高考物理一輪總復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能及其守恒定律 第16講 機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用課件

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1、機(jī) 械 能 及 其 守 恒 定 律第 五 章第 16講 機(jī) 械 能 守 恒 定 律 及 其 應(yīng) 用 考 綱 要 求 考 情 分 析 命 題 趨 勢(shì)1.機(jī) 械 能 守 恒 的 判 斷方 法 2 單 個(gè) 物 體 機(jī) 械 能守 恒 3 多 個(gè) 物 體 的 機(jī) 械能 守 恒 2016全 國(guó) 卷 ,24 2015全 國(guó) 卷 , 212014福 建 卷 , 18 2014全 國(guó) 卷 ,152013全 國(guó) 卷 ,20 機(jī) 械 能 守 恒 定 律 是 力 學(xué) 的重 要 規(guī) 律 之 一 , 高 考 常 考 查 驗(yàn)證 機(jī) 械 能 守 恒 定 律 的 實(shí) 驗(yàn) , 要深 刻 理 解 機(jī) 械 能 守 恒 定 律 的 條

2、件 , 會(huì) 應(yīng) 用 機(jī) 械 能 守 恒 定 律 求解 力 學(xué) 的 綜 合 問 題 欄 目 導(dǎo) 航 板 塊 一板 塊 二板 塊 三 板 塊 四 1 重 力 做 功 與 重 力 勢(shì) 能 的 關(guān) 系 (1)重 力 做 功 的 特 點(diǎn) 重 力 做 功 與 _無(wú) 關(guān) , 只 與 始 末 位 置 的 _有關(guān) 重 力 做 功 不 引 起 物 體 _的 變 化 考 點(diǎn) 機(jī) 械 能 守 恒 定 律 及 其 應(yīng) 用路 徑 高 度 差 機(jī) 械 能 (2)重 力 勢(shì) 能 表 達(dá) 式 : Ep _. 重 力 勢(shì) 能 的 特 點(diǎn) 重 力 勢(shì) 能 是 物 體 和 _所 共 有 的 , 重 力 勢(shì) 能 的 大 小 與參 考

3、平 面 的 選 取 _, 但 重 力 勢(shì) 能 的 變 化 與 參 考 平 面的 選 取 _. (3)重 力 做 功 與 重 力 勢(shì) 能 變 化 的 關(guān) 系 定 性 關(guān) 系 : 重 力 對(duì) 物 體 做 正 功 , 重 力 勢(shì) 能 _; 重力 對(duì) 物 體 做 負(fù) 功 , 重 力 勢(shì) 能 _; 定 量 關(guān) 系 : 重 力 對(duì) 物 體 做 的 功 等 于 物 體 重 力 勢(shì) 能 的 減 小量 即 W G _ _. m gh地 球 有 關(guān) 無(wú) 關(guān) 減 小 增 大 (Ep2 Ep1) Ep 2 彈 性 勢(shì) 能 (1)定 義 : 發(fā) 生 _的 物 體 之 間 , 由 于 有 彈 力 的 相 互作 用 而 具

4、 有 的 勢(shì) 能 (2)彈 力 做 功 與 彈 性 勢(shì) 能 變 化 的 關(guān) 系 : 彈 力 做 正 功 , 彈 性 勢(shì)能 _; 彈 力 做 負(fù) 功 , 彈 性 勢(shì) 能 _.即 W_. 3 機(jī) 械 能 守 恒 定 律 及 其 應(yīng) 用 (1)內(nèi) 容 在 只 有 _或 _做 功 的 物 體 系 統(tǒng) 內(nèi) , 動(dòng) 能 與 勢(shì) 能可 以 相 互 轉(zhuǎn) 化 , 而 總 的 機(jī) 械 能 _. (2)守 恒 條 件 只 有 _做 功 彈 性 形 變 減 小 增 加 Ep 重 力 彈 力 保 持 不 變 重 力 或 系 統(tǒng) 內(nèi) 彈 力 1 請(qǐng) 判 斷 下 列 表 述 是 否 正 確 , 對(duì) 不 正 確 的 表 述

