内容正文:
第十一章 简单机械和功
第01讲 杠杆 杠杆概念
[学习目标]
1. 掌握杠杆的概念及杠杆五要素;
2. 掌握杠杆的画图:力和力臂的画图;
1.杠杆:在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒,这根硬棒就叫杠杆。
①“硬棒”泛指有一定长度的,在外力作用下不变形的物体。
②杠杆可以是直的,也可以是任何形状的。
2.杠杆的五要素:
(1)支点:杠杆绕着转动的固定点,用字母“O”表示。它可能在棒的某一端,也可能在棒的中间,在杠杆转动时,支点是相对固定;
(2)动力:使杠杆转动的力叫动力,用“F1”表示;
(3)阻力:阻碍杠杆转动的力叫阻力,用“F2”表示;
(4)动力臂:从支点到动力作用线的垂直距离,用“ ”表示;
(5)阻力臂:从支点到阻力作用线的垂直距离,用“ ”表示。
注意: 杠杆的支点一定要在杠杆上,可以在杠杆的一端,也可以在杠杆的其他位置。
无论动力还是阻力,都是作用在杠杆上的力,作用点必须在杠杆上,但这两个力的作用效果正好相反。
一般情况下,把人施加给杠杆的力或使杠杆按照人的意愿转动的力叫做动力,而把阻碍杠杆按照需要方向转动的力叫阻力。
力臂是点到线的距离,而不是支点到力的作用点的距离。力的作用线通过支点的,其力臂为零,对杠杆的转动不起作用。
力臂可与杠杆重合也可不重合,取决于力的方向。
考点一:五要素:一点、二力、两力臂。
1.“一点”即支点,杠杆绕着转动的点,用“O”表示。
2.“二力”即动力和阻力,它们的作用点都在杠杆上。动力是使杠杆转动的力,一般用“F1”表示,阻力是阻碍杠杆转动的力,一般用“F2”表示。
3.“两力臂”即动力臂和阻力臂,动力臂即支点到动力作用线的距离,一般用“l1”表示,阻力臂即支点到阻力作用线的距离,一般用“l2”表示。
考点二:力臂的画法
1.找点;
2.找到杠杆的支点(就是杠杆绕其转动的点)。
3.画线;画出力(动力或阻力)所在的直线。实际上如果图当中画出了动力或阻力,那么力的直线就已经存在了,因为力的示意图就是一条线段,这条线段所在的直线就是力的直线。我们所要做的就是沿力的方向正向或反向延长,做出力的直线,记住,力的延长线一定要画成虚线。
4.从点到线做垂线段;从支点到力的作用线做垂线段,该段距离就是力臂。
5.用大括号把该段距离标出来;
6.写出力臂的符号。
说明:
①力的作用线是沿力的方向所画的直线。在画力臂时,若力的作用线太短,可用虚线将力的作用线延长。
②力臂不是支点到力的作用点的距离,是从支点向力的作用线做的垂线段,注意添加直角符号。
③力臂部分要用大括号或双箭头标出来。
典型一:杠杆及其五要素
【例1】下列关于杠杆的几种说法中不正确的是( )
A.杠杆可以是直的,也可以是弯的 B.杠杆的支点一定在杠杆上
C.支点可以在杠杆上的任何位置 D.动力臂与阻力臂之和一定等于杠杆长度
【例2】如图是开瓶盖的起子开启瓶盖的示意图,可以看成是一个杠杆。下列能正确表示出杠杆的支点、动力和阻力的图是( )
