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動(dòng)力學(xué)臨界問題第一頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日1如圖所示,水平面上兩物體m1、m2經(jīng)一細(xì)繩相連,在水平力F的作用下處于靜止?fàn)顟B(tài),則連結(jié)兩物體繩中的張力可能為()A.零 B.F/2 C.F D.大于F[答案]ABC第二頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日

[解析]當(dāng)m2與平面間的摩擦力與F平衡時(shí),繩中的張力為零,所以A對;當(dāng)m2與平面間的最大靜摩擦力等于F/2時(shí),則繩中張力為F/2,所以B對,當(dāng)m2與平面間沒有摩擦力時(shí),則繩中張力為F,所以C對,繩中張力不會大于F,因而D錯(cuò).第三頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日2如圖所示質(zhì)量為3㎏的球A用兩根不可伸長的輕質(zhì)細(xì)線BA、BC連接在豎直墻上,AC垂直于墻,現(xiàn)在給A施加一個(gè)力F,圖中的θ角均為60○,要使兩條細(xì)線都能繃直且A保持靜止,求F的大小應(yīng)滿足的條件。取g=10m/s2第四頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日例題分析與解答研究球A畫出A的受力示意圖。選擇圖示的坐標(biāo),X方向Fcosθ=Tbcosθ+TcY方向Fsinθ+Tbsinθ=mg再根據(jù)細(xì)線繃直的臨界條件,若Tb=0,Fmax=20Tc=0,Fmin=10N.所以F的取值范圍為第五頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日第六頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日第七頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日第八頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日第九頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日第十頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日1剛好相對滑動(dòng)的臨界條件是靜摩擦力達(dá)到最大值,即f靜=fm。注:此時(shí)加速度仍相等。動(dòng)力學(xué)中臨界、極值第十一頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日1.(2009·西安模擬)如圖所示,在光滑水平面上疊放著A、B兩物體,已知mA=6kg、mB=2kg,A、B間動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2,在物體A上系一細(xì)線,細(xì)線所能承受的最大拉力是20N,現(xiàn)水平向右拉細(xì)線,g取10m/s2,則 ()A.當(dāng)拉力F<12N時(shí),A靜止不動(dòng)B.當(dāng)拉力F>12N時(shí),A相對B滑動(dòng)C.當(dāng)拉力F=16N時(shí),B受A的摩擦力等于4ND.無論拉力F多大,A相對B始終靜止CD第十二頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日解析

設(shè)A、B共同運(yùn)動(dòng)時(shí)的最大加速度為amax,最大拉力為Fmax

對B:μmAg=mBamax

amax==6m/s2對A、B:Fmax=(mA+mB)amax=48N當(dāng)F<Fmax=48N時(shí),A、B相對靜止.因?yàn)榈孛婀饣?故A錯(cuò),當(dāng)F大于12N而小于48N時(shí),A相對

B靜止,B錯(cuò).當(dāng)F=16N時(shí),其加速度a=2m/s2.對B:f=4N,故C對.因?yàn)榧?xì)線的最大拉力為20N,所以A、B總是相對靜止,D對.答案CD第十三頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日第十四頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日第十五頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日2.相互接觸的兩物體脫離的臨界條件----相互作用的彈力為零。即N=0,此時(shí)速度v、加速度a相同。3、繩子松弛的臨界條件是繩中張力為零,即T=0。第十六頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日3.如圖所示,在光滑的水平面上放著緊靠在一起的A、B兩物體,B的質(zhì)量是A的2倍,B受到向右的恒力FB=2N,A受到的水平力FA=(9-2t)N(t單位是s).從t=0開始計(jì)時(shí),則 (