5、, 請(qǐng) 說 明 原因 (1)被 舉 到 高 處 的 物 體 重 力 勢(shì) 能 可 以 為 零 ( ) (2)克 服 重 力 做 功 , 物 體 的 重 力 勢(shì) 能 一 定 增 加 ( ) (3)發(fā) 生 彈 性 形 變 的 物 體 都 具 有 彈 性 勢(shì) 能 ( ) (4)彈 簧 彈 力 做 正 功 時(shí) , 彈 性 勢(shì) 能 增 加 ( ) 解 析 :彈簧彈力做正功時(shí),彈性勢(shì)能減少 (5)物 體 在 速 度 增 大 時(shí) , 其 機(jī) 械 能 可 能 在 減 小 ( ) (6)物 體 所 受 合 外 力 為 零 時(shí) , 機(jī) 械 能 一 定 守 恒 ( ) 解 析 :物體所受合外力為零時(shí),運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不會(huì)發(fā)生

6、變化,故動(dòng)能一定不變,但機(jī)械能不一定守恒 (7)物 體 受 到 摩 擦 力 作 用 時(shí) , 機(jī) 械 能 一 定 要 變 化 ( ) 解 析 :物體受摩擦力的作用時(shí),機(jī)械能可能不變例如物體在水平拉力的作用下沿水平粗糙地面勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),其機(jī)械能不變 (8)在 只 有 重 力 、 彈 力 做 功 的 物 體 系 統(tǒng) 內(nèi) , 只 發(fā) 生 動(dòng) 能 和 勢(shì)能 的 相 互 轉(zhuǎn) 化 , 物 體 的 機(jī) 械 能 一 定 守 恒 ( ) 1 機(jī) 械 能 守 恒 的 條 件 : 只 有 重 力 或 系 統(tǒng) 內(nèi) 的 彈 力 做 功 2 機(jī) 械 能 守 恒 的 判 斷 方 法 : (1)從 機(jī) 械 能 的 定 義 直 接

7、 判 斷 : 若 物 體 動(dòng) 能 、 勢(shì) 能 均 不 變 ,機(jī) 械 能 不 變 若 一 個(gè) 物 體 動(dòng) 能 不 變 , 重 力 勢(shì) 能 變 化 , 或 重 力勢(shì) 能 不 變 , 動(dòng) 能 變 化 或 動(dòng) 能 和 重 力 勢(shì) 能 同 時(shí) 增 加 (或 減 小 ),其 機(jī) 械 能 一 定 變 化 一 機(jī) 械 能 守 恒 的 判 斷 方 法 (2)用 做 功 判 斷 : 若 物 體 或 系 統(tǒng) 只 有 重 力 (或 彈簧 的 彈 力 )做 功 , 雖 受 其 他 外 力 , 但 其 他 外 力不 做 功 , 則 機(jī) 械 能 守 恒 (3)用 能 量 轉(zhuǎn) 化 來(lái) 判 斷 : 若 物 體 系 統(tǒng) 中 只

8、有 動(dòng)能 和 勢(shì) 能 的 相 互 轉(zhuǎn) 化 而 無(wú) 機(jī) 械 能 與 其 他 形 式的 能 的 轉(zhuǎn) 化 , 則 物 體 系 統(tǒng) 的 機(jī) 械 能 守 恒 1機(jī)械能守恒的條件絕不是合外力的功等于零,更不是合外力為零;“只有重力做功”不等于“只受重力作用” 2分析機(jī)械能是否守恒時(shí),必須明確要研究的系統(tǒng) 例 1(多選)如 圖 所 示 , 重 力 為 10 N的 滑 塊 (可 視 為 質(zhì) 點(diǎn) )在 傾角 為 30 的 光 滑 斜 面 上 , 從 a點(diǎn) 由 靜 止 下 滑 , 到 b點(diǎn) 接 觸 到 一個(gè) 輕 彈 簧 , 滑 塊 壓 縮 彈 簧 到 c點(diǎn) 開 始 彈 回 , 返 回 b點(diǎn) 離 開 彈 簧 ,最

