高三物理专题复习专题14热学

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1、1 专 题 14 热 学考 点 48 分 子 动 理 论 内 能考 点 49 气 体 、 固 体 和 液 体考 点 50 热 力 学 定 律 与 能 量 守 恒 定 律考 点 51 实 验 : 用 油 膜 法 估 测 分 子 大 小考 点 52 热 学 综 合 问 题 2 考 点 48 分 子 动 理 论 内 能1. 分 子 动 理 论(1) 物 体 是 由 大 量 分 子 组 成 的 分 子 的 大 小 : 分 子 直 径 的 数 量 级 为 10 10 m, 分 子 质 量 的 数 量 级 为 10 26 kg. 分 子 直 径 估 测 方 法 : 油 膜 法 阿 伏 伽 德 罗 常 数

2、: 1 mol的 任 何 物 质 中 含 有 N A 6.02 1023个 分 子 (2) 分 子 永 不 停 息 地 做 无 规 则 运 动 扩 散 现 象 : 不 同 物 质 能 够 彼 此 进 入 对 方 的 现 象 叫 做 扩 散 扩 散 现象 是 由 物 质 分 子 的 无 规 则 运 动 产 生 的 3 布 朗 运 动 : 指 悬 浮 在 液 体 中 的 固 体 微 粒 的 无 规 则 运 动 微 粒 越小 , 温 度 越 高 , 布 朗 运 动 越 明 显 (3) 分 子 间 存 在 相 互 的 作 用 力分 子 间 同 时 存 在 引 力 和 斥 力 , 分 子 力 是 分 子

3、 间 引 力 和 斥 力 的 合 力 2 物 体 的 内 能(1) 分 子 平 均 动 能 : 分 子 由 于 做 热 运 动 而 具 有 的 动 能 叫 分 子 动能 物 体 内 所 有 分 子 动 能 的 平 均 值 叫 分 子 平 均 动 能 (2) 分 子 的 势 能 : 由 分 子 间 相 对 位 置 决 定 的 势 能 叫 分 子 势 能 固 体和 液 体 的 分 子 势 能 与 物 体 的 体 积 有 关 (3) 物 体 的 内 能 : 物 体 中 所 有 分 子 做 热 运 动 的 动 能 和 分 子 势 能 的 总 和 叫 做 物 体 的 内 能 考 点 48 分 子 动 理

4、 论 内 能 4 决 定 内 能 的 因 素 微 观 上 : 分 子 动 能 、 分 子 势 能 、 分 子 个 数 宏观 上 : 温 度 、 体 积 、 物 质 的 量 改 变 物 体 内 能 有 两 种 方 式 : 做 功 、 热 传 递 内 能 的 改 变 由 热 力学 第 一 定 律 决 定 考 点 48 分 子 动 理 论 内 能 5 考 法 1 布 朗 运 动 与 分 子 热 运 动 的 比 较 6 考 点 48 分 子 动 理 论 内 能 7 考 法 2 利 用 阿 伏 伽 德 罗 常 数 进 行 微 观 量 的 估 算 1 灵 活 运 用 两 种 微 观 模 型对 液 体 、

5、固 体 来 说 , 可 以 将 分 子 看 成 是 一 个 个 紧 挨 在 一 起 的 小 球 ,也 可 认 为 这 些 分 子 是 一 个 个 紧 密 排 列 的 立 方 体 , 如 图 所 示 (1) 球 体 模 型 : 分 子 的 直 径 为 .(2) 立 方 体 模 型 : 分 子 的 直 径 为 .这 两 种 分 子 模 型 计 算 出 的 直 径 数 量 级 相 同 考 点 48 分 子 动 理 论 内 能 8 考 点 48 分 子 动 理 论 内 能 9 3 注 意 一 个 问 题由 于 固 体 和 液 体 中 分 子 间 距 离 较 小 , 则 可 以 近 似 表 示 每 个

6、分子 的 体 积 而 气 体 分 子 间 的 距 离 很 大 , 用 只 能 表 示 每 个 气 体 分 子平 均 占 据 的 空 间 , 那 么 就 可 以 表 示 气 体 分 子 间 的 平 均 距 离 了 考 点 48 分 子 动 理 论 内 能 10 考 法 3 分 子 间 作 用 力 和 分 子 势 能 随 分 子 间 距 的 变 化 规 律 返 回 专 题 首 页 考 点 48 分 子 动 理 论 内 能 11 考 点 49 气 体 、 固 体 和 液 体1. 气 体(1) 描 述 气 体 状 态 的 物 理 量 : 温 度 、 体 积 、 压 强 (2) 气 体 的 压 强 产

