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高考物理易错题解题方法大全(3)相互作用与牛顿运动规律例31、一有固定斜面的小车在水平面上做直线运动,小球通过细绳与车顶相连。小球某时刻正处于图示状态。设斜面对小球的支持力为n,细绳对小球的拉力为t,关于此时刻小球的受力情况,下列说法正确的是( )a若小车向左运动,n可能为零b若小车向左运动,t可能为零c若小车向右运动,n不可能为零d若小车向右运动,t不可能为零【解析】:对小球受力分析,当n为零时,小球的合外力水平向右,加速度向右,故小车可能向右加速运动或向左减速运动,a对c错;当t为零时,小球的合外力水平向左,加速度向左,故小车可能向右减速运动或向左加速运动,b对d错。【答案】:a b【易错分析】不能正确运用临界条件简化解题思路,解题时抓住n、t为零时受力分析的临界条件,小球与车相对静止,说明小球和小车只能有水平的加速度,作为突破口。由于误认为n不可能为零;t不可能为零,所以本题易错选c和d。斜面模型是高中重要模型之一,要彻底研究斜面,对平时训练过的斜面上的问题进行汇总,比如斜面平抛问题、物体沿着斜面上滑与下滑情景、斜面上的平衡问题等,一定会有所收获。练习31、木块a和b置于光滑的水平面上它们的质量分别为。如图所示当水平力f作用于左端a上,两物体一起加速运动时,ab间的作用力大小为n1。当同样大小的力f水平作用于右端b上,两物体一起加速运动时,ab间作用力大小为n2,则( )a两次物体运动的加速度大小相等; bc d例32、如图22所示水平放置的粗糙的长木板上放置一个物体m,当用力缓慢抬起一端时,木板受到物体的压力和摩擦力将怎样变化?【错解分析】错解:以木板上的物体为研究对象。物体受重力、摩擦力、支持力。因为物体静止,则根据牛顿第二定律有错解一:据式知道增加,f增加。错解二:另有错解认为据式知增加,n减小;则f=n说明f减少。错解一和错解二都没能把木板缓慢抬起的全过程认识透。只抓住一个侧面,缺乏对物理情景的分析。若能从木块相对木板静止入手,分析出再抬高会相对滑动,就会避免错解一的错误。若想到f=n是滑动摩擦力的判据,就应考虑滑动之前怎样,也就会避免错解二。【正确解答】以物体为研究对象,如图23物体受重力、摩擦力、支持力。物体在缓慢抬起过程中先静止后滑动。静止时可以依据错解一中的解法,可知增加,静摩擦力增加。当物体在斜面上滑动时,可以同错解二中的方法,据f=n,分析n的变化,知f滑的变化。增加,滑动摩擦力减小。在整个缓慢抬起过程中y方向的方程关系不变。依据错解中式知压力一直减小。所以抬起木板的过程中,摩擦力的变化是先增加后减小。压力一直减小。练习32、如图所示,物体在水平力f作用下静止在斜面上,若稍许增大水平力f,物体仍能保持静止时,以下几种说法中正确的是( )a斜面对物体的静摩擦力及支持力一定增大;b斜面对物体的静摩擦力及支持力不一定增大;c斜面对物体的静摩擦力一定增大,支持力不一定增大;d斜面对物体的静摩擦力不一定增大,支持力一定增大。例33、如图2-9天花板上用细绳吊起两个用轻弹簧相连的两个质量相同的小球。两小球均保持静止。当突然剪断细绳时,上面小球a与下面小球b的加速度为( )aa1=g a2=gba1=2g a2=gca1=2g a2=0da1=0 a2=g【错解分析】错解:剪断细绳时,以(a+b)为研究对象,系统只受重力,所以加速度为g,所以a,b球的加速度为g。故选a。出现上述错解的原因是研究对象的选择不正确。由于剪断绳时,a,b球具有不同的加速度,不能做为整体研究。【正确解答】 分别以a,b为研究对象,做剪断前和剪断时的受力分析。剪断前a,b静止。如图2-10,a球受三个力,拉力t、重力mg和弹力f。b球受三个力,重力mg和弹簧拉力fa球:tmg-f = 0 b球:fmg = 0 由式,解得t=2mg,f=mg剪断时,a球受两个力,因为绳无弹性剪断瞬间拉力不存在,而弹簧有形米,瞬间形状不可改变,弹力还存在。