4.2 实验:探究加速度与力、质量的关系 分层练习-2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册
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内容正文:
4.2 实验:探究加速度与力、质量的关系 分层练习
2026-2027学年高一物理同步备课系列【基础题】——解析版
【A组同步训练】
1.(2025高一上·拱墅期末)物理学发展历程中,科学家们在各自的领域做出了巨大贡献的同时形成了许多物理思想和物理方法,下列叙述不正确的是( )
A.把物体看成质点运用了等效替代的思想
B.瞬时速度的定义用到了极限的思想
C.求匀变速直线运动位移用到了微元的思想
D.“探究加速度与力,质量的关系”实验时用到了控制变量法
【答案】A
【解析】本题考查物理学中常用的基本研究方法,在学习物理的过程中要注意掌握相应的物理方法,如:控制变量法、理想模型法、微分法、放大法、等效替代法等。A.把物体看成质点运用了理想化模型,A错误;
B.由,可知当时的平均速度趋近于某点的瞬时速度,故瞬时速度的定义用到了极限的思想,B正确;
C.求匀变速直线运动位移时,将其看成很多小段匀速直线运动的累加,用到了微元的思想,C正确;
D.“探究加速度与力,质量的关系”实验时用到了控制变量法,D正确。
故选A。
2.用图示装置做“探究物体的加速度与力、质量的关系”的实验,下列操作中正确的是( )
A.电火花打点计时器选用4~6V交流电源
B.平衡摩擦力时将砝码盘通过细线挂在小车上
C.实验中,释放小车与接通打点计时器需同时进行
D.实验中改变小车的质量后,不需要重新平衡摩擦力
【答案】D
【解析】A:电火花打点计时器使用220V交流电源,而非4~6V,A错误;
B:平衡摩擦力时应撤去砝码盘,轻推小车,通过纸带判断是否匀速,B错误;
C:实验中需先接通计时器,再释放小车,以保证纸带起始点的准确性,C错误;
D:平衡摩擦力的本质是(可约去),因此改变小车质量后,无需重新平衡摩擦力,D正确。
故答案为:D。
3.“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示.实验中,为使小车运动时所受的拉力近似等于盘和重物的总重力,则盘和重物的总质量m与小车的质量M应满足的关系是( )
A.m远大于M B.m远小于M C.m略大于M D.m略小于M
【答案】B
【解析】解决实验问题首先要掌握该实验原理,了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项。以整体为研究对象,根据牛顿第二定律有:
解得:
以M为研究对象,得绳子的拉力为:
显然要有F=mg,必有,即只有时才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力.故选B.
4.(2025·乐山模拟)在“探究加速度与力的关系”实验中,某同学使用了如图甲所示的装置。
(1)该同学探究加速度a和拉力F的关系时, 应该保持不变。
(2)该同学将沙和沙桶的重力作为拉力F来处理数据,并作出了a-F图像,如图乙所示,图中的图线不过原点的原因是 ,图中图线发生弯曲的原因是 。
【答案】(1)小车质量
(2)平衡摩擦力过度;沙和沙桶的总质量未远远小于小车质量
【解析】本题考查探究加速度与物体质量、物体受力的关系,要注意明确实验原理,同时注意明确实验中误差情况分析方法。
(1)本实验采用控制变量法,该同学探究加速度a和拉力F的关系时,小车质量应该保持不变。
(2)图中当F=0时a≠0,也就是说当绳子上没有拉力时,小车的加速度不为0,说明小车的摩擦力小于重力的分力,所以原因是平衡摩擦力过度。
对小车由牛顿第二定律可得
对沙和沙桶由牛顿第二定律可得
解得
要使得绳子拉力等于沙和沙桶的重力大小,必有
而不满足时,随沙和沙桶的重力的增大物体的加速度a逐渐减小。所以图中图线发生弯曲的原因是沙和沙桶的总质量未远远小于小车质量。
5.在做“探究加速度与力、质量的关系”实验中:
(1)下列仪器需要用到的是_____(多选);