)A.A物體在3s末時(shí)刻的加速度是初始時(shí)刻的倍B.t>4s后,B物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)C.t=4.5s時(shí),A物體的速度為零D.t>4.5s后,A、B的加速度方向相反A、B、D第十七頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日4.一個(gè)質(zhì)量為m的小球B,用兩根等長的細(xì)繩1、2分別固定在車廂的A、C兩點(diǎn),已知兩繩拉直時(shí),如圖所示,兩繩與車廂前壁的夾角均為45°.試求:(1)當(dāng)車以加速度a1= g向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)1、2兩繩的拉力.(2)當(dāng)車以加速度a2=2g向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),1、2兩繩的拉力.第十八頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日【解析】當(dāng)細(xì)繩2剛好拉直而無張力時(shí),車的加速度為向左的a0,由牛頓第二定律得,F(xiàn)1cos45°=mgF1sin45°=ma0可得:a0=g第十九頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日(2)因a2=2g>a0,故細(xì)繩1、2均張緊,設(shè)拉力分別為F12,F(xiàn)22,由牛頓第二定律得:F12cos45°=F22cos45°+mgF12sin45°+F22sin45°=ma2可解得:F12= mgF22= mg.第二十頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日5.如圖所示,傾角為α的光滑斜面體上有一個(gè)小球m被平行于斜面的細(xì)繩系于斜面上,斜面體放在水平面上.(1)要使小球?qū)π泵鏌o壓力,求斜面體運(yùn)動(dòng)的加速度范圍,并說明其方向.(2)要使小球?qū)?xì)繩無拉力,求斜面體運(yùn)動(dòng)的加速度范圍,并說明其方向.(3)若已知α=60°,m=2kg,當(dāng)斜面體以a=10m/s2向右做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí),繩對小球拉力多大?(g取10m/s2)第二十一頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日

解析為確定小球?qū)π泵鏌o壓力或?qū)?xì)繩無拉力時(shí)斜面體的加速度,應(yīng)先考慮小球?qū)π泵婊蚣?xì)繩的彈力剛好為零時(shí)的受力情況,再求出相應(yīng)加速度.取小球、細(xì)繩和斜面體這個(gè)整體為研究對象,分析整體的受力情況,再確定斜面體的加速度范圍.(1)球?qū)π泵鎰偤脽o壓力時(shí),細(xì)繩與斜面平行,小球只受重力mg和細(xì)繩拉力T的作用,如右圖所示.正交分解T,由牛頓第二定律得Tsinα-mg=0Tcosα=ma0解出a0=g·cotα所以在斜面向右運(yùn)動(dòng)的加速度a≥a0=g·cotα?xí)r,小球?qū)π泵鏌o壓力.第二十二頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日(2)當(dāng)球?qū)?xì)繩剛好無拉力時(shí),小球只

受重力mg和斜面支持力N,如右圖所示.正交分解N后,可知N的豎直分力與重

力平衡,N的水平分力使m向左加速運(yùn)動(dòng).N·cosα=mgN·sinα=ma0解出a0=g·tanα所以在球?qū)?xì)繩無拉力作用時(shí),若要使球與斜面體以相同的加速度運(yùn)動(dòng),則斜面體必須以a=a0=g·tanα向左加速運(yùn)動(dòng);如果斜面體向左運(yùn)動(dòng)的加速度a>a0,則小球會相對斜面向右上方滑動(dòng),但要注意,若球能滑到細(xì)繩懸點(diǎn)上方,細(xì)繩會對球再次產(chǎn)生拉力作用.第二十三頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日(3)由(1)可知,球?qū)π泵媲『脽o壓力時(shí),a0=g·cot60°=×10m/s2,而題設(shè)條件a=10m/s2>a0,因此,這時(shí)小球?qū)π泵鏌o壓力,且球飛離斜面,如右圖所示.將細(xì)繩拉力T正交分解得Tsinθ-mg=0Tcosθ=ma解出小球所受細(xì)繩拉力T=mg=20N,拉力方向與水平方向夾角θ=45°.

答案(1)a≥gcotα方向向右(2)a=gtanα方向向左(3)20N,與水平方向成45°角返回第二十四頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日例1:一彈簧秤的秤盤質(zhì)量m1=1.5kg,盤內(nèi)放一質(zhì)量為m2=10.5kg的物體P,彈簧質(zhì)量不計(jì),其勁度系數(shù)為k=800N/m,系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài),如圖9所示?,F(xiàn)給P施加一個(gè)豎直向上的力F,使P從靜止開始向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng),已知在最初0.2s內(nèi)F是變化的,在0.2s后是恒定的,求F的最大值和最小值各是多少?(g=10m/s2)F圖9彈簧中臨界、極值問題第二十五頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日[解析]依題意,0.2s后P離開了托盤,0.2s時(shí)托盤支持力恰為零,此時(shí)加速度為:a=(F大-mg)/m①(式中F大為F的最大值)此時(shí)M的加速度也為a.a=(kx-Mg)/M ②所以kx=M(g+a) ③原來靜止時(shí),壓縮量設(shè)為x0,則:kx0=(m+M)g④而x0-x=at2/2 ⑤第二十六頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日典型例題剖析由③、④、⑤有:即mg-Ma=0.02aka=mg/(M+0.02k)=6m/s2⑥⑥代入①:Fmax=m(a+g)=10.5(6+10)N=168NF最大值為168N.剛起動(dòng)時(shí)F為最小,對物體與秤盤這一整體應(yīng)用牛頓第二定律得