9、后 又 回 到 a點(diǎn) , 已 知 ab 1 m, bc 0.2 m, 那 么 在 整 個(gè) 過程 中 ( ) A 滑 塊 動(dòng) 能 的 最 大 值 是 6 J B 彈 簧 彈 性 勢(shì) 能 的 最 大 值 是 6 J C 從 c到 b彈 簧 的 彈 力 對(duì) 滑 塊 做 的 功 是 6 J D 整 個(gè) 過 程 系 統(tǒng) 機(jī) 械 能 守 恒BCD 解 析 :滑塊和彈簧組成的系統(tǒng),在滑塊的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中,只發(fā)生動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能之間的相互轉(zhuǎn)化,系統(tǒng)的機(jī)械能守恒,選項(xiàng)D正確;滑塊從a到c重力勢(shì)能減少了mglsin 306 J,全部轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢(shì)能,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確;從c到b彈簧恢復(fù)原長(zhǎng),通過彈

10、簧的彈力對(duì)滑塊做功,將6 J的彈性勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為滑塊的機(jī)械能,選項(xiàng)C正確 1 用 守 恒 的 觀 點(diǎn) 表 示 , 即 物 體 在 初 狀 態(tài) 的 機(jī) 械 能 等 于 末 狀態(tài) 的 機(jī) 械 能 , 表 達(dá) 式 為 Ek1 Ep1 Ek2 Ep2或 E1 E2. 2 用 轉(zhuǎn) 化 的 觀 點(diǎn) 表 示 , 即 物 體 減 少 (增 加 )的 勢(shì) 能 等 于 增 加(減 少 )的 動(dòng) 能 , 表 達(dá) 式 為 Ep Ek.二 單 個(gè) 物 體 機(jī) 械 能 守 恒 定 律 的 應(yīng) 用 機(jī) 械 能 守 恒 定 律 的 應(yīng) 用 技 巧 (1)機(jī)械能守恒定律是一種“能能轉(zhuǎn)化”關(guān)系,其守恒是有條件的因此,應(yīng)用時(shí)首先要

11、對(duì)研究對(duì)象在所研究的過程中機(jī)械能是否守恒做出判斷 (2)如果系統(tǒng)(除地球外)只有一個(gè)物體,用守恒觀點(diǎn)列方程較方便;對(duì)于由兩個(gè)或兩個(gè)以上物體組成的系統(tǒng),用轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的觀點(diǎn)列方程較簡(jiǎn)便 例 2(2017遼寧撫順模擬)如 圖 所 示 , 將 一 質(zhì) 量 為 m 0.1 kg的 小 球 自 水平 平 臺(tái) 右 端 O點(diǎn) 以 初 速 度 v0水 平 拋 出 , 小 球 飛 離 平 臺(tái) 后 由 A點(diǎn) 沿 切 線 落 入豎 直 光 滑 圓 軌 道 ABC, 并 沿 軌 道 恰 好 通 過 最 高 點(diǎn) C, 圓 軌 道 ABC的 形 狀為 半 徑 R 2.5 m的 圈 截 去 了 左 上 角 127 的 圓 弧

12、 , CB為 其 豎 直 直 徑 (sin 53 0.8, cos 53 0.6, 重 力 加 速 度 g取 10 m/s2, 空 氣 阻 力 不 計(jì) ), 求 : (1)小 球 經(jīng) 過 C點(diǎn) 速 度 v c的 大 小 ; (2)小 球 運(yùn) 動(dòng) 到 軌 道 最 低 點(diǎn) B時(shí) 軌 道 對(duì) 小 球 的 支 持 力 大 小 ; (3)平 臺(tái) 末 端 O點(diǎn) 到 A點(diǎn) 的 豎 直 高 度 H. 答 案 : (1)5 m/s (2)6.0 N (3)3.36 m 1 對(duì) 多 個(gè) 物 體 組 成 的 系 統(tǒng) 要 注 意 判 斷 物 體 運(yùn)動(dòng) 過 程 中 , 系 統(tǒng) 的 機(jī) 械 能 是 否 守 恒 判 斷 方