A. B.
C. D.
(2)下列说法正确的是_____(多选);
A.拉小车的细线应与长木板平行
B.纸带与小车相连一端的点迹较疏
C.轻推小车,拖着纸带的小车能够匀速下滑说明摩擦力已被平衡
D.增加小车质量时,需要重新平衡摩擦力
(3)如图所示为一次记录小车运动情况的纸带。图中A、B、C、D、E为相邻的计数点,相邻计数点的时间间隔为。(结果均保留3位有效数字)
①D点的瞬时速度大小为 ;
②运动小车的加速度大小为 。
【答案】(1)A;D
(2)A;C
(3)1.58;3.53
【解析】解决本题的关键知道实验的原理和误差的来源,掌握纸带的处理方法,会通过纸带求解瞬时速度和加速度,关键是匀变速直线运动推论的运用。
(1)做“探究加速度与力、质量的关系”实验中,需要测加速度与质量,所以需要打点计时器打出纸带,利用纸带数据计算加速度,需要用天平测质量;不需要弹簧测力计和秒表。
故选AD。
(2)A.为了保证小车运动过程受到的细线拉力恒定不变,拉小车的细线应与长木板平行,故A正确;
B.纸带与小车相连端的点迹分布较密,因为小车开始速度较小,故B错误;
C.轻推小车,拖着纸带的小车能够匀速下滑说明摩擦力已被平衡,故C正确;
D.平衡摩擦力时,有
可得
可知增加小车质量时,不需要重新平衡摩擦力,故D错误。
故选AC。
(3)①D点的瞬时速度大小为
②根据逐差法可得,运动小车的加速度大小为
【B组难点突破】
6.某实验小组设计的“探究加速度与力,质量的关系”的实验装置简图如图甲所示,小车质量远大于砝码质量,请回答以下问题。
(1)该实验中使用的电磁打点计时器使用的电源是___。
A.直流电 B.交流电
C.左右直流电 D.左右交流电
(2)该实验小组的同学探究加速度与质量的关系时,从中选出了其中一条清晰的纸带,如图乙所示,每相邻两个计数点之间还有4个点没有画出。已知打点计时器每打一个点,则打下点时小车的速度为 ,小车的加速度为 。(以上结果均保留两位有效数字)
【答案】(1)D
(2)0.54;1.5
【解析】(1)该实验中使用的电磁打点计时器使用的电源是8V左右交流电,故选D。
(2)打下点时小车的速度为
小车的加速度为
7.(2026·杭州模拟)小明同学利用如图甲所示的实验装置“探究加速度与力、质量的关系”。
(1)本实验采用的实验方法是______;
A.理想模型法 B.等效替代法 C.控制变量法
(2)安装好器材后,将小车放在长木板上,不挂槽码,把木板不带滑轮的一端慢慢垫高,直至轻推小车后纸带上打出的点迹分布均匀,该操作的目的是 ;
(3)图乙为打点计时器打出的部分纸带,电源的频率为50Hz,测得,,,,小车的加速度大小 (结果保留两位有效数字);
(4)本实验方案主要的误差来源于:牵引小车的槽码也在做加速运动,致使小车所受的拉力 (选填“小于”或“大于”)槽码的重力。
【答案】(1)C
(2)补偿阻力(平衡阻力)
(3)0.40
(4)小于
【解析】(1)探究加速度与力、质量的关系,先控制质量一定,探究加速度与力的关系,再控制力一定,探究加速度与质量的关系;本实验采用的实验方法是控制变量法。
故答案为:C。
(2)为了使小车所受绳子的拉力等于小车的合外力,则应平衡摩擦力。而平衡摩擦力的方法是将小车放在水平长木板上,不挂槽码,把木板不带滑轮的一端慢慢垫高,轻推小车,直至纸带上打出的点迹分布均匀;故该空填补偿阻力(平衡阻力)。
故答案为:补偿阻力(平衡阻力)
(3)打点计时器的工作频率为,相邻的两个计数点之间还有四个点未画出可得图中纸带上相邻计数点的时间间隔为,根据逐差法可得小车的加速度大小为
故答案为:0.40
(4)由于槽码有向下的加速度,槽码处于失重状态,致使小车所受的拉力小于槽码的重力。
故答案为:小于
8.在用如图甲的装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验中:
(1)探究小车加速度与小车所受拉力的关系时,需保持小车(含加速度传感器,下同)质量不变,这种实验方法是 。
(2)实验时,调节定滑轮高度,使连接小车的细绳与轨道平面保持 。
(3)由该装置分别探究M、N两车加速度a和所受拉力F的关系,获得a-F图像如图乙,通过图乙分析实验是否需要补偿阻力(即平衡阻力)。如果需要,说明如何操作;如果不需要,说明理由 。
(4)悬挂重物让M、N两车从静止释放经过相同位移的时间比为n,两车均未到达轨道末端,则两车加速度之比aM∶aN= 。
【答案】(1)控制变量法
(2)平行
(3)需要,撤去细绳连接的力传感器和重物,将木板左端用垫块垫起适当高度,使小车能沿木板匀速下滑
(4)1∶n2
【解析】(1)在研究两个物理量间的关系时,保持其他量不变,所使用的方法为控制变量法;
故答案为:控制变量法
(2)为了使细绳拉力为小车所受的合外力,需要让连接小车的细绳与轨道平面保持平行;
故答案为:平行
(3)力传感器上显示的示数为细绳的拉力,要以该拉力作为小车所受的合外力,需要补偿小车所受的阻力,具体操作为撤去细绳连接的力传感器和重物,将木板左端用垫块垫起适当高度,使小车能沿木板匀速下滑;
故答案为:需要,撤去细绳连接的力传感器和重物,将木板左端用垫块垫起适当高度,使小车能沿木板匀速下滑
(4)根据初速度为零的匀加速直线运动的位移与时间公式x=at2可知,aM=aN,又tM∶tN=n,解得aM∶aN=1∶n2。
故答案为:1∶n2
9.某同学做“探究加速度与物体受力、物体质量关系”的实验。采用如图甲所示的实验装置,让槽码通过细绳拖动小车在长木板上做匀加速直线运动。
(1)为完成实验,除图中已有的器材,还需要交流电源、天平(含配套砝码)和 。
(2)如图甲,关于本实验,下列说法正确的是______。
A.应适当调节滑轮高度,使线与桌面平行,确保小车能做匀加速直线运动
B.此时有可能正在进行“补偿阻力”的实验操作
C.实验时小车应从靠近打点计时器处静止释放
D.电火花计时器的工作电压应为交流8V
(3)如图乙,是某同学挑选的一条较为清晰的纸带,并选取了部分点为计数点(计数点间的距离如图)。已知打点计时器打点的时间间隔,由图可知小车做匀加速直线运动的加速度 (保留三位有效数字)。据此可知本次实验操作中存在不合理之处在于 。
【答案】(1)刻度尺
(2)C
(3)3.01;不满足槽码的质量远小于小车的质量,在实验中用槽码重力来代替小车受到的拉力时产生的误差较大
【解析】(1)为完成实验,除图中已有的器材,还需要刻度尺测量纸带。
(2)A.应适当调节滑轮高度,使线与木板平行,保证线对小车的拉力等于小车受到的合力,故A错误;
B.进行“补偿阻力”的实验操作时,小车前面不能悬挂槽码,故B错误;
C.实验时小车应从靠近打点计时器处静止释放,以能在纸带上打出更多的点,充分利用纸带,故C正确;
D.电火花计时器的工作电压应为交流220V,故D错误。
故选C。
(3)根据逐差法可得
根据加速度计算结果看,其值较大,可知,实验过程中不合理之处为:不满足槽码的质量远小于小车的质量,在实验中需要用槽码重力来代替小车受到的拉力,此时的误差较大。
综上:第1空:刻度尺;第2空:C;第3空:3.01;第4空:不满足槽码的质量远小于小车的质量,在实验中用槽码重力来代替小车受到的拉力时产生的误差较大
【C组综合拓展】
10.(2025高三上·深圳月考)为了探究物体质量一定时加速度与力的关系,某同学设计了如图所示的实验装置。其中M为小车的质量(不含与小车相连的滑轮质量),m(未知量且可改变)为砂和砂桶的质量为与小车相连的滑轮的质量。力传感器可测出轻绳中的拉力大小。
实验过程如下:
①调节长木板使之水平;
②使细绳水平,调节砂桶中砂的质量,当纸带上打下的点间隔均匀时,力传感器的示数为;
③更换纸带,增加砂桶中砂的质量,记录力传感器的示数为F,取下纸带;
④重复步骤③多次进行实验。根据以上实验操作回答下列问题:
(1)在实验操作时是否需要满足沙和沙桶的总质量远小于小车的质量? (填“需要”或“不需要”)
(2)实验过程中,小车和木板之间的滑动摩擦力大小为 。
(3)该同学在实验过程中得到如图所示的一条纸带(两点之间还有四个点没有画出),已知打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电,根据纸带可以求出小车的加速度为 (计算结果保留两位有效数字)
(4)力传感器的示数为F,小车的加速度为a,根据多次实验得到的数据作出的a-F图像可能是下图中的 (填“①”或“②”或“③”),原因是:
【答案】(1)不需要
(2)
(3)
(4)③;小车与长木板之间的摩擦力为,根据牛顿第二定律有,则
【解析】(1)由于轻绳的拉力可以由测力计测出,不需要用沙和沙桶的重力近似替代轻绳的拉力,因而不需要满足沙和沙桶的总质量远小于车的质量;
故答案为:不需要;
(2)根据题意,以小车为研究对象可知,小车受到的滑动摩擦力为
故答案为:;
(3)其中,根据,可得小车的加速度为
故答案为:;
(4)由题意可知,小车与长木板之间的摩擦力为,根据牛顿第二定律有
则,故选③。
故答案为:③;小车与长木板之间的摩擦力为,根据牛顿第二定律有,则
11.(2025高一上·张家界期末)如图甲所示为“探究滑块加速度与力、质量的关系”实验装置图。滑块置于一端带有定滑轮的长木板上,左端连接纸带,纸带穿过电磁打点计时器。滑块的质量为M,托盘(及砝码)的质量为m,重力加速度g已知。
(1)关于该实验,下列说法正确的是______。(填正确选项前的字母)
A.为平衡滑块与木板之间的摩擦力,应将木板不带滑轮的一端适当垫高,在不挂托盘(及砝码)但连接好纸带的情况下使滑块恰好做匀速直线运动
B.每次改变滑块质量时,应重新平衡摩擦力
C.本实验中不需要满足M远大于m的条件
D.实验时,应先释放滑块,再接通打点计时器的电源
(2)实验中得到一条如图乙所示的纸带,图中相邻两计数点间还有4个点未画出,打点计时器所用电源的频率为50Hz。由图中实验数据可知,滑块运动的加速度大小是 m/s2(结果保留两位有效数字)。
(3)在探究滑块加速度与质量的关系时,为了更直观地判断出加速度a与质量M的关系,应该作的是 (选填“”或“”)图像。
(4)若实验小组忘记平衡摩擦力,用F表示滑块所受绳子拉力,得到的滑块加速度a与F的图像如图丙所示,已知图线的斜率为k,横轴截距为b,则滑块的质量为 ,滑块与水平长木板间的动摩擦因数为 。(用物理量字母k、b、g表示)
【答案】(1)A
(2)0.50
(3)
(4);
【解析】(1)A.在实验中,为了拉力等于滑块的合力,则需要平衡滑块与木板之间的摩擦力,应将木板不带滑轮的一端适当垫高,在不挂托盘(及砝码)但连接好纸带的情况下,轻推滑块,使滑块恰好做匀速直线运动,故A正确;
B.平衡摩擦力时,根据重力的分力等于滑动摩擦力,有
可得
根据平衡条件的表达式可以得出每次改变滑块质量时,不需要重新平衡摩擦力,故B错误;
C.对于滑块,根据牛顿第二定律可得
,
对于砝码和砝码盘,根据牛顿第二定律可得:
可得
根据表达式可以得出为了使细线拉力近似等于托盘(及砝码)的总重力,本实验中需要满足M远大于m的条件,故C错误;
D.为了充分利用纸带,让纸带上留下更多的点迹,实验时,应先接通打点计时器的电源,再释放滑块,故D错误。
故选A。
(2)已知打点周期为0.02s,图中相邻两计数点间还有4个点未画出,则相邻计数点的时间间隔为
根据逐差法可得滑块运动的加速度大小为
(3)在探究滑块加速度与质量的关系时,当拉力一定时,加速度与质量成反比,则a与成正比,则为了更直观地判断出加速度a与质量M的关系,应该作的是图像。
(4)当忘记平衡摩擦力时,对于滑块,根据牛顿第二定律可得
可得
可知图像的斜率为
可得滑块的质量为