F小+kx0-(m+M)g=(m+M)a ⑦④代入⑦有:Fmin=(m+M)a=72NF最小值為72N.[答案]

72N168N第二十七頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日例3、如圖示,傾角30°的光滑斜面上,并排放著質(zhì)量分別是mA=10kg和mB=2kg的A、B兩物塊,一個(gè)勁度系數(shù)k=400N/m的輕彈簧一端與物塊B相連,另一端與固定擋板相連,整個(gè)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài),現(xiàn)對A施加一沿斜面向上的力F,使物塊A沿斜面向上作勻加速運(yùn)動(dòng),已知力F在前0.2s內(nèi)為變力,0.2s后為恒力,g取10m/s2,求F的最大值和最小值。30°ABFx1解:開始靜止時(shí)彈簧壓縮x1x1=(m1+m2)gsinα/k=0.15m0.2s末A、B即將分離,A、B間無作用力,對B物塊:ABx2Fkx2-m2gsinα=m2a⑴x1-x2=1/2at2⑵解得x2=0.05ma=5m/s2第二十八頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日30°ABFt=0時(shí),F(xiàn)最小,對AB整體Fmin=(m1+m2)a=60Nt=0.2s時(shí),F(xiàn)最大,對A物塊:Fmax-m1g

sinα=m1aFmax=m1g

sinα+m1a=100N第二十九頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日如圖3-6-3所示,在傾角為q的光滑斜面上端系有一勁度系數(shù)為k的彈簧,彈簧下端連一個(gè)質(zhì)量為m的小球,球被一垂直斜面的擋板A擋住,此時(shí)彈簧沒有形變,若A以加速度a(a<gsinq)沿斜面向下勻加速運(yùn)動(dòng),求:(1)從擋板開始運(yùn)動(dòng)到球板分離所經(jīng)歷的時(shí)間t;(2)從擋板開始運(yùn)動(dòng)到小球速度最大時(shí),球的位移x.2.臨界狀態(tài)分析圖3-6-3第三十頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日

解析:(1)設(shè)球與擋板分離時(shí)位移為s,經(jīng)歷的時(shí)間為t,從開始運(yùn)動(dòng)到分離過程中,m受豎直向下的重力,垂直斜面向上的支持力FN,沿斜面向上的擋板支持力FN1和彈簧彈力f,據(jù)牛頓第二定律有方程:mgsinq-f-FN1=ma,f=kx第三十一頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日第三十二頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日

點(diǎn)評:臨界與極值問題關(guān)鍵在于臨界條件的分析,許多臨界問題,題干中常用“恰好”、“最大”、“至少”、“不相撞”、“不脫離”等詞語對臨界狀態(tài)給出了明確的暗示,審題時(shí),一定要抓住這些特定的詞語發(fā)掘其內(nèi)含規(guī)律,找出臨界條件.第三十三頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日例4如圖9所示,一勁度系數(shù)為k=800N/m的輕彈簧兩端各焊接著兩個(gè)質(zhì)量均為m=12kg的物體A、B。物體A、B和輕彈簧豎立靜止在水平地面上,現(xiàn)要加一豎直向上的力F在上面物體A上,使物體A開始向上做勻加速運(yùn)動(dòng),經(jīng)0.4s物體B剛要離開地面,設(shè)整個(gè)過程中彈簧都處于彈性限度內(nèi),g=10m/s2,求此過程中所加外力F的最大值和最小值。ABF圖9第三十四頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日思考:1何時(shí)分離時(shí)?2分離時(shí)物體是否處于平衡態(tài)。彈簧是否處于原長?3.如何求從開始到分離的位移?4.盤對物體的支持力如何變化。F圖9第三十五頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日解:A原來靜止時(shí):kx1=mg①當(dāng)物體A開始做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí),拉力F最小,設(shè)為F1,對物體A有:F1+kx1-mg=ma②當(dāng)物體B剛要離開地面時(shí),拉力F最大,設(shè)為F2,對物體A有:F2-kx2-mg=ma③對物體B有:kx2=mg④