13、 法 : 看 是 否 有 其 他 形 式 的 能 與 機(jī) 械 能相 互 轉(zhuǎn) 化 三 多 個(gè) 物 體 的 機(jī) 械 能 守 恒 2 三 種 守 恒 表 達(dá) 式 的 比 較角度 公 式 意 義 注 意 事 項(xiàng)守恒觀點(diǎn) Ek1 Ep1Ek2 Ep2 系 統(tǒng) 的 初 狀 態(tài) 機(jī) 械 能 的 總和 與 末 狀 態(tài) 機(jī) 械 能 的 總 和相 等 初 、 末 狀 態(tài) 必 須 用 同 一 零勢(shì) 能 面 計(jì) 算 勢(shì) 能轉(zhuǎn)化觀點(diǎn) E k Ep 系 統(tǒng) 減 少 (或 增 加 )的 重 力勢(shì) 能 等 于 系 統(tǒng) 增 加 (或 減少 )的 動(dòng) 能 應(yīng) 用 時(shí) 關(guān) 鍵 在 于 分 清 重 力勢(shì) 能 的 增 加 量 和 減

14、少 量 ,可 不 選 零 勢(shì) 能 面 而 直 接 計(jì)算 初 、 末 狀 態(tài) 的 勢(shì) 能 差轉(zhuǎn)移觀點(diǎn) EA增 EB減 若 系 統(tǒng) 由 A、 B兩 物 體 組成 , 則 A物 體 機(jī) 械 能 的 增加 量 與 B物 體 機(jī) 械 能 的 減少 量 相 等 常 用 于 解 決 兩 個(gè) 或 多 個(gè) 物體 組 成 的 系 統(tǒng) 的 機(jī) 械 能 守恒 問 題 多 物 體 機(jī) 械 能 守 恒 問 題 (1)多物體機(jī)械能守恒問題的分析方法對(duì)多個(gè)物體組成的系統(tǒng)要注意判斷物體運(yùn)動(dòng)過程中,系統(tǒng)的機(jī)械能是否守恒;注意尋找用繩或桿相連接的物體間的速度關(guān)系和位移關(guān)系;列機(jī)械能守恒方程時(shí),一般選用EkEp的形式 (2)多物體機(jī)

15、械能守恒問題的三點(diǎn)注意正確選取研究對(duì)象;合理選取物理過程;正確選取機(jī)械能守恒定律常用的表達(dá)形式列式求解 例 3(2016黃岡中學(xué)三模)有 一 個(gè) 固 定 的 光 滑 直 桿 , 該 直 桿與 水 平 面 的 夾 角 為 53 , 桿 上 套 著 一 個(gè) 質(zhì) 量 為 m 2 kg的 滑塊 (可 視 為 質(zhì) 點(diǎn) ) (1)如 圖 甲 所 示 , 滑 塊 從 O點(diǎn) 由 靜 止 釋 放 , 下 滑 了 位 移 x 1 m后 到 達(dá) P點(diǎn) , 求 滑 塊 此 時(shí) 的 速 率 思 維 導(dǎo) 引 用繩將兩物塊系住后,系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒;兩物體的位移大小相等嗎??jī)晌矬w速度大小相等嗎?滑塊向下滑的終極狀態(tài)是什么?

16、 (3)如圖所示設(shè)M上升的最大高度為HM,則有 (HML)2(xmx)2(Lsin 53)2由系統(tǒng)機(jī)械能守恒得:mgxmsin 53MgHM0可求得:xm6.127 m 答 案 : (1)4 m/s (2)5 m/s (3)6.127 m 對(duì) 繩 索 、 鏈 條 之 類 的 問 題 , 由 于 在 考 查 過 程中 其 常 發(fā) 生 形 變 , 其 重 心 位 置 對(duì) 物 體 來(lái) 說 并不 是 固 定 不 變 的 , 能 否 正 確 確 定 重 心 的 位 置 ,是 解 決 該 類 問 題 的 關(guān) 鍵 , 一 般 情 況 下 常 分 段考 慮 各 部 分 的 勢(shì) 能 , 并 用 各 部 分 勢(shì)

