高考物理一輪復(fù)習(xí) 運(yùn)動(dòng)的圖像 追及和相遇問題
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1、第3講 運(yùn)動(dòng)的圖象 追及和相遇問題 勻變速直線運(yùn)動(dòng)的圖象?、?考綱要求) 1.直線運(yùn)動(dòng)的s-t圖象 (1)意義:反映了直線運(yùn)動(dòng)的物體位移隨時(shí)間變化的規(guī)律. (2)圖線上某點(diǎn)切線的斜率的意義 ①斜率大?。罕硎疚矬w速度的大?。? ②斜率的正負(fù):表示物體速度的方向. (3)兩種特殊的s-t圖象 圖1-3-1 ①若s-t圖象是一條平行于時(shí)間軸的直線,說明物體處于靜止?fàn)顟B(tài).(如圖1-3-1甲所示) ②若s-t圖象是一條傾斜的直線,說明物體在做勻速直線運(yùn)動(dòng).(如圖1-3-1乙所示) 2.直線運(yùn)動(dòng)的v-t圖象 (1)意義:反映了直線運(yùn)動(dòng)的物體速度隨時(shí)間變
2、化的規(guī)律. (2)圖線上某點(diǎn)切線的斜率的意義 ①斜率的大?。罕硎疚矬w加速度的大小. ②斜率的正負(fù):表示物體加速度的方向. (3)兩種特殊的v-t圖象 ①勻速直線運(yùn)動(dòng)的v-t圖象是與橫軸平行 的直線.(如圖1-3-2甲所示) 圖1-3-2 ②勻變速直線運(yùn)動(dòng)的v-t圖象是一條傾斜的直線.(如圖1-3-2乙所示) (4)圖線與坐標(biāo)軸圍成的“面積”的意義 ①圖線與坐標(biāo)軸圍成的“面積”表示相應(yīng)時(shí)間內(nèi)的位移. ②若此面積在時(shí)間軸的上方,表示這段時(shí)間內(nèi)的位移方向?yàn)檎?;若此面積在時(shí)間軸的下方,表示這段 時(shí)間內(nèi)的位移方向?yàn)樨?fù). 溫馨提示 (1)s-t圖象、v-t圖
3、象都不是物體運(yùn)動(dòng)的軌跡,圖象中各點(diǎn)的坐標(biāo)值是s、v與t一一對應(yīng). (2)s-t圖象、v-t圖象的形狀由s與t、v與t的函數(shù)關(guān)系決定. (3)無論是s-t圖象還是v-t圖象,所描述的運(yùn)動(dòng)情況都是直線運(yùn)動(dòng). 運(yùn)動(dòng)學(xué)圖象“五看” 1.看“線” 2.看“斜率” 3.看“面積” 4.看“縱截距” 5.看“特殊點(diǎn)” 1. 圖1-3-3 甲、乙兩車從同一地點(diǎn)出發(fā),向同一方向行駛,它們的s-t圖象如圖1-3-3所示,則由圖可看出(). A.乙比甲先出發(fā),甲比乙先到達(dá)距出發(fā)點(diǎn)s0處 B.甲比乙先出發(fā),乙比甲先到達(dá)距出發(fā)點(diǎn)s0處 C.兩車的平均速度相
4、同 D.兩車行駛時(shí)的速度不相同 解析 甲車在t=0開始運(yùn)動(dòng),乙比甲后出發(fā),但先到達(dá)距出發(fā)點(diǎn)s0處,選項(xiàng)A錯(cuò)誤、B正確;甲、乙兩車行駛的位移相同,但甲所用時(shí)間長,兩車的平均速度不相同,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;從題圖可以看出,直線的斜率相同,即兩車行駛時(shí)的速度相同,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 答案 B 2.如圖1-3-4所示為表示三個(gè)物體運(yùn)動(dòng)位置和時(shí)間的函數(shù)關(guān)系圖象,其異同點(diǎn)是(). 圖1-3-4 A.運(yùn)動(dòng)速率相同,3 s內(nèi)經(jīng)過路程相同,起點(diǎn)位置相同 B.運(yùn)動(dòng)速率相同,3 s內(nèi)經(jīng)過路程相同,起點(diǎn)位置不同 C.運(yùn)動(dòng)速率不同,3 s內(nèi)經(jīng)過路程不同,起點(diǎn)位置相同 D.無共同點(diǎn) 解析 它們的運(yùn)動(dòng)速率都是