如图2-11,a球受重力mg、弹簧给的弹力f。同理b球受重力mg和弹力f。a球:mgf = maa b球:fmg = mab 由式解得aa=2g(方向向下)由式解得ab= 0故c选项正确。练习33、水平面上有两个物体a和b,它们之间用轻绳连接,它们与水平面之间的滑动摩擦系数相同。在水平恒力f的作用下,a和b在水平面上作匀速直线运动,如图所示。如果在运动中绳突然断了,那么a、b的运动情况可能是aa作匀加速直线运动,b作匀减速直线运动;ba作匀加速直线运动,b处于静止;ca作匀速直线运动,b作匀减速直线运动;da作匀速直线运动,b作匀速直线运动。例34、如图212,用绳ac和bc吊起一重物,绳与竖直方向夹角分别为30和60,ac绳能承受的最大的拉力为150n,而bc绳能承受的最大的拉力为100n,求物体最大重力不能超过多少?【错解分析】错解:以重物为研究对象,重物受力如图213。由于重物静止,则有tacsin30=tbcsin60taccos30+tbccos60=g将tac=150n,tbc=100n代入式解得g=200n。以上错解的原因是学生错误地认为当tac=150n时,tbc=100n,而没有认真分析力之间的关系。实际当tbc=100n时,tbc已经超过150n。【正确解答】以重物为研究对象。重物受力如图2-13,重物静止,加速度为零。据牛顿第二定律列方程tacsin30tbcsin60= 0 taccos30+tbccos60g = 0 而当tac=150n时,tbc=86.6100n将tac=150n,tbc=86.6n代入式解得g=173.32n。所以重物的最大重力不能超过173.2n。练习34、小车在水平面上向左作直线运动,车厢内用oa、ob两细线系住小球。球的质量m=4千克。线oa与竖直方向成q=37角。如图所示。g取10米/秒2,求:(1)小车以5米/秒的速度作匀速直线运动,求oa、ob两绳的张力?(2)当小车改作匀减速直线运动,并在12.5米距离内速度降为零的过程中,oa、ob两绳张力各多大?(3)小车如何运动时,可使ob绳所受拉力开始为零?例35、如图214物体静止在斜面上,现用水平外力f推物体,在外力f由零逐渐增加的过程中,物体始终保持静止,物体所受摩擦力怎样变化?【错解分析】错解一:以斜面上的物体为研究对象,物体受力如图215,物体受重力mg,推力f,支持力n,静摩擦力f,由于推力f水平向右,所以物体有向上运动的趋势,摩擦力f的方向沿斜面向下。根据牛顿第二定律列方程f+mgsin=fcos n-fsinmgcos=0 由式可知,f增加f也增加。所以在变化过程中摩擦力是增加的。错解二:有一些同学认为摩擦力的方向沿斜面向上,则有f增加摩擦力减少。上述错解的原因是对静摩擦力认识不清,因此不能分析出在外力变化过程中摩擦力的变化。【正确解答】本题的关键在确定摩擦力方向。由于外力的变化物体在斜面上的运动趋势有所变化,如图215,当外力较小时(fcosmgsin)物体有向下的运动趋势,摩擦力的方向沿斜面向上。f增加,f减少。与错解二的情况相同。如图216,当外力较大时(fcosmgsin)物体有向上的运动趋势,摩擦力的方向沿斜面向下,外力增加,摩擦力增加。当fcos=mgsin时,摩擦力为零。所以在外力由零逐渐增加的过程中,摩擦力的变化是先减小后增加。练习35、在倾角为a的固定斜面上,叠放着质量分别为,如图所示。a、b之间摩擦系数为。a与斜面间摩擦系数为。若a、b之间没有相对滑动,而共同沿斜面下滑。则a、b之间摩擦力的值应是。例36、如图217,m和m保持相对静止,一起沿倾角为的光滑斜面下滑,则m和m间的摩擦力大小是多少?【错解分析】错解:以m为研究对象,如图218物体受重力mg、支持力n、摩擦力f,如图建立坐标有再以mn为研究对象分析受力,如图219,(mm)gsin=(mm)a据式,解得f = 0所以m与m间无摩擦力。