当刚要有加速度时,由于拉力等于滑动摩擦力,根据图像可知
解得滑块与水平长木板间的动摩擦因数为
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4.2 实验:探究加速度与力、质量的关系 分层练习
2026-2027学年高一物理同步备课系列【基础题】——原卷版
【A组同步训练】
1.(2025高一上·拱墅期末)物理学发展历程中,科学家们在各自的领域做出了巨大贡献的同时形成了许多物理思想和物理方法,下列叙述不正确的是( )
A.把物体看成质点运用了等效替代的思想
B.瞬时速度的定义用到了极限的思想
C.求匀变速直线运动位移用到了微元的思想
D.“探究加速度与力,质量的关系”实验时用到了控制变量法
2.用图示装置做“探究物体的加速度与力、质量的关系”的实验,下列操作中正确的是( )
A.电火花打点计时器选用4~6V交流电源
B.平衡摩擦力时将砝码盘通过细线挂在小车上
C.实验中,释放小车与接通打点计时器需同时进行
D.实验中改变小车的质量后,不需要重新平衡摩擦力
3.“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示.实验中,为使小车运动时所受的拉力近似等于盘和重物的总重力,则盘和重物的总质量m与小车的质量M应满足的关系是( )
A.m远大于M B.m远小于M C.m略大于M D.m略小于M
4.(2025·乐山模拟)在“探究加速度与力的关系”实验中,某同学使用了如图甲所示的装置。
(1)该同学探究加速度a和拉力F的关系时, 应该保持不变。
(2)该同学将沙和沙桶的重力作为拉力F来处理数据,并作出了a-F图像,如图乙所示,图中的图线不过原点的原因是 ,图中图线发生弯曲的原因是 。
5.在做“探究加速度与力、质量的关系”实验中:
(1)下列仪器需要用到的是_____(多选);
A. B.
C. D.
(2)下列说法正确的是_____(多选);
A.拉小车的细线应与长木板平行
B.纸带与小车相连一端的点迹较疏
C.轻推小车,拖着纸带的小车能够匀速下滑说明摩擦力已被平衡
D.增加小车质量时,需要重新平衡摩擦力
(3)如图所示为一次记录小车运动情况的纸带。图中A、B、C、D、E为相邻的计数点,相邻计数点的时间间隔为。(结果均保留3位有效数字)
①D点的瞬时速度大小为 ;
②运动小车的加速度大小为 。
【B组难点突破】
6.某实验小组设计的“探究加速度与力,质量的关系”的实验装置简图如图甲所示,小车质量远大于砝码质量,请回答以下问题。
(1)该实验中使用的电磁打点计时器使用的电源是___。
A.直流电 B.交流电
C.左右直流电 D.左右交流电
(2)该实验小组的同学探究加速度与质量的关系时,从中选出了其中一条清晰的纸带,如图乙所示,每相邻两个计数点之间还有4个点没有画出。已知打点计时器每打一个点,则打下点时小车的速度为 ,小车的加速度为 。(以上结果均保留两位有效数字)
7.(2026·杭州模拟)小明同学利用如图甲所示的实验装置“探究加速度与力、质量的关系”。
(1)本实验采用的实验方法是______;
A.理想模型法 B.等效替代法 C.控制变量法
(2)安装好器材后,将小车放在长木板上,不挂槽码,把木板不带滑轮的一端慢慢垫高,直至轻推小车后纸带上打出的点迹分布均匀,该操作的目的是 ;
(3)图乙为打点计时器打出的部分纸带,电源的频率为50Hz,测得,,,,小车的加速度大小 (结果保留两位有效数字);
(4)本实验方案主要的误差来源于:牵引小车的槽码也在做加速运动,致使小车所受的拉力 (选填“小于”或“大于”)槽码的重力。
8.在用如图甲的装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验中:
(1)探究小车加速度与小车所受拉力的关系时,需保持小车(含加速度传感器,下同)质量不变,这种实验方法是 。