5、1 m/s,起始位置分別是s1=3 m,s2=3 m,s3=-3 m,都做勻速直線運(yùn)動(dòng),3 s內(nèi)經(jīng)過的路程都是3 m,所以選項(xiàng)B正確. 答案 B 3.某質(zhì)點(diǎn)做直線運(yùn)動(dòng)的速度v和時(shí)間t的關(guān)系如圖1-3-5所示,那么該質(zhì)點(diǎn)在3 s內(nèi)通過的位移大小是(). 圖1-3-5 A.4.5 m B.3 m C.1 m D.0.5 m 解析 圖線與坐標(biāo)軸圍成圖形的“面積”即為位移大?。畇=1×1+×1+1×2m=4.5 m. 答案 A 4. 圖1-3-6 如圖1-3-6所示,做直線運(yùn)動(dòng)的物體在t1、t3兩時(shí)刻對應(yīng)的縱坐標(biāo)如圖1-3-6所示,下列說法正確的是
6、(). A.t1、t3兩時(shí)刻速度相同 B.t2時(shí)刻速度和加速度均為零 C.t1、t3兩時(shí)刻加速度等值反向 D.若t2=2t1則可以求出物體的初速度為8 m/s 解析 t1、t3時(shí)刻的速度大小相同,但方向相反,A項(xiàng)錯(cuò)誤;t2時(shí)刻速度為零,但斜率不為零,說明加速度不為零,B項(xiàng)錯(cuò)誤;t1、t3時(shí)刻圖象斜率相同,加速度相同,C項(xiàng)錯(cuò)誤;若t2=2t1,由于v-t圖線為直線,所以Δt1和Δt2時(shí)間內(nèi)速度的變化量Δv1=Δv2=-4 m/s,可得v0=8 m/s,選項(xiàng)D正確. 答案 D 5.下列所給的質(zhì)點(diǎn)位移圖象和速度圖象中能反映運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)回到初始位置的是(). A.①② B.③④
7、 C.①④ D.②③ 解析 在位移圖象中,初、末位置的坐標(biāo)相同表示質(zhì)點(diǎn)能回到初始位置,故①正確、③錯(cuò)誤;在速度圖象中,正向位移和負(fù)向位移的大小相等表示質(zhì)點(diǎn)能回到初始位置,故②錯(cuò)誤、④正確. 答案 C 考點(diǎn)一 對s-t圖象的認(rèn)識及應(yīng)用 1.根據(jù)s-t圖象判斷物體運(yùn)動(dòng)情況,或從圖象中判斷出位移、速度等物理量. 2.根據(jù)物體實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況,畫出s-t圖象. 【典例1】 如圖1-3-7所示為甲、 圖1-3-7 乙兩物體相對于同一參考系的s-t圖象,下面說法錯(cuò)誤的是(). A.甲、乙兩物體的出發(fā)點(diǎn)相距s0 B.甲、乙兩物體都做勻速直線運(yùn)動(dòng) C.甲物體比乙物體早出發(fā)的時(shí)間為
8、t1 D.甲、乙兩物體向同方向運(yùn)動(dòng) 解析 逐項(xiàng)分析如下: 選項(xiàng) 診 斷 結(jié)論 A 由圖可知,甲從距原點(diǎn)s0處出發(fā),乙由原點(diǎn)出發(fā),故兩物體出發(fā)點(diǎn)相距s0 √ B 兩圖線都是傾斜直線,即兩物體都做勻速直線運(yùn)動(dòng) √ C 甲開始計(jì)時(shí)就出發(fā),乙在計(jì)時(shí)后t1時(shí)刻才出發(fā),故甲比乙早出發(fā)時(shí)間為t1 √ D 甲、乙圖線的斜率分別為負(fù)值和正值,表明甲向負(fù)方向運(yùn)動(dòng),乙向正方向運(yùn)動(dòng),甲、乙運(yùn)動(dòng)方向相反 × 故選D. 答案 D ——從s-t圖象上判斷物體的運(yùn)動(dòng)情況 圖1-3-8 (1)若圖象不過原點(diǎn),則在縱軸上的截距表示運(yùn)動(dòng)物體的初位移s0;在橫軸上的截距表示過一段時(shí)
