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專題13:分子動理論、氣體、熱力學(xué)考點01分子動理論內(nèi)能 1考點02固體液體氣體分子的運動特點 4考點03熱力學(xué)定律 8考點04氣體實驗定律和理想氣體的狀態(tài)方程 12考點01分子動理論內(nèi)能【考點詮釋】一、突破三個重點1.微觀量的估算(1)油膜法估算分子直徑:d=eq\f(V,S)V為純油酸體積,S為單分子油膜面積。(2)分子總數(shù):N=nNA=eq\f(m,Mm)·NA=eq\f(V,Vm)NA。[注意]對氣體而言,N≠eq\f(V,V個)。(3)兩種模型:球模型:V=eq\f(4,3)πR3(適用于估算液體、固體分子直徑)立方體模型:V=a3(適用于估算氣體分子間距)2.分子熱運動的實驗基礎(chǔ):擴散現(xiàn)象和布朗運動現(xiàn)象擴散現(xiàn)象布朗運動熱運動活動主體分子微小固體顆粒分子區(qū)別分子的運動,發(fā)生在固體、液體、氣體之間比分子大得多的微粒的運動,只能在液體、氣體中發(fā)生分子的運動,不能通過光學(xué)顯微鏡直接觀察到共同點①都是無規(guī)則運動;②都隨溫度的升高而更加激烈聯(lián)系擴散現(xiàn)象、布朗運動都反映無規(guī)則的熱運動3.物體的內(nèi)能(1)等于物體中所有分子的熱運動動能與分子勢能的總和,是狀態(tài)量。(2)對于給定的物體,其內(nèi)能大小由物體的溫度和體積決定。(3)物體的內(nèi)能與物體的位置高低、運動速度大小無關(guān)。二、掌握兩個關(guān)系(1)分子力與分子間距的關(guān)系、分子勢能與分子間距的關(guān)系。(2)分子力做功與分子勢能變化的關(guān)系。阿伏加德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀與微觀的橋梁,掌握宏觀與微觀的聯(lián)系?!镜淅?】(2021福建泉州模擬)[多選]PM2.5是指空氣中直徑等于或小于2.5微米的懸浮顆粒物,其漂浮在空中做無規(guī)則運動,很難自然沉降到地面,吸入后對人體形成危害。礦物燃料燃燒的排放是形成PM2.5的主要原因。下列關(guān)于PM2.5的說法中正確的是()A.PM2.5的尺寸與空氣中氧分子尺寸的數(shù)量級相當B.PM2.5在空氣中的運動屬于布朗運動C.溫度越低,PM2.5運動越劇烈D.倡導(dǎo)低碳生活減少煤和石油等燃料的使用能有效減小PM2.5在空氣中的濃度E.PM2.5中顆粒小一些的,其顆粒的運動比其他顆粒更為劇烈【變式1-1】(2021·北京卷)分子力SKIPIF1<0隨分子間距離SKIPIF1<0的變化如圖所示。將兩分子從相距SKIPIF1<0處釋放,僅考慮這兩個分于間的作用,下列說法正確的是()A.從SKIPIF1<0到SKIPIF1<0分子間引力、斥力都在減小B.從SKIPIF1<0到SKIPIF1<0分子力的大小先減小后增大C.從SKIPIF1<0到SKIPIF1<0分子勢能先減小后增大D.從SKIPIF1<0到SKIPIF1<0分子動能先增大后減小【變式1-2】(多選)關(guān)于物體的內(nèi)能和機械能,下列說法正確的是()A.把物體緩慢舉高,其機械能增加,內(nèi)能不變B.盛有氣體的容器做加速運動時,容器中氣體的內(nèi)能必定會隨之增大,容器的機械能一定增大C.電流通過電阻后電阻發(fā)熱,它的內(nèi)能增加是通過“做功”方式實現(xiàn)的D.物體的機械能可以為零,但是內(nèi)能不可能為零E.靜止容器中的冰熔化為水后,其機械能不變,內(nèi)能增大【變式1-3】分子間作用力F與分子間距r的關(guān)系如圖所示,r=r1時,F(xiàn)=0。分子間勢能由r決定,規(guī)定兩分子相距無窮遠時分子間的勢能為零。