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4.1牛頓第肯定律[目標(biāo)定位]1.知道伽利略的抱負(fù)試驗(yàn)及其推理過程,知道抱負(fù)試驗(yàn)是科學(xué)爭(zhēng)辯的重要方法.2.理解牛頓第肯定律的內(nèi)容及意義.3.明確慣性的概念,會(huì)解釋有關(guān)的慣性現(xiàn)象.一、抱負(fù)試驗(yàn)的魅力1.亞里士多德認(rèn)為:必需有力作用在物體上,物體才能運(yùn)動(dòng);沒有力的作用,物體就要靜止在一個(gè)地方.2.伽利略的抱負(fù)試驗(yàn)(1)斜面試驗(yàn):讓靜止的小球從第一個(gè)斜面滾下,沖上其次個(gè)斜面,假如沒有摩擦,小球?qū)⑸仙皆瓉磲尫艜r(shí)的高度.減小其次個(gè)斜面的傾角,小球滾動(dòng)的距離增大,當(dāng)其次個(gè)斜面放平,小球?qū)⒂谰眠\(yùn)動(dòng)下去.(2)推理結(jié)論:力不是(選“是”或者“不是”)維持物體運(yùn)動(dòng)的緣由.3.笛卡爾的觀點(diǎn):假如運(yùn)動(dòng)中的物體沒有受到力的作用,它將連續(xù)以同一速度沿同始終線運(yùn)動(dòng),既不停下來也不偏離原來的方向.想一想:伽利略的抱負(fù)試驗(yàn)揭示了什么道理?答案伽利略的試驗(yàn)揭示了力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的緣由.二、牛頓物理學(xué)的基石——慣性定律1.牛頓第肯定律:一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài),除非作用在它上面的力迫使它轉(zhuǎn)變這種狀態(tài).這就是牛頓第肯定律.2.慣性:物體具有保持原來勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)叫慣性.牛頓第肯定律也叫做慣性定律.三、慣性與質(zhì)量對(duì)于任何物體,在受到相同的力作用時(shí),打算它們運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化難易程度的唯一因素就是它們的質(zhì)量.想一想:(1)是不是只有勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止的物體才具有慣性?(2)有人說“速度越大慣性越大”“受力越小慣性越大”,對(duì)嗎?答案(1)不是;一切物體都具有慣性.物體的慣性與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān).(2)不對(duì),慣性只與質(zhì)量大小有關(guān),而與速度大小無關(guān),與受力大小也無關(guān).一、對(duì)伽利略的抱負(fù)試驗(yàn)的理解1.關(guān)于運(yùn)動(dòng)和力的兩種對(duì)立的觀點(diǎn)(1)亞里士多德的觀點(diǎn):力是維持物體運(yùn)動(dòng)的緣由.這種錯(cuò)誤的觀點(diǎn)統(tǒng)治了人們的思維近二千年.(2)伽利略的觀點(diǎn)(伽利略第一次提出):物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來維持,力是轉(zhuǎn)變物體速度的緣由.2.伽利略的抱負(fù)試驗(yàn)的意義(1)伽利略的抱負(fù)試驗(yàn)將牢靠的事實(shí)和理論思維結(jié)合起來,即接受“事實(shí)基礎(chǔ)+抽象思維+科學(xué)推論”的方法推翻了亞里士多德的觀點(diǎn),初步揭示了運(yùn)動(dòng)和力的正確關(guān)系.(2)第一次確立了物理試驗(yàn)在物理學(xué)中的地位.例1抱負(fù)試驗(yàn)有時(shí)更能深刻地反映自然規(guī)律.伽利略設(shè)計(jì)了一個(gè)如圖411所示的抱負(fù)試驗(yàn),他的設(shè)想步驟如下:圖411①減小其次個(gè)斜面的傾角,小球在這個(gè)斜面上仍舊要達(dá)到原來的高度;②兩個(gè)對(duì)接的斜面,讓靜止的小球沿一個(gè)斜面滾下,小球?qū)L上另一個(gè)斜面;③假如沒有摩擦,小球?qū)⑸仙皆瓉磲尫诺母叨?;④連續(xù)減小其次個(gè)斜面的傾角,最終使它成為水平面,小球?qū)⒀厮矫孀龀掷m(xù)的勻速運(yùn)動(dòng).請(qǐng)將上述抱負(fù)試驗(yàn)的設(shè)想步驟依據(jù)正確的挨次排列________(只要填寫序號(hào)即可).在上述的設(shè)想步驟中,有的屬于牢靠的事實(shí),有的則是抱負(fù)化的推論.下列有關(guān)事實(shí)和推論的分類正確的是________.A.①是事實(shí),②③④是推論B.②是事實(shí),①③④是推論C.③是事實(shí),①②④是推論D.④是事實(shí),①②③是推論解析本題是在牢靠事實(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的推理,將試驗(yàn)抱負(fù)化,并符合物理規(guī)律,得到正確的結(jié)論.