對物體A有:x1+x2=⑤由①、④兩式解得a=3.75m/s2,分別由②、③得F1=45N,F(xiàn)2=285NABF圖9第三十六頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日練習(xí)5:A、B兩木塊疊放在豎直的輕彈簧上,如圖3(a)所示。已知木塊A、B的質(zhì)量,輕彈簧的勁度系數(shù)k=100N/m,若在木塊A上作用一個(gè)豎直向上的力F,使A由靜止開始以的加速度豎直向上作勻加速運(yùn)動(dòng)(g取10m/s2)使木塊A豎直向上做勻加速運(yùn)動(dòng)的過程中,力F的最小值和最大值各為多少?FAB第三十七頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日例6:如圖所示,輕彈簧上端固定,下端連接著重物(質(zhì)量為m).先由托板M托住m,使彈簧比自然長度縮短L,然后由靜止開始以加速度a勻加速向下運(yùn)動(dòng)。已知a<g,彈簧勁度系數(shù)為k,求經(jīng)過多長時(shí)間托板M將與m分開?mMa第三十八頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日根據(jù)牛頓第二定律,得:mg-kx=max=m(g-a)/k由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式:L+x=at2/24.彈簧上的彈力由斥力變?yōu)槔Φ呐R界條件為彈力為零等第三十九頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日10.在一正方形小盒內(nèi)裝一小圓球,盒與球一起沿傾角為θ的光滑斜面下滑,如圖所示.若不計(jì)摩擦,當(dāng)θ角增大時(shí),下滑過程圓球?qū)Ψ胶星氨趬毫皩Ψ胶械酌娴膲毫⑷绾巫兓? ()A.N′變小,N變小 B.N′變小,N為零C.N′變小,N變大 D.N′不變,N變大

解析

系統(tǒng)(球和小盒)在垂直于斜面方向無加速度,該方向合外力為零.對小球有:N′=mgcosθ,故當(dāng)θ增大時(shí),N′變小.在平行于斜面方向的加速度a=gsinθ,在該方向物體處于“完全失重”狀態(tài),所以小球?qū)π『星氨诘膲毫始終為零,與θ大小無關(guān).B第四十頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日如:1.相互擠壓的物體脫離的臨界條件是壓力減為零;2.存在摩擦的物體產(chǎn)生相對滑動(dòng)的臨界條件是靜摩擦力取最大靜摩擦力,3.彈簧上的彈力由斥力變?yōu)槔Φ呐R界條件為彈力為零4.繩連接體臨界條件伸直與松馳臨界條件是張力為零,拉斷臨界條件是張力為最大等。第四十一頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日如圖所示,質(zhì)量M=4kg的木板長L=1.4m,靜止在光滑水平面上,其上面右端靜止一質(zhì)量m=1kg的小滑塊(可看作質(zhì)點(diǎn)),滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.4,先用一水平恒力F=28N向右拉木板,要使滑塊從木板上恰好滑下來,力F至少應(yīng)作用多長時(shí)間(g=10m/s2)?板塊中臨界、極值問題第四十二頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日物體m加速度am=μg=4m/s2木板加速度F撤去前作用了時(shí)間t,則vm=amt,vM=aMt以后m仍以am加速,M以aM′減速,第四十三頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日過時(shí)間t′兩者等速

vm+amt′=vM-aM′t′=v′代入得t′時(shí)間內(nèi)位移(xM+xM′)-(xm+xm′)=L,得得t=1s第四十四頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日

點(diǎn)評:有時(shí),有些臨界問題中并不顯含常見的“臨界術(shù)語”,但審題時(shí)發(fā)現(xiàn)某個(gè)物理量在變化過程中會發(fā)生突變,則該物理量突變時(shí)物體所處的狀態(tài)即為臨界狀態(tài).臨界問題通常具有一定的隱蔽性,解題靈活性較大,審題時(shí)應(yīng)力圖還原習(xí)題的物理情景,抓住臨界狀態(tài)的特征,找到正確的解題方向.第四十五頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日014.山東泰安市07年第一輪質(zhì)量檢測12

12.如圖所示,質(zhì)量為M,長度為L的長木板放在水平桌面上,木板右端放有一質(zhì)量為m長度可忽略的小木塊,木塊與木板之間、木板與桌面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ。開始時(shí)木塊、木板均靜止,某時(shí)刻起給木板施加一大小為F方向水平向右的恒定拉力,若最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力。

(1)要把長木板從小木塊下拉出,拉力F應(yīng)滿足的條件;(2)若拉力F=5μ(m+M)g,求從開始運(yùn)動(dòng)到木板從小木塊下拉出經(jīng)歷的時(shí)間。