17、能 之 和 作為 系 統(tǒng) 總 的 重 力 勢(shì) 能 , 至 于 參 考 平 面 , 可 任意 選 取 , 但 以 系 統(tǒng) 初 、 末 狀 態(tài) 重 力 勢(shì) 能 便 于表 示 為 宜 四 繩 索 、 鏈 條 類 機(jī) 械 能 守 恒 問 題 例 4如 圖 所 示 , 有 一 條 長(zhǎng) 為 L的 均 勻 金 屬 鏈 條 , 一 半 長(zhǎng) 度 在 光滑 斜 面 上 , 斜 面 傾 角 為 , 另 一 半 長(zhǎng) 度 沿 豎 直 方 向 下 垂 在 空 中 ,當(dāng) 鏈 條 從 靜 止 開 始 釋 放 后 滑 動(dòng) , 求 鏈 條 剛 好 從 右 側(cè) 全 部 滑 出 斜面 時(shí) 的 速 度 是 多 大 ? 思 維 導(dǎo) 引

18、研究對(duì)象:鏈條隱含條件:釋放后的鏈條,豎直方向的一半向下運(yùn)動(dòng),放在斜面上的一半向上運(yùn)動(dòng),由于豎直部分越來(lái)越多,所以鏈條做的是變加速運(yùn)動(dòng),不能用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的公式去解思路分析:因?yàn)樾泵婀饣詸C(jī)械能守恒,鏈條得到的動(dòng)能應(yīng)是由重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化來(lái)的,重力勢(shì)能的變化可以用重心的位置確定,要注意釋放時(shí)的重力勢(shì)能可分左右兩段考慮,然后再求和 1 (2017江蘇常州模擬)如 圖 所 示 , 斜 劈 劈 尖 頂 著 豎 直 墻 壁靜 止 于 水 平 面 上 , 現(xiàn) 將 一 小 球 從 圖 示 位 置 靜 止 釋 放 , 不 計(jì) 一切 摩 擦 , 則 在 小 球 從 釋 放 到 落 至 地 面 的 過 程 中

19、, 下 列 說 法 正確 的 是 ( ) A 斜 劈 對(duì) 小 球 的 彈 力 不 做 功 B 斜 劈 與 小 球 組 成 的 系 統(tǒng) 機(jī) 械 能 守 恒 C 斜 劈 的 機(jī) 械 能 守 恒 D 小 球 重 力 勢(shì) 能 減 少 量 等 于 斜 劈 動(dòng) 能 的 增 加 量 解 析 :不計(jì)一切摩擦,小球下滑時(shí),小球和斜劈組成的系統(tǒng)只有小球的重力做功,系統(tǒng)機(jī)械能守恒,B正確,C、D錯(cuò)誤;斜劈對(duì)小球的彈力與小球位移間夾角大于90,故彈力做負(fù)功,A錯(cuò)誤B B 3(2017北京海淀模擬)如 圖 甲 所 示 , 豎 直 平 面 內(nèi) 的 光 滑 軌道 由 傾 斜 直 軌 道 AB和 圓 軌 道 BCD組 成 ,

20、 AB和 BCD相 切 于 B點(diǎn) ,CD連 線 是 圓 軌 道 豎 直 方 向 的 直 徑 (C、 D為 圓 軌 道 的 最 低 點(diǎn)和 最 高 點(diǎn) ), 已 知 BOC 30 .可 視 為 質(zhì) 點(diǎn) 的 小 滑 塊 從 軌 道AB上 高 H處 的 某 點(diǎn) 由 靜 止 滑 下 , 用 力 傳 感 器 測(cè) 出 滑 塊 經(jīng) 過 圓軌 道 最 高 點(diǎn) D時(shí) 對(duì) 軌 道 的 壓 力 為 F, 并 得 到 如 圖 乙 所 示 的 壓力 F與 高 H的 關(guān) 系 圖 象 , 取 g 10 m/s2.求 : (1)滑 塊 的 質(zhì) 量 和 圓 軌 道 的 半 徑 (2)是 否 存 在 某 個(gè) H值 , 使 得 滑