(2)实验时,调节定滑轮高度,使连接小车的细绳与轨道平面保持 。
(3)由该装置分别探究M、N两车加速度a和所受拉力F的关系,获得a-F图像如图乙,通过图乙分析实验是否需要补偿阻力(即平衡阻力)。如果需要,说明如何操作;如果不需要,说明理由 。
(4)悬挂重物让M、N两车从静止释放经过相同位移的时间比为n,两车均未到达轨道末端,则两车加速度之比aM∶aN= 。
9.某同学做“探究加速度与物体受力、物体质量关系”的实验。采用如图甲所示的实验装置,让槽码通过细绳拖动小车在长木板上做匀加速直线运动。
(1)为完成实验,除图中已有的器材,还需要交流电源、天平(含配套砝码)和 。
(2)如图甲,关于本实验,下列说法正确的是______。
A.应适当调节滑轮高度,使线与桌面平行,确保小车能做匀加速直线运动
B.此时有可能正在进行“补偿阻力”的实验操作
C.实验时小车应从靠近打点计时器处静止释放
D.电火花计时器的工作电压应为交流8V
(3)如图乙,是某同学挑选的一条较为清晰的纸带,并选取了部分点为计数点(计数点间的距离如图)。已知打点计时器打点的时间间隔,由图可知小车做匀加速直线运动的加速度 (保留三位有效数字)。据此可知本次实验操作中存在不合理之处在于 。
【C组综合拓展】
10.(2025高三上·深圳月考)为了探究物体质量一定时加速度与力的关系,某同学设计了如图所示的实验装置。其中M为小车的质量(不含与小车相连的滑轮质量),m(未知量且可改变)为砂和砂桶的质量为与小车相连的滑轮的质量。力传感器可测出轻绳中的拉力大小。
实验过程如下:
①调节长木板使之水平;
②使细绳水平,调节砂桶中砂的质量,当纸带上打下的点间隔均匀时,力传感器的示数为;
③更换纸带,增加砂桶中砂的质量,记录力传感器的示数为F,取下纸带;
④重复步骤③多次进行实验。根据以上实验操作回答下列问题:
(1)在实验操作时是否需要满足沙和沙桶的总质量远小于小车的质量? (填“需要”或“不需要”)
(2)实验过程中,小车和木板之间的滑动摩擦力大小为 。
(3)该同学在实验过程中得到如图所示的一条纸带(两点之间还有四个点没有画出),已知打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电,根据纸带可以求出小车的加速度为 (计算结果保留两位有效数字)
(4)力传感器的示数为F,小车的加速度为a,根据多次实验得到的数据作出的a-F图像可能是下图中的 (填“①”或“②”或“③”),原因是:
11.(2025高一上·张家界期末)如图甲所示为“探究滑块加速度与力、质量的关系”实验装置图。滑块置于一端带有定滑轮的长木板上,左端连接纸带,纸带穿过电磁打点计时器。滑块的质量为M,托盘(及砝码)的质量为m,重力加速度g已知。
(1)关于该实验,下列说法正确的是______。(填正确选项前的字母)
A.为平衡滑块与木板之间的摩擦力,应将木板不带滑轮的一端适当垫高,在不挂托盘(及砝码)但连接好纸带的情况下使滑块恰好做匀速直线运动
B.每次改变滑块质量时,应重新平衡摩擦力
C.本实验中不需要满足M远大于m的条件
D.实验时,应先释放滑块,再接通打点计时器的电源
(2)实验中得到一条如图乙所示的纸带,图中相邻两计数点间还有4个点未画出,打点计时器所用电源的频率为50Hz。由图中实验数据可知,滑块运动的加速度大小是 m/s2(结果保留两位有效数字)。
(3)在探究滑块加速度与质量的关系时,为了更直观地判断出加速度a与质量M的关系,应该作的是 (选填“”或“”)图像。
(4)若实验小组忘记平衡摩擦力,用F表示滑块所受绳子拉力,得到的滑块加速度a与F的图像如图丙所示,已知图线的斜率为k,横轴截距为b,则滑块的质量为 ,滑块与水平长木板间的动摩擦因数为 。(用物理量字母k、b、g表示)
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