而②是牢靠事實(shí),因此放在第一步,③①是在斜面上無摩擦的設(shè)想,最終推導(dǎo)出水平面上的抱負(fù)試驗(yàn)④.因此正確挨次是②③①④.答案②③①④B二、對(duì)牛頓第肯定律的理解1.對(duì)牛頓第肯定律的理解(1)定性說明白力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系:①力是轉(zhuǎn)變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的緣由,或者說力是產(chǎn)生加速度的緣由,而不是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的緣由.②物體不受外力時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài):勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài).(2)揭示了一切物體都具有的一種固有屬性——慣性.因此牛頓第肯定律也叫慣性定律.2.物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化即物體運(yùn)動(dòng)速度的變化,有以下三種狀況:(1)速度的方向不變,只有大小轉(zhuǎn)變.(物體做直線運(yùn)動(dòng))(2)速度的大小不變,只有方向轉(zhuǎn)變.(物體做曲線運(yùn)動(dòng))(3)速度的大小和方向同時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)變.(物體做曲線運(yùn)動(dòng))3.留意:(1)牛頓第肯定律所描述的是物體不受外力作用時(shí)的狀態(tài),與物體所受合外力為零是等效的.(2)牛頓第肯定律不是試驗(yàn)定律,它是在抱負(fù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)得出的.例2關(guān)于牛頓第肯定律的理解正確的是()A.牛頓第肯定律反映了物體不受外力的作用時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律B.不受外力作用時(shí),物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)保持不變C.在水平地面上滑動(dòng)的木塊最終停下來,是由于沒有外力維持木塊運(yùn)動(dòng)的結(jié)果D.飛跑的運(yùn)動(dòng)員,由于遇到障礙而被絆倒,這是由于他受到外力作用迫使他轉(zhuǎn)變?cè)瓉淼倪\(yùn)動(dòng)狀態(tài)解析牛頓第肯定律描述的是物體不受外力作用時(shí)的狀態(tài),即總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)不變,A、B正確;牛頓第肯定律揭示了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,力是轉(zhuǎn)變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的緣由,而不是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的緣由,在水平地面上滑動(dòng)的木塊最終停下來,是由于摩擦阻力的作用而轉(zhuǎn)變了運(yùn)動(dòng)狀態(tài),飛跑的運(yùn)動(dòng)員,遇到障礙而被絆倒,是由于他受到外力作用而轉(zhuǎn)變了運(yùn)動(dòng)狀態(tài),C錯(cuò)誤,D正確.答案ABD三、對(duì)慣性的理解1.慣性是物體的固有屬性,一切物體都具有慣性.2.質(zhì)量是慣性大小的唯一量度.質(zhì)量越大,慣性越大.3.慣性大小與物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān),與物體受力狀況以及地理位置無關(guān).4.慣性的表現(xiàn)(1)不受力時(shí),慣性表現(xiàn)為保持原來的勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài),有“惰性”的意思.(2)受力時(shí),慣性表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變的難易程度.質(zhì)量越大,慣性越大,運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難以轉(zhuǎn)變.例3關(guān)于慣性,下列說法正確的是()A.慣性是物體固有的屬性,慣性越大的物體,它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難轉(zhuǎn)變B.同一物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性大于靜止時(shí)的慣性C.