9、間t1′才開始運(yùn)動(dòng).如圖1-3-8所示. (2)兩圖線相交說明兩物體在同一位置,如圖1-3-8中的E′、F′兩點(diǎn). (3)圖線的斜率表示物體的速度,斜率的正、負(fù)表示物體的運(yùn)動(dòng)方向. (4)圖線是直線表示物體做勻速直線運(yùn)動(dòng);圖線是曲線表示物體做變速運(yùn)動(dòng). 【變式1】 a、b兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)相對于同一原點(diǎn) 圖1-3-9 在同一直線上運(yùn)動(dòng)的s-t圖象如圖1-3-9所示,關(guān)于a、b的運(yùn)動(dòng),下列說法正確的是(). A.a(chǎn)、b兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的出發(fā)點(diǎn)相距5 m B.質(zhì)點(diǎn)a比質(zhì)點(diǎn)b遲1 s開始運(yùn)動(dòng) C.在0~3 s時(shí)間內(nèi),a、b的位移大小相等,方向相同 D.質(zhì)點(diǎn)a運(yùn)動(dòng)的速率比質(zhì)點(diǎn)b的速率大
10、解析 質(zhì)點(diǎn)a從s0=5 m處,t0=0時(shí)出發(fā), 質(zhì)點(diǎn)b從s0=0處,t0=1 s時(shí)出發(fā), 選項(xiàng)A正確、B錯(cuò)誤; 0~3 s內(nèi),Δsa=(0-5) m=-5 m. Δsb=5 m-0=5 m,選項(xiàng)C錯(cuò)誤; 因?yàn)閎的斜率大于a的斜率, 所以b運(yùn)動(dòng)的速率大于a運(yùn)動(dòng)的速率,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 答案 A 考點(diǎn)二 對v-t圖象的理解及應(yīng)用 1.根據(jù)v-t圖象判斷物體運(yùn)動(dòng)情況,并能從圖中得出速度、加速度、位移等物理量. 2.能從圖中判斷兩物體相遇的時(shí)刻. 【典例2】 甲、乙兩物體從同一點(diǎn)開始做直線運(yùn)動(dòng), 圖1-3-10 其v-t圖象如圖1-3-10所示,下列判斷正確的是(). A
11、.在t0時(shí)刻兩物體速度大小相等,方向相反 B.在t0時(shí)刻兩物體加速度大小相等,方向相同 C.在t0時(shí)刻之前,乙物體在甲物體前,并且兩物體間距離越來越大 D.在t0時(shí)刻之后,甲物體在乙物體前,并且兩物體間距離越來越大 解析 t0時(shí)刻兩物體速度大小相等,方向相同,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;在v-t圖象中斜率代表加速度,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;v-t圖象中圖線與時(shí)間軸所圍成的面積表示位移的大小,在t0時(shí)刻之前,乙的位移大于甲的位移,且二者面積差越來越大,選項(xiàng)C正確;在t0時(shí)刻之后,兩物體之間的距離越來越小,當(dāng)甲超過乙之后,二者距離又越來越大,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 答案 B ——通過v-t圖象認(rèn)識速度、加速度的方法
12、 【變式2】 (2012·山東新泰高三模擬,8)四個(gè)質(zhì)點(diǎn)做直線運(yùn)動(dòng),它們的速度圖象分別如圖1-3-11所示,下列說法中正確的是(). 圖1-3-11 A.四個(gè)質(zhì)點(diǎn)在第1秒內(nèi)的平均速度相同 B.在第2秒末,質(zhì)點(diǎn)(3)回到出發(fā)點(diǎn) C.在第2秒內(nèi),質(zhì)點(diǎn)(1)、(3)、(4)做加速運(yùn)動(dòng) D.在第2秒末,質(zhì)點(diǎn)(2)、(3)偏離出發(fā)點(diǎn)位移不同 解析 質(zhì)點(diǎn)(1)在第1秒內(nèi)向負(fù)方向運(yùn)動(dòng),而其他三個(gè)質(zhì)點(diǎn)在第1秒內(nèi)均向正方向運(yùn)動(dòng),而平均速度是矢量,所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤.質(zhì)點(diǎn)(3)在前2秒內(nèi)一直向正方向運(yùn)動(dòng),不可能回到出發(fā)點(diǎn),選項(xiàng)B錯(cuò)誤.第2秒內(nèi),質(zhì)點(diǎn)(1)、(3)、(4)的速度大小都在增大,選項(xiàng)C正