A. B. C. D.
【变式1】下列有关力臂说法正确的是( )
A.力臂就是力的作用点到支点的距离
B.力臂不可能等于零
C.力臂就是动力作用点到阻力作用点之间的距离
D.力臂就是支点到力的作用线的垂直距离
【变式2】开瓶器开启瓶盖时可抽象为一杠杆,不计自重。图中能正确表示它工作示意图的是 ( )
典型二:力和力臂的作图
【例1】请在图中作出阻力F2的示意图。
【例2】如图所示,轻杆OB在外力作用下保持静止(O为支点),请在图中画出动力臂和阻力臂。
【变式1】在图中,杠杆OA在力F1、F2的作用下处于静止状态,在图中画出力F2的力臂l2和力臂ll对应的力F1。
【变式2】由于土壤松动,一颗珍稀古树摇摇欲坠。园艺师用绳子将古树系住,通过山体固定,对古树展开救助。如图所示,把古树视为杠杆,O点为支点,A点为古树重心位置。请画出:①古树受到的重力G的示意图;②绳子拉力的力臂l。
1. 在下列科学家中,对浮力和杠杆均做了较早研究并做出重大贡献的是( )
A.亚里士多德 B.阿基米德 C.伽利略 D.牛顿
2. 有关杠杆的说法正确的是( )
A.作为杠杆一定要有支点,而且支点一定在杠杆上,杠杆的形状可以是直的,也可以是弯的
B.杠杆的长度一定等于动力臂与阻力臂之和
C.使用杠杆可以省力,有的杠杆既可省力,又可省距离
D.从杠杆的支点到动力作用点的距离叫做动力臂
3. 下列说法中正确的是( )
A.从支点到动力作用点的距离是动力臂 B.力臂一定在杠杆上
C.只有静止或匀速转动时,才叫杠杆的平衡 D.杠杆长就是动力臂加上阻力臂的长度
4. 如图所示,小华用苹果和橘子来玩跷跷板。她将苹果、橘子分别放在轻杆的左、右两端,放手后,杆马上转动起来。使杆顺时针转动的力是( )
A.苹果的重力 B.橘子的重力 C.杆对橘子的支持力 D.橘子对杆的压力
5. 如图是用撬棒撬石头的情景,下图中关于该撬棒使用时的杠杆示意图正确的是( )。
A. B. C. D.
6. 如图所示,夹食物时两根筷子都可以看作杠杆,能正确表示其中一根杠杆的支点O、杠杆受到的动力F1和阻力F2的是( )
A. B.C. D.
7. 如图是简易起重机,OA是吊臂,它是一个杠杆,可以绕O点上下转动,地面上的卷扬机拉动绳子将重物提起。画出杠杆OA的动力臂L1和阻力F2、阻力臂L2。
8. 如图所示,轻质杠杆的支点在O点,在杠杆A点用力F1竖直向上拉。请画出拉力F1的力臂和作用在杠杆上阻力F2的示意图。
9. 试画出力F1、F2的力臂。
1. 下列关于杠杆的说法中,正确的是( )
A.杠杆一定是直的硬棒
B.动力臂与阻力臂之和一定等于杠杆的长度
C.杠杆不一定有支点
D.杠杆受到的动力和阻力方向可能是相同的
2. 下列物体中能作为杠杆的是( )
A.一把剪刀 B.一段橡胶软管 C.一根弹簧 D.一段棉线
3. 如图为切纸刀正在切纸的示意图,F1为动力,F2为阻力,其中正确的是图( )
A. B. C. D.
4. 杆秤是中国发明的传统衡器,使用时可视为一个杠杆,把物品放入秤盘中,将秤砣拨至合适的位置使杆秤静止后,对应的刻度值即为物品的质量,如图所示。下列各图能正确表示其工作原理的是( )
A. B. C. D.
5. 如图甲所示,是用羊角锤拔铁钉的情景。羊角锤可看成一个杠杆,其动力和阻力示意图如图所示,其中正确的是( )
A. B. C. D.
6. 如图所示为赛艇比赛时的情景,此时船桨可看作一个杠杆,F1为动力,F2为阻力,则下列选项中船桨模型合理的是( )