造成错解主要是没有好的解题习惯,只是盲目的模仿,似乎解题步骤不少,但思维没有跟上。要分析摩擦力就要找接触面,摩擦力方向一定与接触面相切,这一步是堵住错误的起点。犯以上错误的客观原因是思维定势,一见斜面摩擦力就沿斜面方向。归结还是对物理过程分析不清。【正确解答】因为m和m保持相对静止,所以可以将(mm)整体视为研究对象。受力,如图219,受重力(m十m)g、支持力n如图建立坐标,根据牛顿第二定律列方程x:(m+m)gsin=(m+m)a 解得a = gsin沿斜面向下。因为要求m和m间的相互作用力,再以m为研究对象,受力如图220。根据牛顿第二定律列方程因为m,m的加速度是沿斜面方向。需将其分解为水平方向和竖直方向如图221。由式,解得f = mgsincos方向沿水平方向m受向左的摩擦力,m受向右的摩擦力。练习36、自动电梯与地面的夹角为30,当电梯沿这个方向向上作匀加速直线运动时,放在电梯平台上的箱子对平台的压力是其重力的1.2倍。如图所示。则箱子与地板面的静摩擦力是其所受重力大小的。例37、如图222质量为m,倾角为的楔形物a放在水平地面上。质量为m的b物体从楔形物的光滑斜面上由静止释放,在b物体加速下滑过程中,a物体保持静止。地面受到的压力多大?【错解分析】错解:以a,b整体为研究对象。受力如图223,因为a物体静止,所以n=g=(mm)g。由于a,b的加速度不同,所以不能将二者视为同一物体。忽视了这一点就会造成错解。【正确解答】分别以a,b物体为研究对象。a,b物体受力分别如图224a,224b。根据牛顿第二定律列运动方程,a物体静止,加速度为零。x:nlsin-f=0 y:n-mg-nlcos=0 b物体下滑的加速度为a,x:mgsin=ma y:nl-mgcos=0 由式,解得n=mgmgcos根据牛顿第三定律地面受到的压力为mg十mgcos。【小结】 在解决物体运动问题时,在选取研究对象时,若要将几个物体视为一个整体做为研究对象,应该注意这几个物体必须有相同的加速度。练习37、如图所示,两个物体中间用一个不计质量的轻杆相连。a、b两物体质量分别为,它们和斜面间的滑动摩擦系数分别为。当它们在斜面上加速下滑时,关于杆的受力情况,以下说法正确的是a若,则杆一定受到压力;b若,则杆受到压力;c若,则杆受到拉力;d只要,则杆的两端既不受拉力也没有压力。例38、如图2-30,一个弹簧台秤的秤盘质量和弹簧质量都可以不计,盘内放一个物体p处于静止。p的质量为12kg,弹簧的劲度系数k=800n/m。现给p施加一个竖直向上的力f,使p从静止开始向上做匀加速运动。已知在前0.2s内f是变化的,在0.2s以后f是恒力,则f的最小值是多少,最大值是多少?【错解分析】错解:f最大值即n = 0时,f = ma+mg=210(n)错解原因是对题所叙述的过程不理解。把平衡时的关系g = f+n,不自觉的贯穿在解题中。【正确解答】解题的关键是要理解0.2s前f是变力,0.2s后f是恒力的隐含条件。即在0.2s前物体受力和0.2s以后受力有较大的变化。以物体p为研究对象。物体p静止时受重力g、称盘给的支持力n。因为物体静止,f=0n = g = 0 n = kx0设物体向上匀加速运动加速度为a。此时物体p受力如图2-31受重力g,拉力f和支持力n据牛顿第二定律有f+ng = ma 当0.2s后物体所受拉力f为恒力,即为p与盘脱离,即弹簧无形变,由00.2s内物体的位移为x0。物体由静止开始运动,则将式,中解得的x0= 0.15m代入式解得a = 7.5m/s2f的最小值由式可以看出即为n最大时,即初始时刻n=n = kx。代入式得fmin= ma + mgkx0=12(7.5+10)-8000.15=90(n) f最大值即n=0时,f = ma+mg = 210(n)abm2km1练习38、如图,质量为的物体a经一轻质弹簧与下方地面上的质量为的物体b相连,弹簧的劲度系数为k,a、b都处于静止状态。一条不可伸长的轻绳绕过轻滑轮,一端连物体a,另一端连一轻挂钩。