“嫦娥三號(hào)”衛(wèi)星在地球上的慣性與它繞月球飛行時(shí)的慣性相同(燃料消耗忽視不計(jì))D.各種機(jī)床和發(fā)電機(jī)的底座做得很笨重,并用螺絲固定在地面上,目的是增大慣性.解析慣性是物體固有的屬性,慣性越大的物體,保持原來運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)越強(qiáng),即它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難轉(zhuǎn)變,A正確;質(zhì)量是慣性大小的唯一量度,慣性大小與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān),B錯(cuò)誤;“嫦娥三號(hào)”衛(wèi)星在地球上的慣性與它繞月球飛行時(shí)的質(zhì)量不變,慣性不變,C正確;質(zhì)量大的物體慣性大,各種機(jī)床和發(fā)電機(jī)的底座做得很笨重,目的是增大慣性,D正確.故選A、C、D.答案ACD借題發(fā)揮分析有關(guān)慣性的問題時(shí),應(yīng)留意慣性的三共性質(zhì):(1)普遍性:一切物體在任何狀況下都具有慣性;(2)無關(guān)性:慣性與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和受力狀況均無關(guān);(3)唯一性:慣性由物體的質(zhì)量唯一打算.圖412例4在勻速行駛的火車車廂內(nèi),有一人從B點(diǎn)正上方相對(duì)車廂靜止釋放一個(gè)小球,不計(jì)空氣阻力,則小球()A.可能落在A處B.肯定落在B處C.可能落在C處D.以上都有可能解析勻速行駛的火車車廂內(nèi),相對(duì)車廂靜止釋放一個(gè)小球,由于慣性,在水平方向保持與車速相同的速度,因此在下落這段時(shí)間內(nèi),水平位移相等,即落回到B點(diǎn),故選B.答案B對(duì)伽利略的抱負(fù)試驗(yàn)的理解1.伽利略的抱負(fù)斜面試驗(yàn)說明()A.亞里士多德關(guān)于運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系是正確的B.亞里士多德關(guān)于運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系是錯(cuò)誤的C.力是維持物體運(yùn)動(dòng)的緣由D.物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來維持解析伽利略的抱負(fù)試驗(yàn)中斜面放平后,小球?qū)⒂谰眠\(yùn)動(dòng)下去,說明物體的運(yùn)動(dòng)不是由力來維持的,故而推翻了亞里士多德的觀點(diǎn),B、D正確.答案BD對(duì)牛頓第肯定律的理解2.關(guān)于牛頓第肯定律,下列說法中正確的是()A.牛頓第肯定律是在伽利略“抱負(fù)試驗(yàn)”的基礎(chǔ)上總結(jié)出來的B.不受力作用的物體是不存在的,故牛頓第肯定律的建立毫無意義C.牛頓第肯定律表明,物體只有在不受外力作用時(shí)才具有慣性D.牛頓第肯定律表明,物體只有在靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)才具有慣性解析牛頓第肯定律是在伽利略“抱負(fù)試驗(yàn)”的基礎(chǔ)上經(jīng)過抽象、加工、推理后總結(jié)出來的,A正確;雖然不受力作用的物體是不存在的,但是它與受合外力為零時(shí)是等效的,故牛頓第肯定律仍有實(shí)際意義,B錯(cuò)誤;物體的慣性是物體本身的屬性,與物體是否受外力無關(guān),與物體靜止還是勻速直線運(yùn)動(dòng)無關(guān),C、D錯(cuò)誤.故選A.答案A對(duì)慣性的理解圖4133.如圖413所示,冰壺在冰面運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力很小,可以在較長時(shí)間內(nèi)保持運(yùn)動(dòng)速度的大小和方向不變,我們可以說冰壺有較強(qiáng)的抵制運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的“本事”.這里所指的“本事”是冰壺的慣性,則慣性的大小取決于()A.冰壺的速度B.冰壺的質(zhì)量C.冰壺受到的推力D.冰壺受到的阻力解析一個(gè)物體慣性的大小,與其運(yùn)動(dòng)狀態(tài),受力狀況是沒有任何關(guān)系的,衡量物體慣性大小的唯一因素是質(zhì)量,故B正確.答案B4.依據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律,以下選項(xiàng)中正確的是()A.人只有在靜止的車廂內(nèi),豎直向上高高跳起后,才會(huì)落在車廂的原來位置B.人在沿直線勻速前進(jìn)的車廂內(nèi),豎直向上高高跳起后,將落在起跳點(diǎn)的后方C.人在沿直線加速前進(jìn)的車廂內(nèi),豎直向上高高跳起后,將落在起跳點(diǎn)的后方D.