A. B. C. D.
7. 如图所示,O是支点,在B端挂一重物,为使杠杆平衡,要在A端加一个力,下列说法中正确的是( )
A.F1的力臂为OD
B.F2的力臂为AD
C.F3的力臂为OA
D.沿三个方向力的大小一样
8. 如图所示的杠杆,动力F的力臂是( )
A.OC B.AB C.CA D.OA
9. 如图所示是农民拔去地里的棉杆工具,使用时,将小铲着地,用虎口夹住棉杆的下部,然后在套管上用力,棉杆就拔出来了,该农具整体视为杠杆,则支点、动力作 用点、阻力作用点对应下列位置正确的是(( )
A.转轴—虎口—套管 B.虎口—转轴—套管
C.小铲—虎口—套管 D.小铲—套管—虎口
10. 如题图所示,杠杆AOB的A端在绳子拉力的作用下将B端物体悬挂起,画出A端所受拉力F及F的力臂L;
11. 请题图中作出物体所受重力的示意图,并画出动力的力臂。
12. 完成以下作图。在图中画出力F的力臂。
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第十一章 简单机械和功
第01讲 杠杆 杠杆概念
[学习目标]
1. 掌握杠杆的概念及杠杆五要素;
2. 掌握杠杆的画图:力和力臂的画图;
1.杠杆:在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒,这根硬棒就叫杠杆。
①“硬棒”泛指有一定长度的,在外力作用下不变形的物体。
②杠杆可以是直的,也可以是任何形状的。
2.杠杆的五要素:
(1)支点:杠杆绕着转动的固定点,用字母“O”表示。它可能在棒的某一端,也可能在棒的中间,在杠杆转动时,支点是相对固定;
(2)动力:使杠杆转动的力叫动力,用“F1”表示;
(3)阻力:阻碍杠杆转动的力叫阻力,用“F2”表示;
(4)动力臂:从支点到动力作用线的垂直距离,用“ ”表示;
(5)阻力臂:从支点到阻力作用线的垂直距离,用“ ”表示。
注意: 杠杆的支点一定要在杠杆上,可以在杠杆的一端,也可以在杠杆的其他位置。
无论动力还是阻力,都是作用在杠杆上的力,作用点必须在杠杆上,但这两个力的作用效果正好相反。
一般情况下,把人施加给杠杆的力或使杠杆按照人的意愿转动的力叫做动力,而把阻碍杠杆按照需要方向转动的力叫阻力。
力臂是点到线的距离,而不是支点到力的作用点的距离。力的作用线通过支点的,其力臂为零,对杠杆的转动不起作用。
力臂可与杠杆重合也可不重合,取决于力的方向。
考点一:五要素:一点、二力、两力臂。
1.“一点”即支点,杠杆绕着转动的点,用“O”表示。
2.“二力”即动力和阻力,它们的作用点都在杠杆上。动力是使杠杆转动的力,一般用“F1”表示,阻力是阻碍杠杆转动的力,一般用“F2”表示。
3.“两力臂”即动力臂和阻力臂,动力臂即支点到动力作用线的距离,一般用“l1”表示,阻力臂即支点到阻力作用线的距离,一般用“l2”表示。
考点二:力臂的画法
1.找点;
2.找到杠杆的支点(就是杠杆绕其转动的点)。
3.画线;画出力(动力或阻力)所在的直线。实际上如果图当中画出了动力或阻力,那么力的直线就已经存在了,因为力的示意图就是一条线段,这条线段所在的直线就是力的直线。我们所要做的就是沿力的方向正向或反向延长,做出力的直线,记住,力的延长线一定要画成虚线。
4.从点到线做垂线段;从支点到力的作用线做垂线段,该段距离就是力臂。
5.用大括号把该段距离标出来;
6.写出力臂的符号。
说明:
①力的作用线是沿力的方向所画的直线。在画力臂时,若力的作用线太短,可用虚线将力的作用线延长。
②力臂不是支点到力的作用点的距离,是从支点向力的作用线做的垂线段,注意添加直角符号。
③力臂部分要用大括号或双箭头标出来。
典型一:杠杆及其五要素
【例1】下列关于杠杆的几种说法中不正确的是( )
A.杠杆可以是直的,也可以是弯的 B.杠杆的支点一定在杠杆上
C.支点可以在杠杆上的任何位置 D.动力臂与阻力臂之和一定等于杠杆长度
【答案】D
考点定位分析:本试题考查的是杠杆的知识.杠杆是一根硬棒在力的作用下绕着固定点转动.力臂是支点到力的作用线的距离.
解答过程分析: 杠杆是一根硬棒在力的作用下绕着固定点转动.杠杆可以是直的也可以是弯的,杠杆的支点一定在杠杆上,杠杆在水平位置平衡时,动力臂和阻力臂之和才等于杠杆的长度.A.杠杆可以是直的,也可以是弯的;不符合题意; B.杠杆的支点一定在杠杆上;不符合题意;C.支点可以在杠杆上的任何位置不符合题意.D.动力臂与阻力臂之和一定等于杠杆长度;符合题意.
