内容正文:
第三章 运动和力的关系
第1节 牛顿第一定律、牛顿第三定律
链接教材·夯基固本
梳理·必备知识
一、匀速直线 静止 力 惯性 维持 改变 加速度 匀速直线 静止 质量 固有
二、1.相互 2.(1)相等 相反 (2)F=-F' (3)反作用力
激活·基本技能
一、(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)× (6)×
二、1.B [狗拉雪橇匀速前进时,狗拉雪橇的力等于雪橇所受的滑动摩擦力,跟雪橇的运动速度大小无关,故A错误;如果摩擦力可忽略不计,没有狗的拉力,雪橇由于惯性也能做匀速直线运动,故B正确;狗拉雪橇的力和雪橇拉狗的力是一对相互作用力,大小总是相等,故C、D错误。故选B。]
2.D [一切物体的“自然运动”都是速度不变的运动,力是迫使物体做“受迫运动”的原因,A、B正确;因物体具有惯性,竖直向上抛出的物体,受到了重力,向上的速度先减小到零后再反向向下运动,C正确;随桌面转动的盘子向桌子边缘滑去,并没有受到向外的力,而是盘子所需要的向心力超过了桌面给盘子的摩擦力,故D错误。]
3.D [人对沼泽地的压力与沼泽地对人的支持力是一对作用力与反作用力,故二力大小一定相等,故A、B、C错误,D正确。]
细研考点·突破题型
考点1
1.B [如果不选定参考点,就不能确定是位于东,还是位于西,这体现了位置描述的相对性,故A错误;力可以使物体由动到静,说明力是改变物体运动状态的原因,故B正确;惯性是物体的固有属性,只与质量有关,与运动状态无关,故C错误;力气很大的人也不能把自己举起来,说明相互作用力不是作用在同一个物体上的,作用效果不会抵消,故D错误。故选B。]
2.B [只要物体受到的合力不为零,不论是否是恒力,运动状态都要发生变化,故A项错误,B项正确;物体所受合力方向不一定与运动方向相同,故D项错误;合力为零时,物体可能处于静止状态也可能做匀速直线运动,故C项错误。]
3.A [斜面实验中,属于科学推理的是②③④,A错误。伽利略得出:运动物体如果不受其他物体的作用,将会做匀速直线运动一直运动下去。伽利略由此开创了实验和推理相结合的科学研究方法,B正确。伽利略得出力是改变物体运动状态的原因后,推翻了亚里士多德的观点:力是维持物体运动的原因。因此过去我们对“运动和力的关系”一直错误地认为力是维持物体运动的原因,C正确。由牛顿第一定律可知,一切物体在没有受到外力作用时总保持静止状态或匀速直线运动状态,D正确。]
考点2
典例 C [物体对斜面的压力和斜面对物体的支持力是一对作用力与反作用力,物体对斜面的摩擦力和斜面对物体的摩擦力也是一对作用力与反作用力,故A、B错误;重力产生两个效果,使物体紧压斜面,使物体有沿斜面下滑的趋势,故可以将重力分解为沿斜面向下的分力和垂直斜面向下的分力,不是对斜面的压力,故D错误;斜面对物体的作用力是支持力和摩擦力的合力,与重力平衡,所以物体所受的重力和斜面对物体的作用力是一对平衡力,故C正确。]
跟进训练
1.D [小车受重力、支持力、驱动力和木板对小车的摩擦力,A错误;木板对小车的作用力包括竖直向上的支持力和水平方向的摩擦力,根据平行四边形定则可知合力方向一定不在水平方向,B错误;根据牛顿第三定律可知,作用力和反作用力总是大小相等、方向相反,C错误,D正确。]
2.C [“电动平衡车”加速行驶时,车对人的作用力有水平方向的分力,则车对人的作用力方向斜向上,对人受力分析,如图所示,竖直方向上由平衡条件有Fsin α=mg,水平方向上由牛顿第二定律有Fcos α=ma,解得 F=,a=,可知“电动平衡车”加速行驶时,车对人的作用力大于人的重力,车对人的作用力方向斜向上与加速度的大小有关,故A错误,C正确;“电动平衡车”匀速行驶时,车对人的作用力竖直向上,与人对车的压力是一对相互作用力,大小相等,方向相反,故B错误;“电动平衡车”匀速行驶时,对平衡车受力分析,竖直方向上由平衡条件可知,地面对平衡车的支持力大小等于平衡车受到的重力大小和人对平衡车压力大小之和,故D错误。故选C。]