若一分子固定于原點O,另一分子從距O點很遠處向O點運動,在兩分子間距減小到r2的過程中,勢能_____(填“減小“不變”或“增大”);在間距由r2減小到r1的過程中,勢能_____(填“減小”“不變”或“增大”);在間距等于r1處,勢能_____(填“大于”“等于”或“小于”)零??键c02固體液體氣體分子的運動特點【考點詮釋】1.固體和液體(1)晶體和非晶體。比較晶體非晶體單晶體多晶體形狀規(guī)則不規(guī)則不規(guī)則熔點固定固定不固定特性各向異性各向同性各向同性(2)液晶是一種特殊的物質(zhì)狀態(tài),所處的狀態(tài)介于固態(tài)和液態(tài)之間。液晶具有流動性,在光學(xué)、電學(xué)物理性質(zhì)上表現(xiàn)出各向異性。(3)液體的表面張力使液體表面具有收縮到最小的趨勢,表面張力的方向跟液面相切。2.氣體分子運動特點3.對氣體壓強的理解(1)氣體對容器壁的壓強是氣體分子頻繁碰撞的結(jié)果,溫度越高,氣體分子數(shù)密度越大,氣體對容器壁因碰撞而產(chǎn)生的壓強就越大。(2)地球表面大氣壓強可認為是由于大氣重力產(chǎn)生的?!镜淅?】(2021·廣東卷)在高空飛行的客機上某乘客喝完一瓶礦泉水后,把瓶蓋擰緊。下飛機后發(fā)現(xiàn)礦泉水瓶變癟了,機場地面溫度與高空客艙內(nèi)溫度相同。由此可判斷,高空客艙內(nèi)的氣體壓強______(選填“大于”、“小于”或“等于”)機場地面大氣壓強:從高空客艙到機場地面,礦泉水瓶內(nèi)氣體的分子平均動能______(選填“變大”、“變小”或“不變”)?!咀兪?-1】(2021·河北卷)兩個內(nèi)壁光滑、完全相同的絕熱汽缸A、B,汽缸內(nèi)用輕質(zhì)絕熱活塞封閉完全相同的理想氣體,如圖1所示,現(xiàn)向活塞上表面緩慢倒入細沙,若A中細沙的質(zhì)量大于B中細沙的質(zhì)量,重新平衡后,汽缸A內(nèi)氣體的內(nèi)能______(填“大于”“小于”或“等于”)汽缸B內(nèi)氣體的內(nèi)能,圖2為重新平衡后A、B汽缸中氣體分子速率分布圖像,其中曲線______(填圖像中曲線標號)表示汽缸B中氣體分子的速率分布規(guī)律?!咀兪?-2】(2021·全國卷)如圖,一定量的理想氣體經(jīng)歷的兩個不同過程,分別由體積-溫度(V-t)圖上的兩條直線I和Ⅱ表示,V1和V2分別為兩直線與縱軸交點的縱坐標;t0為它們的延長線與橫軸交點的橫坐標,t0是它們的延長線與橫軸交點的橫坐標,t0=-273.15℃;a、b為直線I上的一點。由圖可知,氣體在狀態(tài)a和b的壓強之比SKIPIF1<0=___________;氣體在狀態(tài)b和c的壓強之比SKIPIF1<0=___________?!咀兪?-3】玻璃的出現(xiàn)和使用在人類生活里已有四千多年的歷史,它是一種非晶體。下列關(guān)于玻璃的說法正確的有()A.沒有固定的熔點B.天然具有規(guī)則的幾何形狀C.沿不同方向的導(dǎo)熱性能相同D.分子在空間上周期性排列【變式2-4】如圖所示,一定量的理想氣體從狀態(tài)A開始,經(jīng)歷兩個過程,先后到達狀態(tài)B和C。有關(guān)A、B和C三個狀態(tài)溫度SKIPIF1<0和SKIPIF1<0的關(guān)系,正確的是()A.SKIPIF1<0 B.SKIPIF1<0C.SKIPIF1<0 D.SKIPIF1<0【變式2-5】(2021·湖南卷)小贊同學(xué)設(shè)計了一個用電子天平測量環(huán)境溫度的實驗裝置,如圖所示。導(dǎo)熱汽缸開口向上并固定在桌面上,用質(zhì)量SKIPIF1<0、截面積SKIPIF1<0的活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體,活塞與汽缸壁間無摩擦。一輕質(zhì)直桿中心置于固定支點SKIPIF1<0上,左端用不可伸長的細繩豎直懸掛活塞,右端用相同細繩豎直懸掛一個質(zhì)量SKIPIF1<0的鐵塊,并將鐵塊放置到電子天平上。