故选D。
【例2】如图是开瓶盖的起子开启瓶盖的示意图,可以看成是一个杠杆。下列能正确表示出杠杆的支点、动力和阻力的图是( )
A. B. C. D.
【答案】C
AD.如图开瓶盖的起子开启瓶盖的示意图所示,人向上使劲,该杠杆绕着瓶盖中间与起子相接触的点转动,故该点为支点,故AD错误;
BC.由于瓶盖与瓶子之间紧密结合在一起,故用起子翘瓶盖时,瓶盖对起子有一个向下的阻力,阻碍起子向上运动,故B错误;C正确。
故选C。
【变式1】下列有关力臂说法正确的是( )
A.力臂就是力的作用点到支点的距离
B.力臂不可能等于零
C.力臂就是动力作用点到阻力作用点之间的距离
D.力臂就是支点到力的作用线的垂直距离
【答案】D
ACD.力臂是从支点到力的作用线之间的距离,故AC错误、D正确;
B.当力的作用线通过支点时力臂为零,故B错误。
故选D。
【变式2】开瓶器开启瓶盖时可抽象为一杠杆,不计自重。图中能正确表示它工作示意图的是 ( )
【答案】B
B 使用开瓶器开启瓶盖时,用力向上抬起开瓶器,开瓶器绕顶端与瓶盖的接触点转动,所以开瓶器顶端与瓶盖的接 触点是支点,末端受到的向上的力是动力,瓶盖边缘对开瓶器向下的力是阻力,B图所示的杠杆能表示开瓶器工作示意图。
典型二:力和力臂的作图
【例1】请在图中作出阻力F2的示意图。
【答案】
【例2】如图所示,轻杆OB在外力作用下保持静止(O为支点),请在图中画出动力臂和阻力臂。
【答案】
【变式1】在图中,杠杆OA在力F1、F2的作用下处于静止状态,在图中画出力F2的力臂l2和力臂ll对应的力F1。
【答案】
【变式2】由于土壤松动,一颗珍稀古树摇摇欲坠。园艺师用绳子将古树系住,通过山体固定,对古树展开救助。如图所示,把古树视为杠杆,O点为支点,A点为古树重心位置。请画出:①古树受到的重力G的示意图;②绳子拉力的力臂l。
【答案】
古树受到的重力应是竖直向下,作用点在重心上。绳子的拉力,方向沿绳子向上,则过O点作拉力作用线的垂线段,此线段即为拉力的力臂l。所以作图如下:
1. 在下列科学家中,对浮力和杠杆均做了较早研究并做出重大贡献的是( )
A.亚里士多德 B.阿基米德 C.伽利略 D.牛顿
【答案】B
【详解】A.亚里士多德认为物体只要运动就需要力的作用,没有力的作用运动物体就会慢慢停下来,力是维持物体运动的原因,亚里士多德观点错误的原因是他不知道有摩擦力存在,亚里士多德对力和运动关系的观点虽然是错误的,但是他的贡献是首先发现了力和运动存在关系,故A不符合题意;
B.阿基米德较早研究浮力和杠杆,发现了阿基米德原理,故B符合题意;
C.伽利略对理想斜面的研究采用把实验和逻辑推理(包括数学演算)结合起来的方法,从而发展了人类的科学思维方式和科学研究方法,故C不符合题意;
D.牛顿在实验的基础上,推理总结得出了牛顿第一定律,故D不符合题意。
故选B。
2. 有关杠杆的说法正确的是( )
A.作为杠杆一定要有支点,而且支点一定在杠杆上,杠杆的形状可以是直的,也可以是弯的
B.杠杆的长度一定等于动力臂与阻力臂之和
C.使用杠杆可以省力,有的杠杆既可省力,又可省距离
D.从杠杆的支点到动力作用点的距离叫做动力臂
【答案】A
【详解】A.杠杆一定有支点,而且支点一定在杠杆上;杠杆可以是直棒,也可以是弯曲的,但杠杆一定是硬棒,故A正确;
B.力臂是指支点到力的作用线的垂线段,因此动力臂与阻力臂之和不一定等于杠杆的长度,故B错误。
C.杠杆分省力杠杆,费力杠杆,等臂杠杆,既省力又省距离的杠杆是没有的,故C错误;
D.力臂是支点到力的作用线的距离,不是支点到力的作用点的距离,故D错误。
故选A。
3. 下列说法中正确的是( )
A.从支点到动力作用点的距离是动力臂 B.力臂一定在杠杆上