开始时各段绳都处于伸直状态,a上方的一段绳沿竖直方向。现在挂钩上挂一质量为的物体c并从静止状态释放,已知它恰好能使b离开地面但不继续上升。若将c换成另一个质量为的物体d,仍从上述初始位置由静止状态释放,则这次b刚离地时d的速度的大小是多少?已知重力加速度为g。例39、如图228,有一水平传送带以2m/s的速度匀速运动,现将一物体轻轻放在传送带上,若物体与传送带间的动摩擦因数为0.5,则传送带将该物体传送10m的距离所需时间为多少?【错解分析】错解:由于物体轻放在传送带上,所以v0=0,物体在竖直方向合外力为零,在水平方向受到滑动摩擦力(传送带施加),做v0=0的匀加速运动,位移为10m。 据牛顿第二定律f = ma有f =mg = ma,a =g =5m/s2上述解法的错误出在对这一物理过程的认识。传送带上轻放的物体的运动有可能分为两个过程。一是在滑动摩擦力作用下作匀加速直线运动;二是达到与传送带相同速度后,无相对运动,也无摩擦力,物体开始作匀速直线运动。关键问题应分析出什么时候达到传送带的速度,才好对问题进行解答。【正确解答】以传送带上轻放物体为研究对象,如图229在竖直方向受重力和支持力,在水平方向受滑动摩擦力,做v0=0的匀加速运动。据牛二定律:f = ma有水平方向:f = ma 竖直方向:nmg = 0 f=n 由式,解得a = 5m/s2设经时间tl,物体速度达到传送带的速度,据匀加速直线运动的速度公式vt=v0+at 解得t1= 0.4s物体位移为0.4m时,物体的速度与传送带的速度相同,物体0.4s后无摩擦力,开始做匀速运动s2= v2t2因为s2=ss1=10-0.4 =9.6(m),v2=2m/s代入式得t2=4.8s则传送10m所需时间为t = 0.44.8=5.2s。(bap练习39、如图所示,倾角=37的传送带上,上、下两端相距s=7m。当传送带以的恒定速率逆时针转动时,将一个与传送带间动摩擦因数=0.25的物块p轻放于a端,p从a端运动到b端所需的时间是多少?若传送带顺时针转动,p从a端运动到b端的时间又是多少?例40、物体在倾角为的斜面上滑动,则在下列两种情况下,物体加速度为多大?(1)斜面是光滑的;(2)斜面是粗糙的,且与物体间动摩擦因数为 【错解分析】错解:对物体在倾角为的斜面上滑动,理解为物体在倾角为的斜面上向下滑动,导致漏去分析和考虑物体在倾角为的斜面上向上滑动的情况。【解题指导】:两种情况的主要差别就在于“是否受到动摩擦力的作用”【解析】:(1)对于光滑斜面,无论物体沿斜面向下滑或是沿斜面向上滑,其受力情况均可由图2所示,建立适当的坐标系后便可列出运动方程 mgsin=ma1,得 a1=gsin.(2)对于粗糙斜面,物体滑动时还将受动摩擦力作用,只是物体向下滑时动摩擦力方向沿斜面斜向上;物体向上滑时动摩擦力方向沿斜面斜向下,受力图分别如图3中(a)、(b)所示,建立适当的坐标系后便可分别列出方程组 和 由此便可分别解得 a2=g(sincos), 图3 a3=g(sin+cos).练习40、如图所示,在粗糙水平面上放一质量为m的斜面,质量为m的木块在竖直向上的力f作用下,沿斜面匀速下滑,此过程中斜面保持静止,则地面对斜面( )a无摩擦力b有水平向左的摩擦力c支持力为(m+m)gd支持力小于(m+m)g例41、如图所示,木楔的质量m=10kg,倾角为q=30,静止于粗糙水平地面上,木楔与地面间的动摩擦因数m=0.2,在木楔的斜面上,有一质量m=1.0kg的物块由静止开始沿斜面下滑,当滑行路程s=1.4m时,其速度v=1.4m/s . 在这个过程中木楔处于静止状态,求地面对木楔的摩擦力的大小和方向(取g=10m/s2) 【错解分析】错解:f=mn=f=mmg=0.21010=20 n 地面对木楔的摩擦力的大小是20n,方向水平向左。【解题指导】:由于木楔没有动,不能用公式f=mn计算木楔受到的摩擦力,题中所给出动摩擦因数的已知条件是多余的。