當電子天平示數(shù)為SKIPIF1<0時,測得環(huán)境溫度SKIPIF1<0。設(shè)外界大氣壓強SKIPIF1<0,重力加速度SKIPIF1<0。(1)當電子天平示數(shù)為SKIPIF1<0時,環(huán)境溫度SKIPIF1<0為多少?(2)該裝置可測量的最高環(huán)境溫度SKIPIF1<0為多少?考點03熱力學(xué)定律【考點詮釋】1.對熱力學(xué)定律的理解(1)對熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W的理解①ΔU僅由溫度決定,升溫時為正,降溫時為負;②W僅由體積決定,壓縮時為正,膨脹時為負;③Q由ΔU和W共同決定。(2)對熱力學(xué)第二定律的理解熱量可以由低溫物體傳遞到高溫物體,也可以從單一熱源吸收熱量全部轉(zhuǎn)化為功,但不引起其他變化是不可能的。2.對熱力學(xué)第一定律的考查有定性判斷和定量計算兩種方式(1)定性判斷利用題中的條件和符號法則對W、Q、ΔU中的其中兩個量做出準確的符號判斷,然后利用ΔU=W+Q對第三個量做出判斷。(2)定量計算一般計算等壓變化過程的功,即W=p·ΔV,然后結(jié)合其他條件,利用ΔU=W+Q進行相關(guān)計算。3.能量守恒定律(1)內(nèi)容:能量既不會憑空產(chǎn)生,也不會憑空消失,它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,或者是從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中,能量的總量保持不變。(2)條件性:能量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律,某一種形式的能量是否守恒是有條件的。(3)第一類永動機是不可能制成的,它違背了能量守恒定律。【典例3】(2021江蘇卷)如圖所示,一定質(zhì)量理想氣體被活塞封閉在氣缸中,活塞的面積為S,與氣缸底部相距L,氣缸和活塞絕熱性能良好,氣體的壓強、溫度與外界大氣相同,分別為SKIPIF1<0和SKIPIF1<0?,F(xiàn)接通電熱絲加熱氣體,一段時間后斷開,活塞緩慢向右移動距離L后停止,活塞與氣缸間的滑動摩擦為f,最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,整個過程中氣體吸收的熱量為Q,求該過程中(1)內(nèi)能的增加量SKIPIF1<0;(2)最終溫度T。
【變式3-1】(2021·山東卷)如圖所示,密封的礦泉水瓶中,距瓶口越近水的溫度越高。一開口向下、導(dǎo)熱良好的小瓶置于礦泉水瓶中,小瓶中封閉一段空氣。擠壓礦泉水瓶,小瓶下沉到底部;松開后,小瓶緩慢上浮,上浮過程中,小瓶內(nèi)氣體()A.內(nèi)能減少 B.對外界做正功C.增加的內(nèi)能大于吸收的熱量 D.增加的內(nèi)能等于吸收的熱量【變式3-2】(2021·全國卷)下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)換過程的敘述,違背熱力學(xué)第一定律的有_______,不違背熱力學(xué)第一定律、但違背熱力學(xué)第二定律的有_______。(填正確答案標號)A.汽車通過燃燒汽油獲得動力并向空氣中散熱B.冷水倒入保溫杯后,冷水和杯子的溫度都變得更低C.某新型熱機工作時將從高溫熱源吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為功,而不產(chǎn)生其他影響D.冰箱的制冷機工作時從箱內(nèi)低溫環(huán)境中提取熱量散發(fā)到溫度較高的室內(nèi)【變式3-3】(2021·天津卷)水槍是孩子們喜愛的玩具,常見的氣壓式水槍儲水罐示意如圖。從儲水罐充氣口充入氣體,達到一定壓強后,關(guān)閉充氣口??蹌影鈾C將閥門M打開,水即從槍口噴出。