13、確.前2秒內(nèi)質(zhì)點(diǎn)(2)、(3)都向正方向運(yùn)動(dòng),且第2秒末位移相同,所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 答案 C 考點(diǎn)三 追及、相遇問題 分析“追及”“相遇”問題時(shí)應(yīng)注意 1.一定要抓住“一個(gè)條件,兩個(gè)關(guān)系”: “一個(gè)條件”是兩物體的速度滿足的臨界條件,如兩物體距離最大、最小,恰好追上或恰好追不上等. “兩個(gè)關(guān)系”是時(shí)間關(guān)系和位移關(guān)系.其中通過畫草圖找到兩物體位移之間的數(shù)量關(guān)系,是解題的突破口. 2.分析追及、相遇類問題時(shí),要注意抓住題目中的關(guān)鍵字眼,充分挖掘題目中的隱含條件,如“剛好”、“恰好”、“最多”、“至少”等,往往對應(yīng)一個(gè)臨界狀態(tài),滿足相應(yīng)的臨界條件. 【典例3】 一輛汽車在十字路口
14、等待綠燈,當(dāng)綠燈亮?xí)r汽車以a=3 m/s2的加速度開始行駛,恰在這時(shí)一輛自行車以v0=6 m/s的速度勻速駛來,從后邊超過汽車,試問: (1)汽車從路口開動(dòng)后,在追上自行車之前經(jīng)過多長時(shí)間兩車相距最遠(yuǎn)?最遠(yuǎn)距離是多大? (2)當(dāng)汽車與自行車距離最近時(shí)汽車的速度是多大? 解析 法一 用臨界條件求解. (1)當(dāng)汽車的速度為v=6 m/s時(shí),二者相距最遠(yuǎn),所用時(shí)間為t==2 s 最遠(yuǎn)距離為Δs=v0t-at2=6 m. (2)兩車距離最近時(shí)有v0t=at2 解得t=4 s 汽車的速度為v=at=12 m/s. 法二 用圖象法求解. (1)汽車和自行車的v-t圖象如圖所
15、示,由圖象可得t=2 s時(shí),二者相距最遠(yuǎn).最遠(yuǎn)距離等于圖中陰影部分的面積,即Δs=×6×2 m=6 m. (2)兩車距離最近時(shí),即兩個(gè)v-t圖線下方面積相等時(shí),由圖象得此時(shí)汽車的速度為v=12 m/s. 法三 用數(shù)學(xué)方法求解. (1)由題意知自行車與汽車的位移之差為 Δs=v0t-at2 因二次項(xiàng)系數(shù)小于零, 當(dāng)t==2 s時(shí)有最大值, 最大值Δsm=v0t-at2=6×2 m-×3×22 m=6 m. (2)當(dāng)Δs=v0t-at2=0時(shí)相遇 得t=4 s,汽車的速度為v=at=12 m/s. 答案 (1)2 s6 m(2)12 m/s ——分析追及、相遇問題的常用方
16、法 (1)物理分析法:抓好“兩物體能否同時(shí)到達(dá)空間某位置”這一關(guān)鍵,認(rèn)真審題,挖掘題中的隱含條件,在頭腦中建立起一幅物體運(yùn)動(dòng)關(guān)系的圖景. (2)相對運(yùn)動(dòng)法:巧妙地選取參考系,然后找兩物體的運(yùn)動(dòng)關(guān)系. (3)極值法:設(shè)相遇時(shí)間為t,根據(jù)條件列方程,得到關(guān)于t的一元二次方程,用判別式進(jìn)行討論,若Δ>0,即有兩個(gè)解,說明可以相遇兩次;若Δ=0,說明剛好追上或相遇;若Δ<0,說明追不上或不能相碰. (4)圖象法:將兩者的速度-時(shí)間圖象在同一坐標(biāo)系中畫出,然后利用圖象求解. 3.運(yùn)動(dòng)圖象的理解及應(yīng)用 閱卷教師揭秘 (1)命題分析 運(yùn)動(dòng)圖象的應(yīng)用是高考的高頻考點(diǎn),主要考查運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)