21、塊 經(jīng) 過 最 高 點(diǎn) D后 能 直 接 落 到直 軌 道 AB上 與 圓 心 等 高 的 點(diǎn) 若 存 在 , 請(qǐng) 求 出 H值 , 若 不 存在 , 請(qǐng) 說 明 理 由 答 案 : (1)0.1 kg 0.2 m (2)存 在 0.6 m 例 1(12分)如 圖 所 示 , 在 長(zhǎng) 為 L的 輕 桿 中 點(diǎn) A和 端 點(diǎn) B各 固 定一 質(zhì) 量 均 為 m的 小 球 , 桿 可 繞 O軸 無(wú) 摩 擦 地 轉(zhuǎn) 動(dòng) , 使 桿 從 水平 位 置 無(wú) 初 速 度 釋 放 擺 下 求 當(dāng) 桿 轉(zhuǎn) 到 豎 直 位 置 時(shí) , 輕 桿 對(duì)A、 B兩 球 分 別 做 了 多 少 功 ? 答 題 送 檢 來(lái)

22、 自 閱 卷名 師 報(bào) 告錯(cuò)誤 致 錯(cuò) 原 因 扣分(1) 錯(cuò) 誤 地 認(rèn) 為 桿 的 彈 力 方 向 總 是 沿桿 的 方 向 用 桿 連 接 一 個(gè) 物 體 繞桿 的 一 個(gè) 端 點(diǎn) 繞 桿 轉(zhuǎn) 動(dòng) 時(shí) , 桿 對(duì)物 體 的 彈 力 方 向 始 終 與 物 體 運(yùn) 動(dòng)方 向 垂 直 ; 而 在 桿 連 接 兩 物 體 繞桿 的 一 個(gè) 端 點(diǎn) 轉(zhuǎn) 動(dòng) 時(shí) , 由 于 兩 物體 獨(dú) 自 繞 桿 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) 的 快 慢 不 同 ,會(huì) 導(dǎo) 致 桿 對(duì) 物 體 產(chǎn) 生 垂 直 桿 的 側(cè)向 分 力 . 12 規(guī) 范 答 題 答 案 0.2 mgL(12分) 1 (多選)如 圖 所 示 , 長(zhǎng) 度

23、相 同 的 三 根 輕 桿 構(gòu) 成 一 個(gè) 正 三 角 形 支 架 在 A處 固 定 質(zhì) 量 為 2m的 小 球 , B處 固 定 質(zhì) 量 為 m的 小 球 , 支 架 懸 掛 在 O點(diǎn) , 可繞 與 支 架 所 在 平 面 相 垂 直 的 固 定 軸 轉(zhuǎn) 動(dòng) 開 始 時(shí) OB與 地 面 相 垂 直 放手 后 開 始 運(yùn) 動(dòng) , 在 不 計(jì) 任 何 阻 力 的 情 況 下 , 下 列 說 法 正 確 的 是 ( ) A A球 到 達(dá) 最 低 點(diǎn) 時(shí) 速 度 為 零 B A球 機(jī) 械 能 的 減 少 量 等 于 B球 機(jī) 械 能 的 增 加 量 C B球 向 左 擺 動(dòng) 所 能 到 達(dá) 的 最

24、高 位 置 應(yīng) 高 于 A球 開 始 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) 的 高 度 D 當(dāng) 支 架 從 左 向 右 回 擺 時(shí) , A球 一 定 能 回 到 起 始 高 度 BCD 2 (2017江蘇蘇州模擬)光 滑 的 長(zhǎng) 軌 道 形 狀 如 圖 所 示 , 下 部 為 半 圓 形 ,半 徑 為 R, 固 定 在 豎 直 平 面 內(nèi) 質(zhì) 量 分 別 為 m、 2m的 兩 小 環(huán) A、 B用 長(zhǎng) 為R的 輕 桿 連 接 在 一 起 , 套 在 軌 道 上 , A環(huán) 距 軌 道 底 部 高 為 2R.現(xiàn) 將 A、 B兩環(huán) 從 圖 示 位 置 靜 止 釋 放 重 力 加 速 度 為 g.求 : (1)運(yùn) 動(dòng) 過 程 中 A環(huán) 距 軌 道 最 低 點(diǎn) 的 最 大 高 度 ; (2)若 僅 將 桿 長(zhǎng) 換 成 2R, 其 他 條 件 不 變 , 求 運(yùn) 動(dòng) 過 程 中 A環(huán) 距 軌 道 最 低 點(diǎn) 的 最 大 高 度 課 時(shí) 達(dá) 標(biāo)

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