若在不斷噴出的過程中,罐內(nèi)氣體溫度始終保持不變,則氣體()A.壓強變大 B.對外界做功C.對外界放熱 D.分子平均動能變大考點4氣體實驗定律和理想氣體的狀態(tài)方程【考點詮釋】1.氣體壓強的計算(1)力平衡法:選取與氣體接觸的液柱(或活塞)為研究對象進行受力分析,得到液柱(或活塞)的受力平衡方程,求得氣體的壓強。(2)等壓面法:在連通器中,同一種液體(中間不間斷)同一深度處壓強相等,液體內(nèi)深h處的總壓強p=p0+ρgh,p0為液面上方的大氣壓強。說明:固體密封的氣體一般用力平衡法,液柱密封的氣體一般用等壓面法。2.氣體實驗定律玻意耳定律:p1V1=p2V2查理定律:eq\f(p1,T1)=eq\f(p2,T2)或eq\f(p1,p2)=eq\f(T1,T2)蓋—呂薩克定律:eq\f(V1,T1)=eq\f(V2,T2)或eq\f(V1,V2)=eq\f(T1,T2)3.理想氣體的狀態(tài)方程(1)理想氣體是指在任何條件下始終遵守氣體實驗定律的氣體,一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只和溫度有關(guān)。(2)狀態(tài)方程:eq\f(p1V1,T1)=eq\f(p2V2,T2)或eq\f(pV,T)=C。4.應(yīng)用氣體實驗定律的三個重點環(huán)節(jié)(1)正確選擇研究對象:對于變質(zhì)量問題要研究質(zhì)量不變的部分;對于多部分氣體問題,要對各部分獨立研究,各部分之間一般通過壓強(液柱或活塞的受力)找聯(lián)系。(2)列出各狀態(tài)的參量:氣體在初、末狀態(tài),往往會有兩個(或三個)參量發(fā)生變化,把這些狀態(tài)參量羅列出來能夠比較準確、快速的找到規(guī)律。(3)認清變化過程:準確分析變化過程以便正確選用氣體實驗定律?!镜淅?】(2021·全國卷)如圖,一定量的理想氣體從狀態(tài)SKIPIF1<0經(jīng)熱力學(xué)過程SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0后又回到狀態(tài)a。對于SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0三個過程,下列說法正確的是()A.SKIPIF1<0過程中,氣體始終吸熱B.SKIPIF1<0過程中,氣體始終放熱C.SKIPIF1<0過程中,氣體對外界做功D.SKIPIF1<0過程中,氣體的溫度先降低后升高E.SKIPIF1<0過程中,氣體的溫度先升高后降低【變式4-1】(2021湖南)如圖,兩端開口、下端連通的導(dǎo)熱汽缸,用兩個輕質(zhì)絕熱活塞(截面積分別為SKIPIF1<0和SKIPIF1<0)封閉一定質(zhì)量的理想氣體,活塞與汽缸壁間無摩擦。在左端活塞上緩慢加細沙,活塞從SKIPIF1<0下降SKIPIF1<0高度到SKIPIF1<0位置時,活塞上細沙的總質(zhì)量為SKIPIF1<0。在此過程中,用外力SKIPIF1<0作用在右端活塞上,使活塞位置始終不變。整個過程環(huán)境溫度和大氣壓強SKIPIF1<0保持不變,系統(tǒng)始終處于平衡狀態(tài),重力加速度為SKIPIF1<0。下列說法正確的是()A.整個過程,外力SKIPIF1<0做功大于0,小于SKIPIF1<0B.整個過程,理想氣體的分子平均動能保持不變C.整個過程,理想氣體的內(nèi)能增大D.整個過程,理想氣體向外界釋放的熱量小于SKIPIF1<0E.左端活塞到達SKIPIF1<0位置時,外力SKIPIF1<0等于SKIPIF1<01、(2022·山東卷·T5)如圖所示,內(nèi)壁光滑的絕熱氣缸內(nèi)用絕熱活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體,初始時氣缸開口向上放置,活塞處于靜止狀態(tài),將氣缸緩慢轉(zhuǎn)動SKIPIF1<0過程中,缸內(nèi)氣體()A.