3.A [环在竖直方向上受重力及箱子内的杆给它的竖直向上的摩擦力Ff,受力情况如图甲所示,根据牛顿第三定律,环应给杆一个竖直向下的摩擦力F'f,故箱子竖直方向上受重力Mg、地面对它的支持力FN及环给它的摩擦力F'f,受力情况如图乙所示,由于箱子处于平衡状态,可得FN=F'f+Mg=Ff+Mg。根据牛顿第三定律,箱子对地面的压力大小等于地面对箱子的支持力,即F'N=Mg+Ff,故选项A正确。 ]
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牛顿第一定律、牛顿第三定律
一、牛顿第一定律、惯性
牛顿第一定律
内
容
一切物体总保持________运动状态或________状态,除非作用在它上面的________迫使它改变这种状态
意
义
(1)揭示了物体的固有属性:指出了一切物体都有惯性,因此牛顿第一定律又叫________定律
(2)揭示了运动和力的关系:指出力不是________物体运动状态的原因,而是________物体运动状态的原因,即是产生________的原因
惯性
定
义
物体具有保持原来________运动状态或________状态的性质
量度
________是惯性大小的唯一量度,质量大的物体惯性大,质量小的物体惯性小
普遍性
惯性是一切物体都具有的性质,是物体的________属性,与物体的运动情况和受力情况无关
二、牛顿第三定律
1.作用力和反作用力
两个物体之间的作用总是________的,一个物体A对另一个物体B施加了力,物体B一定也同时对物体A施加了力。
2.牛顿第三定律
(1)内容:两个物体之间的作用力与反作用力总是大小________,方向________,作用在同一条直线上。
(2)表达式:________。
(3)意义:建立了相互作用物体之间的联系及作用力与________的相互依赖关系。
一、易错易误辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)牛顿第一定律不能用实验验证。 ( )
(2)在水平面上滑动的木块最终停下来,是因为没有外力维持木块运动。 ( )
(3)物体运动时受到惯性力的作用。 ( )
(4)两物体相互作用时,先有作用力,后有反作用力。 ( )
(5)人走在松软的土地上下陷时,人对地面的压力大于地面对人的支持力。
( )
(6)作用力与反作用力等大,反向,其合力为零。 ( )
二、教材习题衍生
1.(牛顿第一定律的应用)如图所示是东北某地爷孙俩在水平的雪地里玩耍时狗拉雪橇的图片,忽略摩擦力以外的其他阻力,以下说法正确的是( )
A.狗拉雪橇匀速前进时,雪橇的运动速度越大,狗拉雪橇的力也越大
B.如果摩擦力可忽略不计,没有狗的拉力,雪橇也能做匀速直线运动
C.狗拉雪橇做加速运动时,狗拉雪橇的力大于雪橇拉狗的力
D.狗拉雪橇的力和雪橇拉狗的力是一对平衡力,大小始终相等
2.(牛顿第一定律的理解与应用)亚里士多德在其著作《物理学》中说:一切物体都具有某种“自然本性”,物体由其“自然本性”决定的运动称之为“自然运动”,而物体受到推、拉、提、举等作用后的非“自然运动”称之为“受迫运动”。伽利略、笛卡儿、牛顿等人批判地继承了亚里士多德的这些说法,建立了新物理学。新物理学认为一切物体都具有的“自然本性”是“惯性”。下列关于“惯性”和“运动”的说法中不符合新物理学的是( )
A.一切物体的“自然运动”都是速度不变的运动——静止或者匀速直线运动
B.作用在物体上的力,是使物体做“受迫运动”即变速运动的原因
C.竖直向上抛出的物体,受到了重力,却没有立即反向运动,而是继续向上运动一段距离后才反向运动,是由于物体具有惯性
D.可绕竖直轴转动的水平圆桌转得太快时,放在桌面上的盘子会向桌子边缘滑去,这是由于“盘子受到的向外的力”超过了“桌面给盘子的摩擦力”