7、生 原 因 : 大 量 气 体 分 子 无 规 则 热 运 动 对 器 壁 碰 撞 而 产 生 , 气 体 作用 在 器 壁 单 位 面 积 上 的 压 力 叫 压 强 决 定 因 素 : 宏 观 上 取 决 于 气 体 的 体 积 和 温 度 ; 微 观 上 取 决 于 单 位 体积 内 的 分 子 数 (分 子 数 密 度 )和 分 子 平 均 动 能 单 位 : 国 际 单 位 是 帕 (Pa), 常 用 单 位 有 : 标 准 大 气 压 (atm)、 厘 米 汞柱 (cmHg)和 毫 米 汞 柱 (mmHg) 换 算 关 系 是 : 1 atm 76 cmHg 1.013 105Pa

8、, 1 mmHg 133 Pa. 12 (3) 气 体 实 验 定 律 玻 意 耳 定 律 (等 温 变 化 ): p1V1 p2V2或 pV C. 查 理 定 律 (等 容 变 化 ): . 盖 吕 萨 克 定 律 (等 压 变 化 ): .理 想 气 体 状 态 方 程 : .2 固 体 和 液 体(1) 固 体 分 为 晶 体 和 非 晶 体 两 类 , 晶 体 又 分 为 单 晶 体 和 多 晶 体 (2) 液 体 液 体 的 表 面 张 力 : 液 体 的 表 面 分 子 间 的 引 力 称 为 表 面 张 力 ,表 面 张 力 使 液 体 表 面 收 缩 而 绷 紧 , 跟 液 面

9、 相 切 , 跟 这 部 分 液 面 的 分 界 线 垂 直 考 点 49 气 体 、 固 体 和 液 体 13 液 晶 : 液 晶 是 一 种 特 殊 的 物 质 , 它 既 具 有 液 体 的 流 动 性 , 又 具 有晶 体 的 各 向 异 性 , 液 晶 在 显 示 器 方 面 具 有 广 泛 的 应 用 3 饱 和 汽 、 饱 和 汽 压 和 相 对 湿 度(1) 饱 和 汽 : 在 密 闭 容 器 中 的 液 体 不 断 蒸 发 , 液 面 上 的 蒸 汽 也 不 断凝 结 , 当 这 两 个 同 时 存 在 的 过 程 达 到 动 态 平 衡 时 , 液 面 上 的 蒸 汽 叫

10、饱 和汽 , 而 没 有 达 到 饱 和 状 态 的 蒸 汽 叫 做 未 饱 和 汽 (2) 饱 和 汽 压 : 饱 和 汽 的 压 强 叫 做 饱 和 汽 压 , 饱 和 汽 压 与 温 度 的 高低 有 关 , 温 度 升 高 时 , 饱 和 汽 压 也 增 大 饱 和 汽 压 与 体 积 的 大 小 无 关 (3) 相 对 湿 度 : 在 某 一 温 度 下 , 空 气 中 水 蒸 气 的 压 强 与 同 一 温 度 下水 的 饱 和 汽 压 之 比 , 称 为 空 气 的 相 对 湿 度 , 即 相 对 湿 度 (B) . 考 点 49 气 体 、 固 体 和 液 体 14 考 法 4

11、 气 体 压 强 的 计 算 1 液 体 封 闭 的 气 体 压 强 的 确 定平 衡 法 : 选 与 气 体 接 触 的 液 柱 为 研 究 对 象 进 行 受 力 分 析 , 利 用 它的 受 力 平 衡 , 求 出 气 体 的 压 强 取 等 压 面 法 : 根 据 同 种 液 体 在 同 一 水 平 液 面 处 压 强 相 等 , 在 连 通器 内 灵 活 选 取 等 压 面 , 由 两 侧 压 强 相 等 建 立 方 程 求 出 压 强 液 体 内 部 深 度 为 h处 的 总 压 强 p p0 gh. 考 点 49 气 体 、 固 体 和 液 体 15 2 固 体 (活 塞 或 汽

12、 缸 )封 闭 的 气 体 压 强 的 确 定由 于 该 固 体 必 定 受 到 被 封 闭 气 体 的 压 力 , 所 以 可 通 过 对 该 固 体 进 行 受力 分 析 , 由 平 衡 条 件 建 立 方 程 来 求 出 气 体 压 强 考 点 49 气 体 、 固 体 和 液 体 16 考 法 5 气 体 实 验 定 律 1气体实验定律及图线比较考 点 49 气 体 、 固 体 和 液 体 17 考 点 49 气 体 、 固 体 和 液 体 18 考 法 6 理 想 气 体 的 状 态 方 程 及 应 用 1 理 想 气 体(1) 宏 观 上 讲 , 理 想 气 体 是 指 在 任 何