首先要判断物块沿斜面向下做匀加速直线运动,由运动学公式v2t-v20=2as可得其加速度a=v2/2s=0.7m/s2,由于a gsinq=5m/s2,可知物块受摩擦力作用。【解析】:由v2t-v20=2as 知a=v2/2s=0.7m/s2物块和木楔的受力如图所示:对物块,由牛顿第二定律得: mgsinq -f1=ma f1=4.3n mgcosq-n1=0 n1= n对木楔,设地面对木楔的摩擦力如图所示,由平衡条件: f=n1sinq-f1cosq=0.61nf的结果为正值,说明所设的方向与图设方向相同练习41、如图所示,质量为m的木块在推力f作用下,沿竖直墙壁匀加速向上运动,f与竖直方向的夹角为已知木块与墙壁间的动摩擦因数为,则木块受到的滑动摩擦力大小是( )a. mg b. fcos mgc. fcosmg d. fsin例42、如图6(a)所示,质量为m的滑块与倾角为的斜面间的动摩擦因数为.滑块上安装一支架,在支架的o点处,用细线悬挂一质量为m的小球.当滑块匀加速下滑时,小球与滑块相对静止,则细线的方向将如何? (a) (b) (c) 图6分析:要求细线的方向,就是要求细线拉力的方向,所以这还是一个求力的问题.可以用牛顿第二定律先以整体以求加速度a(因a相同),再用隔离法求拉力(方向).解:以整体为研究对象,受力情况发图86(b)所示,根据牛顿第二定律有 (m+m)gsinf=(m+m)a,n(m+m)gcos=0.而f=n,故可解得 a=g(sincos). 再以球为研究对象,受务情况如图86(c)表示,取x、y轴分别为水平、竖直方向(注意这里与前面不同,主要是为了求a方便).由于加速度a与x轴间的夹角为,根据牛顿第二定律有 tsin=macos,mgtcos=masin. 由此得tan=. 为了对此解有个直观的认识,不妨以几个特殊值代入 (1)=0,=,绳子正好与斜面垂直;(2)=tan,=00,此时物体匀速下滑,加速度为0,绳子自然下垂;(3)tan,则,物体加速下滑.练习42、倾角为的光滑斜面上有一质量为m的滑块正在加速下滑,如图所示。滑块上悬挂的小球达到稳定(与滑块相对静止)后悬线的方向是( )a. 竖直下垂b. 垂直于斜面c. 与竖直向下的方向夹角d. 以上都不对例43、如图84所示,质量分别为15kg和5kg的长方形物体a和b静止叠放在水平桌面上.a与桌面以及a、b间动摩擦因数分别为1=0.1和2=0.6,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。问:(1)水平作用力f作用在b上至少多大时,a、b之间能发生相对滑动?(2)当f=30n或40n时,a、b加速度分别各为多少? 图4 图5分析:ab相对滑动的条件是:a、b之间的摩擦力达到最大静摩擦力,且加速度达到a可能的最大加速度a0,所以应先求出a0.解:(1)以a为对象,它在水平方向受力如图85(a)所示,所以有 maa0=2mbg1(ma+mb)g,a0=g=10m/s2=m/s2再以b为对象,它在水平方向受力如图85(b)所示,加速度也为a0,所以有 ff2=mba0,f=f2+mba0=0.6510n+5n=33.3n.即当f达到33.3n时,a、b间已达到最大静摩擦力.若f再增加,b加速度增大而a的加速度已无法增大,即发生相对滑动,因此,f至少应大于33.3n.(2)当f=30n,据上面分析可知不会发生相对滑动,故可用整体法求出共同加速度 aa=ab=m/s2=0.5m/s2.还可以进一步求得a、b间的静摩擦力为27.5n(同学们不妨一试).当f= 40n时,a、b相对滑动,所以必须用隔离法分别求aa、ab,其实aa不必另求, aa=a0=m/s2.以b为对象可求得 ab=m/s2=2m/s2.从上可看出,解决这类问题关键是找到情况发生变化的“临界条件”.各种问题临界条件不同,必须对具体问题进行具体分析。练习43、如图所示,在光滑水平面上有一小车a,其质量为kg,小车上放一个物体b,其质量为kg,如图(1)所示。