3.(牛顿第三定律的理解)沼泽的下面蕴藏着丰富的泥炭,泥炭是沼泽地积累的植物残体,它的纤维状和海绵状的物理结构导致人在其表面行走时容易下陷。若人下陷的过程是先加速运动后匀速运动,下列判断正确的是( )
A.加速运动时人对沼泽地的压力大于沼泽地对他的支持力
B.加速运动时人对沼泽地的压力小于沼泽地对他的支持力
C.人对沼泽地的压力先大于后等于沼泽地对他的支持力
D.人对沼泽地的压力大小总等于沼泽地对他的支持力
牛顿第一定律和惯性
1.(对惯性的认识)中国古代的先哲们在认识自然的过程中提出了很多物理学观点,闪烁着智慧的光芒。下列观点中与你所学的物理学知识吻合的是( )
A.《淮南子·齐俗训》中指出:“趋舍礼俗,犹室宅之居也,东家谓之西家,西家谓之东家,虽皋陶为之理,不能定其处。”意思是,如果不选定参考点,就不能确定是位于东,还是位于西,这说明任何物体都处于永恒的运动中
B.《墨经》中指出:“力,形之所以奋也。”意思是力可以使物体由动到静,说明力是改变物体运动的原因
C.《论衡·效力篇》中指出:“机不能动发,鲁缟不能穿。”意思是说静止的物体没有惯性
D.《韩非子·观行》中指出:“有乌获之劲,而不得人助,不能自举。”意思是力气很大的人也不能把自己举起来,说明一对相互作用力的效果可以相互抵消
2.(对牛顿第一定律的理解)(2024·江苏常州月考)牛顿第一定律揭示了运动状态与所受外力的关系,下列说法中正确的是( )
A.物体受到恒定的力作用时,它的运动状态不发生改变
B.物体受到不为零的合力作用时,它的运动状态要发生改变
C.物体受到的合力为零时,它一定处于静止状态
D.物体的运动方向一定与它所受的合力的方向相同
3.(对伽利略理想斜面实验的认识)人类对“运动和力的关系”的认识经历了一个曲折漫长的探索过程。如图是伽利略理想斜面实验,小婷同学在探究过程中经历了如下步骤:
①两个对接的斜面,让小球沿一个斜面从静止滚下,小球将滚上另一个斜面。
②如果没有摩擦,小球将上升到原来释放时的高度。
③减小第二个斜面的倾角,小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度。
④继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成水平面,小球将沿水平面以恒定速度持续运动下去。
下列说法不正确的是( )
A.其中①属于科学推理
B.伽利略得出:运动物体如果不受其他物体的作用,将会做匀速直线运动一直运动下去,伽利略由此开创了实验和推理相结合的科学研究方法
C.而过去我们对“运动和力的关系”一直错误的认识是力是维持物体运动的原因
D.牛顿在伽利略的基础上总结、归纳,最后得出了举世闻名的牛顿第一定律,其内容是一切物体在没有受到外力作用时总保持静止状态或匀速直线运动状态
1.牛顿第一定律的意义
(1)提出惯性的概念:牛顿第一定律指出一切物体都具有惯性,惯性是物体的一种固有属性。
(2)揭示力与运动的关系:力是改变物体运动状态的原因,而不是维持物体运动状态的原因。
2.惯性的两种表现形式
(1)物体的惯性总是以保持“原状”或反抗“改变”两种形式表现出来。
(2)物体在不受外力或所受的合外力为零时,惯性表现为使物体保持原来的运动状态不变(静止或匀速直线运动)。
牛顿第三定律
1.相互作用力的特点
(1)三同
(2)三异
(3)二无关
2.一对平衡力和作用力与反作用力的比较
名称
项目
一对平衡力
作用力与反作用力
作用对象
同一个物体
两个相互作用的不同物体
作用时间
不一定同时产生、同时消失
一定同时产生、同时消失
力的性质
不一定相同
一定相同
作用效果
可相互抵消
不可抵消
[典例] 如图所示,物体静止在斜面上,下列说法正确的是( )
A.物体对斜面的压力和斜面对物体的支持力是一对平衡力
B.物体对斜面的摩擦力和斜面对物体的摩擦力是一对平衡力