C.只有静止或匀速转动时,才叫杠杆的平衡 D.杠杆长就是动力臂加上阻力臂的长度
【答案】C
【详解】A.从支点到动力作用线的垂线段叫动力臂,故A错误;
B.只有杠杆是直的,并且只有力与杠杆垂直时,力臂才在杠杆上,故B错误;
C.杠杆静止不动或匀速转动时,属于杠杆平衡,是处于平衡状态,故C正确;
D.杠杆长度与动力臂、阻力臂长度之间没有确定的关系,动力臂与阻力臂的长度之和不一定等于杠杆的长度,故D错误。
故选C。
4. 如图所示,小华用苹果和橘子来玩跷跷板。她将苹果、橘子分别放在轻杆的左、右两端,放手后,杆马上转动起来。使杆顺时针转动的力是( )
A.苹果的重力 B.橘子的重力 C.杆对橘子的支持力 D.橘子对杆的压力
【答案】D
【详解】桔子和苹果对杠杆的压力分别为动力和阻力,因此使杠杆顺时针转动的力是橘子对杆的压力,重力作用在自身上,因此使杆顺时针转动的力不是桔子或苹果的重力。故ABC不符合题意,D符合题意。
故选D。
5. 如图是用撬棒撬石头的情景,下图中关于该撬棒使用时的杠杆示意图正确的是( )。
A. B. C. D.
【答案】A。
知道动力的方向,根据动力和阻力使杠杆转动的效果相反可确定阻力的方向;力臂是从支点向力的作用线作垂线。考查学生对力臂的画法掌握情况,明确力臂的定义是作图的关键,难度不大。
用撬棒撬石头时,动力为人对撬棒施加的竖直向下的作用力F1,从支点O向动力F1的作用线作垂线段,即为动力臂l1;
阻力是石头对撬棒的作用力F2,方向竖直向下,反向延长F2,从支点O向阻力F2的作用线作垂线段,即为阻力臂l2;故A正确,BCD错误。
6. 如图所示,夹食物时两根筷子都可以看作杠杆,能正确表示其中一根杠杆的支点O、杠杆受到的动力F1和阻力F2的是( )
A. B.C. D.
【答案】D
【详解】观察使用筷子的过程如下图所示,O点为支点,物体作用在筷子B点向上的力为阻力F2,手指作用在筷子A点向下的力为动力即F1。
故ABC错误,D正确。
故选D。
7. 如图是简易起重机,OA是吊臂,它是一个杠杆,可以绕O点上下转动,地面上的卷扬机拉动绳子将重物提起。画出杠杆OA的动力臂L1和阻力F2、阻力臂L2。
【答案】
阻力F2是重物对杠杆的拉力,作用点在杠杆上的A点,方向竖直向下;
已知支点为O,过点O作力F1的垂线段L1;作力F2的垂线段L2,那么L1、L2即为所求作的力臂,如图所示:
8. 如图所示,轻质杠杆的支点在O点,在杠杆A点用力F1竖直向上拉。请画出拉力F1的力臂和作用在杠杆上阻力F2的示意图。
【答案】
杠杆A点用力F1竖直向上拉,那么F1就是动力,物体的重力G就是阻力F2。
9. 试画出力F1、F2的力臂。
【答案】如图所示:
1. 下列关于杠杆的说法中,正确的是( )
A.杠杆一定是直的硬棒
B.动力臂与阻力臂之和一定等于杠杆的长度
C.杠杆不一定有支点
D.杠杆受到的动力和阻力方向可能是相同的
【答案】D
【详解】A.杠杆可以是直棒,也可以是弯曲的,故A错误;
B.力臂是指支点到力的作用线的垂线段,动力臂与阻力臂之和不一定等于杠杆的长度,故B错误;
C.由杠杆的定义可知,杠杆一定有支点,故C错误;
D.作用在杠杆上的两个力在支点的异侧时,这两个力的方向可能相同,故D正确。
故选D。
2. 下列物体中能作为杠杆的是( )
A.一把剪刀 B.一段橡胶软管 C.一根弹簧 D.一段棉线
【答案】A
【详解】一根硬棒,在力的作用下如果能绕着固定点转动,这跟硬棒就叫杠杆,杠杆可以是直的,也可是弯的,但一定是硬棒,即不能变形的棒,故BCD不符合题意,A符合题意。
故选A。
3. 如图为切纸刀正在切纸的示意图,F1为动力,F2为阻力,其中正确的是图( )