给b一个水平推力f,当f增大到稍大于3.0n时,a、b开始相对滑动。如果撤去f,对a施加一水平推力f,如图(2)所示,要使a、b不相对滑动,求f的最大值例44、如图所示,处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距1m,导轨平面与水平面成=370角,下端连接阻值为r的电阻匀强磁场方向与导轨平面垂直,质量为0.2kg、电阻不计的金属棒放在两导轨上,棒与导轨垂直并保持良好接触,它们之间的动摩擦因数为0.25。(1)求金属棒沿导轨由静止开始下滑时的加速度大小;(2)当金属棒下滑速度达到稳定时,电阻r消耗的功率为8w,求该速度的大小;(3)在上问中,若r=2,金属棒中的电流方向由a到b,求磁感应强度的大小与方向(g=10m/s2,sin370=0.6,c0s370=0.8)解析:(1)金属棒开始下滑的初速为零,根据牛顿第二定律mgsinmgcos=ma 由式解得 a=10(0.60.250.8)m/s2=4m/s2 (2)设金属棒运动达到稳定时,速度为v,所受安培力为f,棒在沿导轨方向受力平衡mgsinmgcosf=0 此时金属棒克服安培力做功的功率等于电路中电阻r消耗的电功率fv=p 由、两式解得 (3)设电路中电流为i,两导轨间金属棒的长为l,磁场的磁感应强度为b 由、两式解得 磁场方向垂直导轨平面向上练习44、如图所示,间距为l、电阻不计的两根平行金属导轨mn、pq(足够长)被固定在同一水平面内 ,质量为均m、电阻均为r的两根相同导体棒a、b垂直于导轨放在导轨上,一根绝缘轻绳绕过定滑轮后沿两金属导轨的中线与a棒连接,其下端悬挂一个质量为m的物体c,整个装置放在方向竖直向上、磁感应强度大小为b的匀强磁场中。开始时使a、b、c都处于静止状态,现释放c,经过时间t,c的速度为 ,b的速度为 。不计一切摩擦,两棒始终与导轨接触良好,重力加速度为g,求:acmpqnbb(1) t时刻c的加速度值(2) t时刻a、b与导轨所组成的闭合回路消耗的总电功率m图24例45、将金属块m用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱中,如图24所示,在箱的上顶板和下底板装有压力传感器,箱可以沿竖直轨道运动。当箱以a2.0ms2加速度竖直向上作匀减速运动时,上顶板的压力传感器显示的压力n7.2n,下底板的压力传感器显示的压力f12.0n。(g=10m/s2)(1) 若上顶板的压力传感器的示数是下底板的压力传感器示数的一半,试判断箱的运动情况。(2) 要使上顶板的压力传感器的示数为零,箱沿竖直方向运动的情况可能是怎样的? 【错解分析】:不会分析上顶板传感器的示数是下底板传感器示数的一半时,弹簧长度不变,弹簧弹力仍为f,上顶板压力为f/2,无法得出a1=0的结果。析与解:(1)下底板传感器的示数等于轻弹簧的弹力f,金属块的受力如图25所示,上顶板的压力n7.2n,弹簧的弹力f=12.0n,而加速度方向向下,有 mg+n-f=ma 得 m=0.60kgfnmga图25上顶板传感器的示数是下底板传感器示数的一半时,弹簧长度不变,弹簧弹力仍为f,上顶板压力为f/2,有 解得 a1=0,即箱处于静止或匀速直线运动 (2)当上顶板的压力恰好为零时,弹簧长度还不变,弹簧弹力还为f,有 ,解得 a2=-10m/s2,“”号表示加速度方向向上。132图15 若箱和金属块竖直向上的加速度大于10m/s2,弹簧将进一步压缩,金属块要离开上顶板,上顶板传感器的示数也为0。只要竖直向上的加速度大于或等于10m/s2,不论箱是向上加速还是向下减速, 上顶板压力传感器的示数都为0。练习45、如图15所示,三根不可伸长的轻绳,一端系在半径为r0的环1上,彼此间距相等。
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