C.物体所受重力和斜面对物体的作用力是一对平衡力
D.物体所受重力可以分解为沿斜面向下的力和对斜面的压力
[听课记录]
“两看”巧分作用力、反作用力与平衡力
一看:受力物体。作用力和反作用力应作用在两个相互作用的物体上。
二看:产生的原因。作用力和反作用力是由于相互作用而产生的,一定是同种性质的力。
[跟进训练]
作用力与反作用力的特点
1.(2021·浙江1月选考)如图所示,电动遥控小车放在水平长木板上面,当它在长木板上水平向左加速运动时,长木板保持静止,此时( )
A.小车只受重力、支持力作用
B.木板对小车的作用力方向水平向左
C.木板对小车的作用力大于小车对木板的作用力
D.木板对小车的作用力与小车对木板的作用力大小一定相等
作用力、反作用力与平衡力
2.“电动平衡车”是青少年非常喜欢的一种代步工具。如图所示,人站在“电动平衡车”上在某水平地面上沿直线前进,不计空气阻力,下列说法中正确的是( )
A.“电动平衡车”加速行驶时,车对人的作用力等于人的重力
B.“电动平衡车”匀速行驶时,车对人的作用力大小大于人对车的压力大小
C.“电动平衡车”加速行驶时,车对人的作用力方向斜向上与加速度的大小有关
D.“电动平衡车”匀速行驶时,平衡车受到的重力和地面对平衡车的支持力是一对平衡力
牛顿第三定律在受力分析中的应用—转换研究对象
3.一个箱子放在水平地面上,箱内有一固定的竖直杆,在杆上套着一个环,箱与杆的质量为M,环的质量为m,如图所示。已知环沿杆匀加速下滑时,环与杆间的摩擦力大小为Ff,则此时箱子对地面的压力大小为( )
A.Mg+Ff B.Mg-Ff
C.Mg+mg D.Mg-mg
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课时分层作业(七)
1.A [该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据,故A正确;虽然是借助想象的实验,但是它建立在可靠的实验基础上,其结果是可信的,故B错误;伽利略由此推翻了亚里士多德的观点,认为力不是维持物体运动的原因,而是改变物体运动状态的原因,故C、D错误。故选A。]
2.D [牛顿第一定律是在“理想实验”的基础上总结出来的,不是实验定律,故A错误;牛顿第一定律指出了惯性的概念,同时表明了力和运动的关系以及物体所受合力为零时物体的运动规律,故B、C错误,D正确。]
3.B [由题意知,小球在水平方向上不受外力作用,由牛顿第一定律,小球在此方向上将保持原有的运动状态不变,即静止而不向左或向右运动,只有竖直方向上的运动,因此运动轨迹是一条竖直向下的直线。]
4.D [一手拿着球筒的中部,另一手用力击打羽毛球筒的上端,羽毛球筒在力的作用下向下运动,而羽毛球由于惯性而保持静止,所以羽毛球会从筒的上端出来,故D正确。]
5.D [从题图乙可发现两钩子的拉力总是大小相等,方向相反,同时产生,同时变化,同时消失,作用在不同物体上,故选项D正确。]
6.C [物体受到力的作用后,运动状态发生改变,但物体的惯性完全由物体的质量决定,与物体的受力及运动速度无关,选项A、B、D均错误;一切物体都具有惯性,所以让物体受力使其速度发生改变,都需要一定时间,选项C正确。]
7.D [击球的过程中,水球所受弹力是由于球拍发生形变产生的,故A错误;击球的过程中,水球对“球拍”的作用力与“球拍”对水球的作用力,二者大小相等、方向相反,作用在两个物体上,故二者为作用力与反作用力,故 B错误;牛顿第一定律是理想的情况,并不能通过实验直接验证,故C错误;梦天实验舱内,水球的质量越大,其惯性就越大,故D正确。故选D。]
8.B [甲拉小车的力和乙拉小车的力作用在同一物体上,不是作用力和反作用力,A错误;不计小车与地面之间的摩擦力,小车静止时受到两个拉力而处于平衡状态,这两个拉力是一对平衡力,B正确;小车拉甲的力跟甲拉小车的力是作用力和反作用力,两力大小是相等的,C错误;同理,D错误。]
