從 開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的一周內(nèi)小球從 A到 B和從 B到 A的過(guò)程中摩 擦力對(duì)小球做功分別為 W1和 W2,在這一周內(nèi)摩擦力 做的總功為 W3,則下列關(guān)系式正確的是( ) A W1 W2 B W1 W2 C W3 0 D W3 W1 W2 解析:求某一力對(duì)物體所做的功值有多種思路,對(duì)于恒力(大 小、方向均不變的力)做功的情況,通常由 w Fscos求 解對(duì)于變力(特別是方向發(fā)生變化的力)做功的情況,一般 由功能轉(zhuǎn)換關(guān)系求解對(duì)于后一種思路,一定要正確判斷哪些 力做功,在外力做功的過(guò)程中,物體(或系統(tǒng))
18、的能量如何發(fā) 生變化,變化了多少 小球在水平彎管內(nèi)運(yùn)動(dòng),滑動(dòng)摩擦力始終與速度方向相反, 做負(fù)功,而小球在水平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是由外管壁對(duì) 小球的彈力 N提供的,由于轉(zhuǎn)動(dòng)半徑 R始終不變,摩擦力對(duì)小 球做負(fù)功,小球運(yùn)動(dòng)的速率逐漸減小,向心力減小即 N減小, 而 f N,滑動(dòng)摩擦力 f也減小,即由下列關(guān)系: N=Fn=mv2/R m, R不變, v減小,則 N減小, f N N減小,則 f減小 W= fR f減小,則 W減小 所以 W1 W2 W1,W2都為負(fù)功,因此 W3 W1 W2答案: AD 2.彈力做功的特點(diǎn) : 彈力對(duì)物體可以做正功 ,可以不做功, 也可以做負(fù) 功。 例 8:如圖所
19、示,小物塊位于光滑的斜面上,斜面位于 光滑的水平地面上。從地面上看,在小物塊沿斜面下 滑的過(guò)程中,斜面對(duì)小物塊的作用力 ( ) A垂直于接觸面,做功為零 B垂直于接觸面,做功不為零 C不垂直于接觸面,做功為零 D不垂直于接觸面,做功不為零 C 練習(xí) 6:一輛小車(chē)靜止在光滑的水平導(dǎo)軌上, 一個(gè)單擺球用線懸掛在車(chē)上,由圖示位置無(wú) 初速釋放,則小球在下擺的過(guò)程中,線對(duì)小 球的拉力做 功。 負(fù) 例 9.如圖示 , 板長(zhǎng)為 L, 板的 B端放有質(zhì)量為 m 的小物體 , 物體與板的動(dòng)摩擦因素為 , 開(kāi)始 時(shí)板水平 , 若緩慢轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小角度 的過(guò)程中 , 物體與板保持相對(duì)靜止 , 則這個(gè)過(guò)程中 ( ) A.
20、 摩擦力對(duì) P做功為 mgLcos(1-cos) B. 摩擦力對(duì) P做功為 mgLsin(1-cos) C. 彈力對(duì) P做功為 mgLcossin D. 板對(duì) P做功為 mgLsin P B A P L D mg f N 練習(xí) 7:一個(gè)木箱放置在勻加速上升的自 動(dòng)扶梯上,隨自動(dòng)扶梯一起上升,跟扶梯 保持相對(duì)靜止。木箱所受的重力對(duì)木箱做 功,木箱所受的彈力對(duì)木箱做 功。木箱所受的摩擦力對(duì)木箱做 功, a G N f 負(fù) 正 正 【 例 10】 如圖所示,把 A、 B兩球由圖示位置同時(shí)由 靜止釋放(繩開(kāi)始時(shí)拉直),則在兩球向左下擺 動(dòng)時(shí)下列說(shuō)法正確的是 A.繩子 OA對(duì) A球做正功 B.繩子 AB