MmF第四十六頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日解:(1)要把M從m下拉出,則m與M之間發(fā)生了相對滑動(dòng),故對m對M∵a2>a1(2)在此過程中,木塊與木板各做勻加速運(yùn)動(dòng)木塊的位移木板的位移S2-S1=L整理得第四十七頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日016.山東省壽光現(xiàn)代一中07—08學(xué)年度第二次考試1515.質(zhì)量M=3kg的長木板放在水平光滑的平面上,在水平恒力F=11N作用下由靜止開始向右運(yùn)動(dòng),如圖所示,當(dāng)速度達(dá)到1m/s時(shí),將質(zhì)量m=4kg的物體輕輕放到木板的右端,已知物塊與木板間摩擦因數(shù)μ=0.2,(g=10m/s2)求:(1)物體經(jīng)多長時(shí)間才與木板保持相對靜止;(2)物塊與木板相對靜止后,物塊受到的摩擦力多大?

F第四十八頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日解:(1)放上物體后,物體加速度板的加速度當(dāng)兩物體達(dá)速度相等后保持相對靜止,故∴t=1秒(2)相對靜止后,對整體對物體第四十九頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日016.山東省壽光現(xiàn)代一中07—08學(xué)年度第二次考試1616.海豚靠尾部來推動(dòng)下部的水,能夠從水中高高躍起,被譽(yù)為“會飛的魚”,一身長L1=1.8m,質(zhì)量m=65kg的海豚,躍起后從h1=1.0m的高度處自由落下,尾部接觸水面后經(jīng)過時(shí)間t=0.25s身體速度降為零。緊接著尾部用力F拍打水面,又向上躍起h2=0.5m,假定上升、下降兩個(gè)階段尾部與水面的作用力分別都是恒力,求上升階段尾部與水面的作用力F。(取g=10m/s2)

第五十頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日解:自由下落1.0m的末速度在減速時(shí)間為0.25s的勻減速階段,重心下落的高度豎直向上躍起的速度離開水面之前上升的加速度設(shè)尾部與水面的作用力F,由牛頓第二定律有:F-mg=ma=65×(10+8.93)N=1230N解得第五十一頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日017.山東鄒平一中07-08高三第一次月考1717.如圖所示,原來靜止在水平面上的長紙帶上放有一個(gè)質(zhì)量為m的小金屬塊A。金屬塊離紙帶左端距離為d,與紙帶間動(dòng)摩擦因數(shù)為?,F(xiàn)用力向右將紙帶從金屬塊下面抽出,設(shè)紙帶的加速過程極短,可認(rèn)為一開始抽動(dòng)紙帶就做勻速運(yùn)動(dòng)。求:(1)金屬塊剛開始運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的摩擦力大小和方向。(2)為了能把紙帶從金屬塊下面抽出,紙帶的速度v應(yīng)滿足什么條件?

dvA第五十二頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日解:(1)摩擦力大小為:方向與抽紙帶的方向相同,向右。(2)根據(jù)牛頓第二定律得到金屬塊的加速度:金屬塊的對地位移:紙帶對地的位移:為了抽出,位移應(yīng)滿足以下方程聯(lián)立以上各式,解得:即紙帶抽出的速度第五十三頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日021.華南師大附中207—208學(xué)年度綜合測試(二)1010.在光滑的水平面上,放著兩塊長度相同,質(zhì)量分別為M1和M2的木板,在兩木板的左端各放一個(gè)大小、形狀、質(zhì)量完全相同的物塊,如圖所示。開始時(shí),各物均靜止。今在兩物塊上各作用一水平恒力F1、F2,當(dāng)物塊與木板分離時(shí),兩木板的速度分別為v1和v2。物塊與兩木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同。下列說法正確的是 () A.若F1=F2,M1>M2,則v1>v2 B.若F1=F2,M1<M2,則v1>v2 C.若F1>F2,M1=M2,則v1>v2 D.若F1<F2,M1=M2,則v1>v2F1M1F2M2BD解見下頁第五十四頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日解:對m,由牛頓第二定律FMvMSdFMm對M,由牛頓第二定律若F1=F2,M小則vM大,即若M1<M2,則v1>v2,

B對若M1=M2,F(xiàn)小則vM大,即若F1<F2,則v1>v2,

D對第五十五頁,共六十三頁,編輯于2023年,星期日如圖3-6-6所示,已知物塊A、B的質(zhì)量分別為m1、m2,A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ1,A與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ2,在水平力F的推動(dòng)下,要使A、B一起運(yùn)動(dòng)而

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