人在沿直線減速前進(jìn)的車廂內(nèi),豎直向上高高跳起后,將落在起跳點(diǎn)的后方解析人起跳后,水平方向保持起跳前的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng);車速假如不變(靜止或勻速),則人和車水平方向相對(duì)靜止;車假如加速,人相對(duì)滯后,掉在后面;車假如減速,人相對(duì)超前,掉在前面.故選C.答案C(時(shí)間:60分鐘)題組一對(duì)伽利略的抱負(fù)試驗(yàn)的理解1.16世紀(jì)末,伽利略用試驗(yàn)和推理,推翻了已在歐洲流行了近兩千年的亞里士多德關(guān)于力和運(yùn)動(dòng)的理論,開頭了物理學(xué)進(jìn)展的新紀(jì)元.在以下說法中,與亞里士多德觀點(diǎn)相反的是()A.四匹馬拉的車比兩匹馬拉的車跑得快,這說明,物體受的力越大,速度就越大B.一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體,假如不再受力了,它總會(huì)漸漸停下;這說明,靜止?fàn)顟B(tài)才是物體長時(shí)間不受力時(shí)的“自然狀態(tài)”C.兩物體從同一高度自由下落,較重的物體下落較快D.一個(gè)物體維持勻速直線運(yùn)動(dòng),不需要受力解析亞里士多德的觀點(diǎn):力是使物體運(yùn)動(dòng)的緣由,有力物體就運(yùn)動(dòng),沒有力物體就停止運(yùn)動(dòng),與此觀點(diǎn)相反的選項(xiàng)是D.答案D2.關(guān)于伽利略的抱負(fù)試驗(yàn),下列說法正確的是()A.只要接觸面摩擦相當(dāng)小,物體在水平面上就能勻速運(yùn)動(dòng)下去B.這個(gè)試驗(yàn)實(shí)際上是永久無法做到的C.利用氣墊導(dǎo)軌,就能使試驗(yàn)成功D.雖然是想象中的試驗(yàn),但是它建立在牢靠的試驗(yàn)基礎(chǔ)上解析伽利略的抱負(fù)斜面試驗(yàn)反映了一種物理思想.它是建立在牢靠的事實(shí)基礎(chǔ)上的,它把試驗(yàn)和規(guī)律推理結(jié)合在一起,抓住主要因素,忽視次要因素,從而深刻地揭示了自然規(guī)律.故選B、D.答案BD3.關(guān)于力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,下列說法中正確的是()A.物體的速度不斷增大,表示物體必受外力的作用B.物體向著某個(gè)方向運(yùn)動(dòng),則在這個(gè)方向上必受力的作用C.物體的速度大小不變,則其所受的合外力必為零D.物體處于平衡狀態(tài),則該物體必不受外力作用解析當(dāng)物體速度增大時(shí),運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了變化,而力是轉(zhuǎn)變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的緣由,故物體必受外力作用,A正確;力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的緣由,所以物體向某個(gè)方向運(yùn)動(dòng),可以不在此方向上受力的作用,B錯(cuò)誤;當(dāng)物體的速度大小不變時(shí),其速度方向可能發(fā)生變化,即運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可能變化,合外力不肯定為零,C錯(cuò)誤;物體處于平衡狀態(tài)時(shí),所受合外力為零,并不是物體不受外力作用,故D錯(cuò)誤.答案A題組二對(duì)牛頓第肯定律的理解4.由牛頓第肯定律可知()A.物體的運(yùn)動(dòng)是依靠慣性來維持的B.力停止作用后,物體的運(yùn)動(dòng)就不能維持C.物體做變速運(yùn)動(dòng)時(shí),可以沒有外力作用D.力是轉(zhuǎn)變物體慣性的緣由解析依據(jù)牛頓第肯定律可得力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的緣由,而是轉(zhuǎn)變物體運(yùn)動(dòng)的緣由,A正確;慣性是物體固有的屬性,跟外界因素?zé)o關(guān),即力的存在和消逝對(duì)慣性沒有影響,D錯(cuò)誤;力停止作用后,物體將保持靜止或者勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),B錯(cuò)誤;物體做變速運(yùn)動(dòng),速度發(fā)生變化,則肯定存在外力轉(zhuǎn)變物體的運(yùn)動(dòng),C錯(cuò)誤.故選A.答案A5.做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體,假如下落過程中某時(shí)刻重力突然消逝,物體的運(yùn)動(dòng)狀況將是()A.懸浮在空中不動(dòng)B.速度漸漸減小C.保持肯定速度向下做勻速直線運(yùn)動(dòng)D.無法推斷解析物體自由下落時(shí),僅受重力作用,重力消逝以后,物體將不受力,依據(jù)牛頓第肯定律的描述,物體將以重力消逝瞬間的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng),故C正確.