21、對(duì) B球不做功 C.繩子 AB對(duì) A球做負(fù)功 D.繩子 AB對(duì) B球做正功 解析:由于 O點(diǎn)不動(dòng), A球繞 O點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng), OA對(duì) 球 A不做功。對(duì)于 AB段,我們可以想象,當(dāng)擺角較小 時(shí)可以看成兩個(gè)擺長(zhǎng)不等的單擺,由單擺的周期公 式就可以看出, A擺將先回到平衡位置 B擺將落后 于 A擺, AB繩對(duì) A球做負(fù)功,對(duì) B球做正功。答案: CD 練習(xí) 8:質(zhì)量為 m的物體 A置于粗糙的斜面上 , 斜面位 于水平面上, 用力推斜面向左勻速移動(dòng)位移 S時(shí),斜 面對(duì)物體 A的彈力做功 , 斜面對(duì) 物體 A的摩擦力做功 。 A F S f N mg mgS sin cos - mgS sin cos
22、3.一對(duì)相互作用力做功特點(diǎn) : 一對(duì)相互作用力可以同時(shí)做正功, 一對(duì)相互作用力也可以同時(shí)做負(fù)功, 一對(duì)相互作用力也可以作用力做正功,反作用力做負(fù) 功, 一對(duì)相互作用力也可以作用力做正功, 反作用力不 做功, 一對(duì)相互作用力也可以作用力做負(fù)功, 反作用力不 做功, 不要以為作用力與反作用力大小相等、方向相反,就 一定有作用力、反作用力的功數(shù)值相等,一正一 負(fù)所以 作用力與反作用力做功不一定相等,但沖量 的大小相等 例 11:如下圖 A、 B 兩輛小車(chē)上各放一個(gè)強(qiáng)磁鐵,各以速度 V 相向運(yùn)動(dòng),兩磁體間的相互作用力對(duì) A車(chē)做 - 功 , 兩磁體間的相互作用力對(duì) B車(chē)做 - 功 N N S S A B
23、 V V 正 正 若用手按住 B車(chē),則相互作用力對(duì) A 車(chē)做正功,對(duì) B車(chē)不做 功 若如下圖 A、 B 兩輛小車(chē)上各放一個(gè)強(qiáng)磁鐵,各以速度 V相向 運(yùn)動(dòng),兩磁體間的相互作用力對(duì) A車(chē)做 - 功 , 兩磁體間的相互作用力對(duì) B車(chē)做 - 功 N N S S A B V V 負(fù) 負(fù) 若用手按住 B車(chē),則相互作用力對(duì) A 車(chē)做負(fù)功,對(duì) B車(chē)不做 功 【 例 12】 以下說(shuō)法正確的是( ) A摩擦力可以對(duì)物體做正功 B摩擦力可以使物體 的速度發(fā)生變化,但對(duì)物體不做功 C作用力與反作用力做功一定相等 D一對(duì)平衡 力做功之和為零 解析: A摩擦力可以對(duì)物體做正功,只要摩擦力的 方向與物體運(yùn)動(dòng)方向相同,摩擦力
24、就做正功摩擦力 可以改變物體的速度,對(duì)物體有一個(gè)沖量作用,但物 體在力的方向上沒(méi)有位移,因而不做功,如隨圓板一 起轉(zhuǎn)動(dòng)的物體由此可以認(rèn)識(shí)到:力對(duì)物體有沖量, 但不一定對(duì)物體做功,相反只要力對(duì)物體做功,一定 會(huì)有沖量又可進(jìn)一步認(rèn)識(shí):力使物體動(dòng)量發(fā)生變化, 其動(dòng)能不一定變化;但力使物體動(dòng)能發(fā)生變化時(shí),其 動(dòng)量一定發(fā)生變化 c作用力與反作用力做功不一 定相等,如一炸彈炸成質(zhì)量為 m與 2 m的兩塊,根據(jù) 動(dòng)量守恒 mv1=2mv2, 則 v1=2v2,作用力和反作用力 做功為 W1=m(2v2)2與 W2=mv22,所以不相等。可 認(rèn)識(shí)到:作用力和反作用力產(chǎn)生的沖量總是大小相等, 但做功可能不相等 D一對(duì)平衡力合力為零,所以 二力合力做功為零答案: ABD 練習(xí) 9. 下列說(shuō)法正確的是: ( ) (A)一對(duì)摩擦力做的總功,有可能是一負(fù)值,有可能 是零; (B)物體在合外力作用下做變速運(yùn)動(dòng),動(dòng)能一定變化; (C)當(dāng)作用力作正功時(shí),反作用力一定做負(fù)功; (D)當(dāng)作用力不作功時(shí),反作用力一定也不作功; (E)合外力對(duì)物體做功等于零,物體一定是做勻速直 線運(yùn)動(dòng) . A
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