9.A [缓慢增加拉力时,CD上的力较大,故CD先断;快速猛力一拉,重球惯性较大,速度变化慢,CD上的拉力瞬间几乎没变,故AB先断,所以选项A正确。]
10.A [本题考查相互作用力与受力角度问题。杆的质量不计,可知F1、F2为两人之间的相互作用力,故F1=F2,比赛中决定胜负的是人受到的最大静摩擦力的大小,甲获胜,则说明甲受到的摩擦力大,甲对地的正压力大,而两人重力大小相同,则说明甲是通过增大身体的倾角借助杆上的推力增大了对地面的压力,所以α1>α2,A正确。]
11.A [小车突然向右运动时,由于惯性,铁球和乒乓球都“想”保持原有的静止状态,由于与同体积的“水球”相比铁球的质量大,惯性大,铁球的运动状态难改变,而同体积的“水球”的运动状态容易改变,所以小车加速向右运动时,铁球相对于小车向左运动。 同理,由于与同体积的“水球”相比乒乓球的质量小,惯性小,乒乓球相对于小车向右运动。]
12.B [根据牛顿第二定律可知,车厢壁对物块的弹力为F=ma,故A错误;在竖直方向上,车厢壁对物块的摩擦力与物块的重力平衡,若车厢的加速度变大,车厢壁对物块的静摩擦力不变,故B正确,C错误;根据牛顿第三定律可知在水平方向上,车厢壁对物块的弹力与物块对车厢壁的压力是一对相互作用力,故D错误。故选B。]
13.解析:(1)由于A环匀速下滑,由平衡条件可知,A环的摩擦力等于A环的重力,由牛顿第三定律可知,B受到A的摩擦力大小为A环的重力,方向向下,所以框架B对地面的压力为mg+Mg。
(2)以A环为研究对象,由牛顿第二定律有
mg-FfBA=ma
得FfBA=mg-ma
以框架B为研究对象,由平衡条件得FN=Mg+FfAB=Mg+mg-ma
由牛顿第三定律可知,框架B对地面的压力为Mg+mg-ma。
(3)圆环A自由下滑时,AB之间无摩擦力作用,所以框架B受重力与地面的支持力等大反向,由牛顿第三定律可知,框架B对地面的压力为框架B的重力大小即为Mg。
答案:(1)Mg+mg (2)Mg+mg-ma (3)Mg
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课时分层作业(七) 牛顿第一定律、牛顿第三定律
题组一 牛顿第一定律的理解
1.如图所示是伽利略的“理想实验”,根据该实验,下列说法正确的是( )
A.该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据
B.该实验是理想实验,是在思维中进行的,无真实的实验基础,故其结果并不可信
C.该实验充分证实了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的结论
D.该实验说明物体的运动需要力来维持
2.下列关于牛顿第一定律的说法中正确的是( )
A.牛顿第一定律是实验定律
B.牛顿第一定律只是提出了惯性的概念
C.牛顿第一定律提出了当物体受到的合外力为零时,物体将处于静止状态
D.牛顿第一定律既提出了物体不受外力作用时的运动规律,又提出了力是改变物体运动状态的原因
3.(2024·江苏淮安市联考)如图所示,一个劈形物体M,各面均光滑,放在固定的斜面上,上表面水平,在上表面放一光滑小球m,劈形物体从静止开始释放,则小球在碰到斜面前的运动轨迹是( )
A.沿斜面向下的直线 B.竖直向下的直线
C.无规则曲线 D.抛物线
4.(2023·江苏梁丰高级中学一模)某同学为了取出如图所示羽毛球筒中的羽毛球,一手拿着球筒的中部,另一手用力击打羽毛球筒的上端,则( )
A.此同学无法取出羽毛球
B.羽毛球会从筒的下端出来
C.羽毛球筒向下运动过程中,羽毛球受到向上的摩擦力才会从上端出来
D.该同学是在利用羽毛球的惯性
题组二 牛顿第三定律的理解和应用
5.图甲为传感器显示变速运动中两物体的作用力与反作用力的实验装置,图乙为两个钩子的受力情况,横坐标是时间,纵坐标是力的大小。则从图像上可以获得的信息有( )