A. B. C. D.
【答案】B
【详解】切纸刀在使用时,是省力杠杆,动力F1<阻力F2,动力F1的方向竖直向下,切纸刀受到纸的作用力F2的方向垂直切纸刀向上。
故选B。
4. 杆秤是中国发明的传统衡器,使用时可视为一个杠杆,把物品放入秤盘中,将秤砣拨至合适的位置使杆秤静止后,对应的刻度值即为物品的质量,如图所示。下列各图能正确表示其工作原理的是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【详解】杆秤中间用手拉着的提钮为支点,秤盘中的物体质量较大,对杆秤向下的拉力为动力,力臂较小,秤砣质量较小,对杆秤向下的拉力为阻力,力臂较大,故C符合题意,ABD不符合题意。
故选C。
5. 如图甲所示,是用羊角锤拔铁钉的情景。羊角锤可看成一个杠杆,其动力和阻力示意图如图所示,其中正确的是( )
A. B.C. D.
【答案】C
【详解】由图可知,用羊角锤拔铁钉时,铁钉的阻力F2是向下的,O为支点,要想拔掉钉子,动力F1的方向应向右上方,故C正确,ABD错误。
故选C。
6. 如图所示为赛艇比赛时的情景,此时船桨可看作一个杠杆,F1为动力,F2为阻力,则下列选项中船桨模型合理的是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【详解】如题图所示,船桨与船的接触点为支点O,手与桨上端的接触点为动力作用点,水与桨下端接触点为阻力作用点,手给桨一个向下的作用力,桨抬起,水给桨下端一个阻力,故ABC不符合题意,D符合题意。
故选D。
7. 如图所示,O是支点,在B端挂一重物,为使杠杆平衡,要在A端加一个力,下列说法中正确的是( )
A.F1的力臂为OD
B.F2的力臂为AD
C.F3的力臂为OA
D.沿三个方向力的大小一样
【答案】C
【详解】ABC.由图可知,A为动力作用点,O为支点,F1的力臂为OC,F2的力臂为OD,F3的力臂为OA,故AB错误,C正确;
D.在阻力和阻力臂一定时,动力和动力臂成反比,由图可知,因为A为动力作用点,O为支点,故OA为最长的动力臂,因此在A点施力,当施力的方向与OA垂直时最省力,即与OA连线垂直的方向F3最小,故D错误。
故选C。
8. 如图所示的杠杆,动力F的力臂是( )
A.OC B.AB C.CA D.OA
【答案】D
【详解】力臂是指从支点到力的作用线的距离;由图可知,动力F的作用线沿FA方向,OA垂直FA,则动力F的力臂是线段OA。
故选D。
9. 如图所示是农民拔去地里的棉杆工具,使用时,将小铲着地,用虎口夹住棉杆的下部,然后在套管上用力,棉杆就拔出来了,该农具整体视为杠杆,则支点、动力作 用点、阻力作用点对应下列位置正确的是(( )
A.转轴—虎口—套管 B.虎口—转轴—套管
C.小铲—虎口—套管 D.小铲—套管—虎口
【答案】D
【详解】将小铲着地,整个杠杆是绕着小铲转动的,故小铲为杠杆的支点;要让杠杆转动,在套管上用力,故套管为动力作用点;虎口处夹着棉花杆,棉花杆会对虎口处施加一个阻碍杠杆转动的力,故虎口为阻力作用点。所以支点、动力作用点、阻力作用点对应的位置分别为:小铲—套管—虎口。故ABD错误,D正确。
故选D。
10. 如题图所示,杠杆AOB的A端在绳子拉力的作用下将B端物体悬挂起,画出A端所受拉力F及F的力臂L;
【答案】
11. 请题图中作出物体所受重力的示意图,并画出动力的力臂。
【答案】
12. 完成以下作图。在图中画出力F的力臂。
【答案】
学科网(北京)股份有限公司
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