13、 条 件 下 始 终 遵 守 气 体 实 验 定 律的 气 体 , 实 际 气 体 在 压 强 不 太 大 、 温 度 不 太 低 的 条 件 下 , 可 视 为 理 想气 体 (2) 微 观 上 讲 , 理 想 气 体 的 分 子 间 除 碰 撞 外 无 其 他 作 用 力 , 分 子 本身 没 有 体 积 , 即 它 所 占 据 的 空 间 认 为 都 是 可 以 被 压 缩 的 空 间 2 状 态 方 程 : .3 应 用 状 态 方 程 解 题 的 一 般 步 骤(1) 明 确 研 究 对 象 , 即 某 一 定 质 量 的 理 想 气 体 ; (2) 确 定 气 体 在 始 末 状

14、态 的 参 量 p1、 V1、 T1及 p2、 V2、 T2; 考 点 49 气 体 、 固 体 和 液 体 19 (3) 由 状 态 方 程 列 式 求 解 ;(4) 讨 论 结 果 的 合 理 性 考 法 7 晶 体 与 非 晶 体 返 回 专 题 首 页 考 点 49 气 体 、 固 体 和 液 体 20 考 点 50 热 力 学 定 律 与 能 量 守 恒 定 律1. 热 力 学 第 一 定 律(1) 做 功 和 热 传 递 是 改 变 物 体 内 能 的 两 种 方 式 (2) 热 力 学 第 一 定 律 : 一 个 热 力 学 系 统 的 内 能 增 量 等 于 外 界 向 它 传

15、递 的 热 量 与 外 界 对 它 所 做 的 功 的 和 用 公 式 表 达 为 : U Q W.2 热 力 学 第 二 定 律(1) 热 传 导 的 方 向 性 : 两 个 温 度 不 同 的 物 体 接 触 时 , 热 量 会 自 发 地从 高 温 物 体 传 到 低 温 物 体 , 不 能 自 发 地 从 低 温 物 体 传 到 高 温 物 体 而 低温 物 体 必 须 要 依 靠 外 界 的 辅 助 才 能 将 热 量 传 给 高 温 物 体 21 (2) 第 二 类 永 动 机 : 从 单 一 热 源 吸 收 热 量 并 把 它 全 部 用 来 对 外 做功 , 而 不 产 生 他

16、 变 化 的 机 器 机 械 能 和 内 能 的 转 化 过 程 具 有 方 向 性 ,违 背 热 力 学 第 二 定 律 , 不 可 能 实 现 (3) 热 力 学 第 二 定 律 克 劳 修 斯 表 述 : 热 量 不 能 自 发 地 从 低 温 物 体 传 到 高 温 物 体 开 尔 文 表 述 : 不 可 能 从 单 一 热 源 吸 收 热 量 , 使 之 完 全 变 为 有 用功 , 而 不 产 生 其 他 影 响 3 能 量 守 恒 定 律能 量 既 不 会 凭 空 产 生 , 也 不 会 凭 空 消 失 , 它 只 能 从 一 种 形 式 转 化为 另 一 种 形 式 , 或 者

17、 从 一 个 物 体 转 移 到 别 的 物 体 , 在 转 化 或 转 移 的 过 程 中 , 能 量 的 总 量 保 持 不 变 考 点 50 热 力 学 定 律 与 能 量 守 恒 定 律 22 考 法 8 对 热 力 学 第 一 定 律 的 理 解 1 热 力 学 第 一 定 律 不 仅 反 映 了 做 功 和 热 传 递 这 两 种 改 变 内 能 的 过 程 是等 效 的 , 而 且 给 出 了 内 能 的 变 化 量 和 做 功 与 热 传 递 之 间 的 定 量 关 系 此 定律 是 标 量 式 , 应 用 时 功 、 内 能 、 热 量 的 单 位 应 统 一 为 国 际 单

18、 位 焦 耳 2 对 公 式 U Q W符 号 的 规 定 : 考 点 50 热 力 学 定 律 与 能 量 守 恒 定 律 23 3. 几 种 特 殊 情 况 :(1) 若 过 程 是 绝 热 的 , 则 Q 0, W U, 外 界 对 物 体 做 的 功 等 于物 体 内 能 的 增 加 ;(2) 若 过 程 中 不 做 功 , 即 W 0, 则 Q U, 物 体 吸 收 的 热 量 等 于物 体 内 能 的 增 加 ;(3) 若 过 程 的 始 末 状 态 物 体 的 内 能 不 变 , 即 U 0, 则 W Q 0或 W Q, 外 界 对 物 体 做 的 功 等 于 物 体 放 出 的