內(nèi)能增加,外界對氣體做正功B.內(nèi)能減小,所有分子熱運動速率都減小C.溫度降低,速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例減少D.溫度升高,速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)比例增加2、(2022·全國乙卷·T33(1))一定量的理想氣體從狀態(tài)a經(jīng)狀態(tài)b變化狀態(tài)c,其過程如SKIPIF1<0圖上的兩條線段所示,則氣體在()A.狀態(tài)a處壓強大于狀態(tài)c處的壓強B.由a變化到b的過程中,氣體對外做功C.由b變化到c的過程中,氣體的壓強不變D.由a變化到b的過程中,氣體從外界吸熱E.由a變化到b的過程中,從外界吸收的熱量等于其增加的內(nèi)能3、(2022·全國甲卷·T33(1))一定量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b,其過程如SKIPIF1<0圖上從a到b的線段所示。在此過程中()A.氣體一直對外做功B.氣體的內(nèi)能一直增加C.氣體一直從外界吸熱D.氣體吸收的熱量等于其對外做的功E.氣體吸收的熱量等于其內(nèi)能的增加量4、(2022·湖南卷·T15(1))利用“渦流效應(yīng)”可實現(xiàn)冷熱氣體的分離。如圖,一冷熱氣體分離裝置由噴嘴、渦流室、環(huán)形管、分離擋板和冷熱兩端管等構(gòu)成。高壓氮氣由噴嘴切向流入渦流室中,然后以螺旋方式在環(huán)形管中向右旋轉(zhuǎn)前進,分子熱運動速率較小的氣體分子將聚集到環(huán)形管中心部位,而分子熱運動速率較大的氣體分子將聚集到環(huán)形管邊緣部位。氣流到達分離擋板處時,中心部位氣流與分離擋板碰撞后反向,從A端流出,邊緣部位氣流從B端流出。下列說法正確的是()A.A端為冷端,B端為熱端B.A端流出的氣體分子熱運動平均速率一定小于B端流出的C.A端流出的氣體內(nèi)能一定大于B端流出的D.該裝置氣體進出過程滿足能量守恒定律,但違背了熱力學(xué)第二定律E.該裝置氣體進出的過程既滿足能量守恒定律,也滿足熱力學(xué)第二定律5、(2022·湖北·T3)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)a變?yōu)闋顟B(tài)c,其過程如p—V圖中a→c直線段所示,狀態(tài)b對應(yīng)該線段的中點。下列說法正確的是()A.a→b是等溫過程B.a→b過程中氣體吸熱C.a→c過程中狀態(tài)b的溫度最低D.a→c過程中外界對氣體做正功1、(2021·北京市昌平區(qū)二模)下列與熱現(xiàn)象有關(guān)的說法中,正確的是()A.布朗運動是液體分子無規(guī)則運動B.擴散現(xiàn)象說明分子在永不停息地做無規(guī)則運動C.兩個分子間距離減小時,分子間的引力減小,斥力增大D.壓縮氣體時氣體會表現(xiàn)出抗拒壓縮的力是由于氣體分子間存在斥力的緣故2、(2021·北京市海淀區(qū)期末)關(guān)于分子動理論,下列說法正確的是()A.圖甲“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗中,應(yīng)先滴油酸酒精溶液,再撒痱子粉B.圖乙為水中炭粒運動位置的連線圖,連線表示炭粒做布朗運動的軌跡C.圖丙為分子力與分子間距的關(guān)系圖,分子間距從SKIPIF1<0增大時,分子力先變小后變大D.圖丁為大量氣體分子熱運動的速率分布圖,曲線②對應(yīng)的溫度較高3、(2021·河北省實驗中學(xué)高三下學(xué)期調(diào)研)下列說法正確的是()A.沸水中的胡椒粉不斷翻滾,說明溫度越高布朗運動越激烈B.冰熔化成水的過程中,水分子的平均動能不變,分子勢能增大C.