17、圖象在實(shí)際生活中的應(yīng)用,使學(xué)生通過運(yùn)動(dòng)圖象獲取信息,進(jìn)而分析物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況.例如2009廣東3題,2010天津3題,2011海南8題等. (2)主要題型:選擇題 (3)卷面錯(cuò)因 ①對運(yùn)動(dòng)圖象的意義理解不深刻不透徹; ②不能從圖象中獲取有關(guān)信息 (4)識圖方法 要深刻理解x-t圖象和v-t圖象中“點(diǎn)”“線”“面”“軸”“斜”“截”的物理意義,對于給定的圖象,首先要明確圖象反映的是哪兩個(gè)物理量間的關(guān)系(縱軸和橫軸的物理量),然后根據(jù)物理原理(公式)推導(dǎo)出兩個(gè)量間的函數(shù)關(guān)系式,結(jié)合圖象明確圖象斜率的意義、截距的意義或“面積”的意義,從而由圖象給出的信息求出未知量.【典例】(2010·
18、廣東理綜,17改編)圖1-3-12 圖1-3-12 是某質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的速度圖象,由圖象得到的正確結(jié)果是(). A.0~1 s內(nèi)的平均速度是2 m/s B.0~2 s內(nèi)的位移大小是2 m C.0~1 s內(nèi)的加速度大于2~4 s內(nèi)的加速度 D.0~1 s內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方向與2~4 s內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方向相反 教你審題 確定圖象是v-t圖象0~1 s勻加速運(yùn)動(dòng);1~2 s勻速運(yùn)動(dòng);2~4 s勻減速運(yùn)動(dòng)求加速度a求位移自己試一試! 解析 0~1 s的位移s1=×2×1 m=1 m,故0~1 s內(nèi)平均速度1== m/s=1 m/s,A項(xiàng)錯(cuò);0~2 s內(nèi)位移為0~1 s內(nèi)的位移與1~2 s內(nèi)位移之和,
19、1~2 s內(nèi)位移s2=2×1 m=2 m.故0~2 s內(nèi)位移為s1+s2=3 m,B項(xiàng)錯(cuò)誤;0~1 s內(nèi)加速度a1== m/s2=2 m/s2,2~4 s內(nèi)的加速度a2== m/s2=-1 m/s2,故a1>a2,C項(xiàng)正確;0~1 s內(nèi)和2~4 s內(nèi)的速度方向均為正向,故D項(xiàng)錯(cuò)誤. 答案 C 一、對v-t圖象的理解及應(yīng)用(高頻考查) 1. 圖1-3-13 (2009·廣東單科,3改編)某物體運(yùn)動(dòng)的速度圖象如圖1-3-13所示,根據(jù)圖象可知(). A.0~2 s內(nèi)的加速度為1 m/s2 B.0~5 s內(nèi)的位移為10 m C.第1 s末與第3 s末的速度方向相反 D
20、.第1 s末與第5 s末加速度方向相同 解析 0~2 s內(nèi)的加速度等于直線的斜率,即a==1 m/s2,選項(xiàng)A正確;0~5 s內(nèi)的位移等于圖象與坐標(biāo)軸所圍圖象的面積,即s= m=7 m,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;第1 s末與第3 s末的速度都是正值,即方向相同,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;第1 s末與第5 s末的加速度分別是正值、負(fù)值,即方向相反,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 答案 A 2.(2010·天津理綜,3)質(zhì)點(diǎn)做直線運(yùn)動(dòng)的v-t圖象如圖1-3-14所示,規(guī)定向右為正方向,則該質(zhì)點(diǎn)在前8 s內(nèi)平均速度的大小和方向分別為(). 圖1-3-14 A.0.25 m/s 向右 B.0.25 m/s 向左 C.1 m/s