A.任何时刻作用力与反作用力大小相等,方向相反,作用在同一物体上
B.任何时刻作用力与反作用力大小相等,方向相同
C.作用力与反作用力同时产生但不同时消失
D.作用力与反作用力同时产生同时消失
6.关于惯性的认识,以下说法正确的是( )
A.物体受到力的作用后,运动状态发生改变,惯性也随之改变
B.置于光滑水平面上的物体,即使质量很大也能被拉动,说明惯性与物体的质量无关
C.让物体的速度发生改变,无论多快,都需要一定时间,这是因为物体具有惯性
D.同一物体沿同一水平面滑动,速度较大时停下来需要的时间较长,说明惯性与速度有关
7.“天宫课堂”第四课于2023年9月21日下午开课,神舟十六号航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮在中国空间站梦天实验舱面向全国青少年进行太空科普授课。在奇妙“乒乓球”实验中,航天员朱杨柱用水袋做了一颗水球,桂海潮用白毛巾包好的球拍击球,水球被弹开。对于该实验说法正确的是( )
A.击球过程中,水球所受弹力是由于水球发生形变产生的
B.击球过程中,水球对“球拍”的作用力与“球拍”对水球的作用力是一对平衡力
C.梦天实验舱内可进行牛顿第一定律的实验验证
D.梦天实验舱内,水球质量越大其惯性越大
8.如图所示,小车放在水平地面上,甲、乙二人用力向相反方向拉小车,不计小车与地面之间的摩擦力,下列说法正确的是( )
A.甲拉小车的力和乙拉小车的力是一对作用力和反作用力
B.小车静止时甲拉小车的力和乙拉小车的力是一对平衡力
C.若小车加速向右运动,表明小车拉甲的力大于甲拉小车的力
D.若小车加速向右运动,表明乙拉小车的力大于小车拉乙的力
9.(2024·苏州中学月考)如图所示,重球系于线DC下端,重球下再系一根同样的线BA,整个装置处于平衡状态,下面说法中正确的是( )
A.在线的A端慢慢向下增加拉力,结果CD线被拉断
B.在线的A端慢慢向下增加拉力,结果AB线被拉断
C.在线的A端突然向下猛力一拉,结果AB、CD同时拉断
D.在线的A端突然向下猛力一拉,结果CD线被拉断
10.身高和质量完全相同的两人穿同样的鞋在同一水平地面上通过一轻杆进行“顶牛”比赛,试图迫使对方后退。设甲、乙两人对杆的推力大小分别是F1、F2,甲、乙两人身体因前倾而偏离竖直方向的夹角分别为α1、α2,倾角α越大,此刻人手和杆的端点位置就越低,如图所示,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,若甲获胜,则( )
A.F1=F2,α1>α2 B.F1>F2,α1=α2
C.F1=F2,α1<α2 D.F1>F2,α1>α2
11.(2024·江苏盐城模拟)如图所示,一只盛水的容器固定在一个小车上,在容器中分别悬挂和拴住一只铁球和一只乒乓球,容器中水和铁球、乒乓球都处于静止状态,当容器随小车突然向右运动时,两球的运动状况是(以小车为参考系)( )
A.铁球向左,乒乓球向右
B.铁球向右,乒乓球向左
C.铁球和乒乓球都向左
D.铁球和乒乓球都向右
12.如图,当车厢向右以加速度a匀加速行驶时,一质量为m的物块紧贴在车厢壁上,相对于车厢壁静止,随车一起运动,则下列说法正确的是( )
A.车厢壁对物块的弹力为mg
B.在竖直方向上,车厢壁对物块的摩擦力与物块的重力平衡
C.若车厢的加速度变大,车厢壁对物块的静摩擦力也变大
D.在水平方向上,车厢壁对物块的弹力与物块对车厢壁的压力是一对平衡力
13.如图所示,静止在水平地面上的框架B的质量为M,圆环A的质量为m,在下述情况下求框架B对地面的压力。
(1)圆环A以速度v匀速下滑时;
(2)圆环A以加速度a(a<g)加速下滑时;
(3)圆环A自由下滑时。
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