水銀不能浸潤玻璃,是因為附著層內(nèi)的液體分子間的作用表現(xiàn)為引力而收縮D.熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體4、(2021·北京市朝陽區(qū)二模)關(guān)于氣體壓強的說法,下列選項正確的是()A.氣體對容器的壓強源于氣體分子的熱運動B.氣體對容器的壓強源于氣體分子受到重力作用C.氣體分子密集程度增大,氣體壓強一定增大D.氣體分子平均動能增大,氣體壓強一定增大5、(2021·安徽省蕪湖市高三質(zhì)檢)下列說法正確的是()A.布朗運動是液體分子的無規(guī)則運動B.在合適的條件下,某些晶體可以轉(zhuǎn)化為非晶體,某些非晶體也可以轉(zhuǎn)化為晶體C.相互間達到熱平衡的兩物體的內(nèi)能一定相等D.一定質(zhì)量的某種理想氣體在等壓膨脹過程中,內(nèi)能一定增加E.下雨時發(fā)現(xiàn),雨水流過車窗時留有水跡,說明水對玻璃是浸潤的6.(1)用油膜法估算分子大小的實驗中,首先需將純油酸稀釋成一定濃度的油酸酒精溶液,稀釋的目的是______________________________。實驗中為了測量出一滴已知濃度的油酸酒精溶液中純油酸的體積,可以______________________________________________________。為得到油酸分子的直徑,還需測量的物理量是________________________________。(2)如圖,一粗細均勻的細管開口向上豎直放置,管內(nèi)有一段高度為2.0cm的水銀柱,水銀柱下密封了一定量的理想氣體,水銀柱上表面到管口的距離為2.0cm。若將細管倒置,水銀柱下表面恰好位于管口處,且無水銀滴落,管內(nèi)氣體溫度與環(huán)境溫度相同。已知大氣壓強為76cmHg,環(huán)境溫度為296K。①求細管的長度;②若在倒置前,緩慢加熱管內(nèi)被密封的氣體,直到水銀柱的上表面恰好與管口平齊為止,求此時密封氣體的溫度。7.(1)(多選)如圖,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始,經(jīng)歷過程①、②、③、④到達狀態(tài)e。對此氣體,下列說法正確的是________。A.過程①中氣體的壓強逐漸減小B.過程②中氣體對外界做正功C.過程④中氣體從外界吸收了熱量D.狀態(tài)c、d的內(nèi)能相等E.狀態(tài)d的壓強比狀態(tài)b的壓強小(2)如圖,容積為V的汽缸由導(dǎo)熱材料制成,面積為S的活塞將汽缸分成容積相等的上下兩部分,汽缸上部通過細管與裝有某種液體的容器相連,細管上有一閥門K。開始時,K關(guān)閉,汽缸內(nèi)上下兩部分氣體的壓強均為p0?,F(xiàn)將K打開,容器內(nèi)的液體緩慢地流入汽缸,當流入的液體體積為eq\f(V,8)時,將K關(guān)閉,活塞平衡時其下方氣體的體積減小了eq\f(V,6)。不計活塞的質(zhì)量和體積,外界溫度保持不變,重力加速度大小為g。求流入汽缸內(nèi)液體的質(zhì)量。8.(1)(多選)氧氣分子在0℃和100℃溫度下單位速率間隔的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比隨氣體分子速率的變化分別如圖中兩條曲線所示。下列說法正確的是________。A.圖中兩條曲線下面積相等B.圖中虛線對應(yīng)于氧氣分子平均動能較小的情形C.圖中實線對應(yīng)于氧氣分子在100℃時的情形D.圖中曲線給出了任意速率區(qū)間的氧氣分子數(shù)目E.與0℃時相比,100℃時氧氣分子速率出現(xiàn)在0~400m/s區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比較大(2)如圖,容
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