21、向右 D.1 m/s 向左 解析 由圖象面積計(jì)算0~3 s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的位移大小為s1=2×3× m=3 m,方向向右,3~8 s內(nèi)位移大小為s2=2×5× m=5 m,方向向左,所以前8 s總位移s=s1-s2=-2 m.== m/s=-0.25 m/s,即大小為0.25 m/s,方向向左.B正確. 答案 B 3. 圖1-3-15 (2009·廣東理科基礎(chǔ),3)圖1-3-15是甲、乙兩物體做直線運(yùn)動(dòng)的v-t圖象.下列表述正確的是(). A.乙做勻加速直線運(yùn)動(dòng) B.0~1 s內(nèi)甲和乙的位移相等 C.甲和乙的加速度方向相同 D.甲的加速度比乙的小 解析 由題圖知甲做勻減速直線
22、運(yùn)動(dòng),乙做勻加速直線運(yùn)動(dòng)甲圖線的斜率比乙圖線的斜率大,而其斜率值即為加速值,則甲的加速度比乙的大,且二者方向相反;又由題圖知0~1 s內(nèi)甲的位移比乙的大.故A正確,B、C、D錯(cuò)誤. 答案 A 4.(2011·海南卷,8改編)一物體自t=0時(shí)開始做直線運(yùn)動(dòng),其速度圖線如圖1-3-16所示.下列選項(xiàng)正確的是(). 圖1-3-16 A.在0~6 s內(nèi),物體離出發(fā)點(diǎn)最遠(yuǎn)為30 m B.在0~6 s內(nèi),物體經(jīng)過的路程為35 m C.在0~4 s內(nèi),物體的平均速率為7.5 m/s D.在5~6 s內(nèi),物體所受的合外力做負(fù)功 解析 根據(jù)v-t圖象的“面積”表示位移和v-t圖象的意義知,物
23、體在第5 s時(shí)離出發(fā)點(diǎn)最遠(yuǎn),最遠(yuǎn)距離為sm=× (5+2)×10 m=35 m;0~6 s內(nèi)的路程為s=sm+×1×10 m=40 m;0~4 s內(nèi)的路程(等于位移)s=×(4+2)×10 m=30 m,故平均速率為== m/s=7.5 m/s;在5~6 s內(nèi),物體的速度增加,根據(jù)動(dòng)能定理,合外力做正功.綜上所述C正確,A、B、D錯(cuò)誤. 答案 C 二、追及、相遇問題(低頻考查) 5.(四川理綜)A、B兩輛汽車在筆直的公路上同向行駛.當(dāng)B車在A車前84 m處時(shí),B車速度為4 m/s,且正以2 m/s2的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng);經(jīng)過一段時(shí)間后,B車加速度突然變?yōu)榱悖瓵車一直以20 m/s的速度
24、做勻速運(yùn)動(dòng).經(jīng)過12 s后兩車相遇.問B車加速行駛的時(shí)間是多少? 解析 設(shè)A車的速度大小為vA,B車加速行駛的時(shí)間為t,兩車在t0時(shí)相遇.則有 sA=vAt0① sB=vBt+at2+(vB+at)(t0-t),② 式中,t0=12 s,sA、sB分別為A、B兩車相遇前行駛的路程.依題意有sA=sB+s,③ 式中s=84 m. 由①②③式得t2-2t0t+=0, 代入題給數(shù)據(jù)vA=20 m/s,vB=4 m/s,a=2 m/s2, 有t2-24t+108=0,式中t的單位為s. 解得t1=6 s,t2=18 s.t2=18 s不合題意,舍去. 因此,B車加速行駛的時(shí)間為6 s. 答案 6 s 內(nèi)容總結(jié)
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