答案C圖4146.如圖414所示,在一輛表面光滑且足夠長的小車上,有質(zhì)量為m1和m2的兩個(gè)小球(m1>m2),兩個(gè)小球隨車一起運(yùn)動(dòng),當(dāng)車突然停止運(yùn)動(dòng)時(shí),若不考慮其他阻力,則兩個(gè)小球()A.肯定相碰B.肯定不相碰C.不肯定相碰D.無法確定解析小車表面光滑,因此小球在水平方向上沒有受到外力的作用.原來兩個(gè)小球與小車具有相同的速度,當(dāng)車突然停止運(yùn)動(dòng)時(shí),由于慣性,兩個(gè)小球的速度不變,所以不會(huì)相碰.答案B7.圖415如圖415所示,一個(gè)劈形物體A,各面均光滑,放在固定的斜面上,上表面水平,在上表面上放一光滑的小球B,劈形物體A從靜止開頭釋放,則小球在遇到斜面前的運(yùn)動(dòng)軌跡是()A.沿斜面對(duì)下的直線B.豎直向下的直線C.無規(guī)章曲線D.拋物線解析小球原來靜止時(shí)受重力和支持力作用,其合力為零.當(dāng)劈形物體A由靜止釋放,A應(yīng)沿斜面下滑,故B也將運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就要發(fā)生轉(zhuǎn)變,但由于慣性,小球原來速度為零,沒有水平或其他方向上的速度,而小球又光滑,除豎直方向可以有合力外,其他方向上沒有合力,由于力是使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變的緣由,故小球只能在豎直方向上運(yùn)動(dòng),在遇到斜面之前,運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)為一條直線,即豎直向下的直線.答案B題組三對(duì)慣性的理解和應(yīng)用8.關(guān)于慣性的理解,下列說法正確的是()A.物體含的物質(zhì)越多,慣性越大B.靜止的火車啟動(dòng)時(shí),速度變化慢,是由于靜止的物體慣性大C.在月球上舉重比在地球上簡(jiǎn)潔,所以同一物體在地球上慣性比在月球上大D.乒乓球可以快速抽殺(球接觸球板后速度很大),是由于乒乓球慣性小的原因解析質(zhì)量是指物體所含物質(zhì)的多少,而質(zhì)量是物體慣性的唯一量度,質(zhì)量越大,物體的慣性越大,慣性與物體的速度和所在地理位置無關(guān),A正確,B、C錯(cuò)誤;乒乓球可以快速抽殺(球接觸球板后速度很大),運(yùn)動(dòng)狀態(tài)很簡(jiǎn)潔轉(zhuǎn)變,由于它的質(zhì)量很小,即乒乓球慣性小的原因,D正確.答案AD9.下列說法中正確的是()A.運(yùn)動(dòng)越快的汽車越不簡(jiǎn)潔停下來,是由于汽車運(yùn)動(dòng)得越快,慣性越大B.小球由于受重力的作用而自由下落時(shí),它的慣性就不存在了C.一個(gè)小球被豎直上拋,當(dāng)拋出后能連續(xù)上升,是由于小球受到向上的推力D.物體的慣性是物體保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的一種屬性,與物體的速度大小無關(guān)解析做變速運(yùn)動(dòng)的物體速度之所以轉(zhuǎn)變是由于受到了外力,外力迫使它轉(zhuǎn)變運(yùn)動(dòng)狀態(tài),不是物體失去了慣性.答案D10.月球表面的重力加速度為地球表面的重力加速度的eq\f(1,6),同一個(gè)飛行器在月球表面上時(shí)與在地球表面上時(shí)相比較()A.慣性減小為eq\f(1,6),重力不變B.慣性和重力都減小為eq\f(1,6)C.慣性不變,重力減小為eq\f(1,6)D.慣性和重力都不變解析物體的慣性大小僅與物體的質(zhì)量有關(guān),因質(zhì)量是恒量,同一物體的質(zhì)量與它所在的位置及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān),所以這個(gè)飛行器從地球到月球,其慣性大小不變.物體的重力是個(gè)變量,這個(gè)飛行器在月球表面上的重力為G月=mg月=m·eq\f(1,6)g地=eq\f(1,6)G地.故正確選項(xiàng)為C.答案C圖41611.如圖416所示,在沿東西方向直線運(yùn)動(dòng)的小車上,放一豎直木塊,突然發(fā)覺木塊向西倒,則小車可能的運(yùn)動(dòng)狀況()A.向東做勻速運(yùn)動(dòng)B.向東做減速運(yùn)動(dòng)C.向東做加速運(yùn)動(dòng)D.向西做減速運(yùn)動(dòng)解析由牛頓第肯定律可知,木塊突然向西倒,說明小車具有向東的加速度,由力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系可知,小車可能向東加速或向西減速,所以A、B錯(cuò)誤;C、D正確.答案CD圖41712.如圖417所示,在光滑水平面上有一密閉水箱,A、
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