19、 热 量 4 注 意 事 项 :(1) 应 用 热 力 学 第 一 定 律 时 要 明 确 研 究 的 对 象 是 哪 个 物 体 或 者 是哪 个 热 力 学 系 统 ; (2) 应 用 热 力 学 第 一 定 律 计 算 时 , 要 依 照 符 号 法 则 代 入 数 据 , 对结 果 的 正 、 负 也 同 样 依 照 规 则 来 解 释 其 意 义 ; 考 点 50 热 力 学 定 律 与 能 量 守 恒 定 律 24 (3) 分 析 此 类 问 题 需 要 注 意 两 点 , “ 绝 热 ” 说 明 与 外 界 没 有 热 交 换 ,气 体 向 真 空 扩 散 时 对 外 不 做 功

20、 考 点 50 热 力 学 定 律 与 能 量 守 恒 定 律 25 考 法 9 对 热 力 学 第 二 定 律 的 理 解 1 对 热 力 学 第 二 定 律 关 键 词 的 理 解在 热 力 学 第 二 定 律 的 表 述 中 , “ 自 发 地 ” “ 不 产 生 其 他 影 响 ” 的 含义 : (1)“ 自 发 地 ” 指 明 了 热 传 递 等 热 力 学 宏 观 现 象 的 方 向 性 , 不 需 要借 助 外 界 提 供 能 量 的 帮 助 ;(2)“ 不 产 生 其 他 影 响 ” 是 说 发 生 的 热 力 学 宏 观 过 程 只 在 本 系 统 内完 成 , 对 周 围

21、环 境 不 产 生 热 力 学 方 面 的 影 响 , 如 吸 热 、 放 热 、 做 功 等 2 热 力 学 第 二 定 律 的 实 质热 力 学 第 二 定 律 的 每 一 种 表 述 , 都 揭 示 了 大 量 分 子 参 与 宏 观 过 程 的 方 向 性 , 进 而 使 人 们 认 识 到 自 然 界 中 进 行 的 涉 及 热 现 象 的 宏 观 过 程 都 具有 方 向 性 考 点 50 热 力 学 定 律 与 能 量 守 恒 定 律 26 3 热 力 学 过 程 方 向 性 实 例 返 回 专 题 首 页 考 点 50 热 力 学 定 律 与 能 量 守 恒 定 律 27 考

22、点 51 实 验 : 用 油 膜 法 估测 分 子 的 大 小1. 实 验 原 理用 油 膜 法 估 测 分 子 大 小 的 原 理 是 : 用 累 积 法 测 出 一 滴 油 酸 酒 精 溶 液 的体 积 V0, 根 据 溶 液 浓 度 算 出 一 滴 纯 油 酸 的 体 积 V, 测 出 油 滴 形 成 单 分 子 油膜 层 的 面 积 S, 如 果 把 分 子 看 做 球 形 , 就 可 算 出 油 酸 分 子 的 直 径 .分 子虽 然 很 小 , 但 分 子 间 有 空 隙 , 除 一 些 有 机 物 质 的 大 分 子 以 外 , 一 般 物 质 分子 直 径 的 数 量 级 都

23、是 10 10 m 本 实 验 采 用 使 油 酸 在 水 面 上 形 成 一 层 单 分 子的 油 膜 的 方 法 , 估 测 分 子 的 大 小 , 油 酸 是 一 种 脂 肪 酸 , 它 的 分 子 和 水 有 很强 的 亲 和 力 , 当 它 浮 于 水 面 时 , 能 形 成 一 个 单 分 子 层 油 膜 , 如 果 油 膜 分 子可 以 大 致 看 做 球 形 , 油 膜 的 厚 度 就 是 分 子 的 直 径 , 如 图 所 示 28 2 实 验 步 骤(1) 配 制 油 酸 酒 精 溶 液 , 取 1 mL的 油 酸 滴 入 酒 精 中 配 制 成 500 mL的 油酸 酒

24、精 溶 液 (2) 用 滴 管 或 注 射 器 将 配 制 好 的 油 酸 酒 精 溶 液 一 滴 一 滴 地 滴 入 量 筒 中, 记 下 量 筒 内 增 加 一 定 体 积 (例 如 1 mL)时 的 滴 数 , 算 出 一 滴 油 酸 酒 精 溶液 的 体 积 (3) 实 验 时 先 向 边 长 为 30 40 cm的 浅 盘 里 倒 入 约 2 cm深 的 水 , 然 后将 痱 子 粉 或 石 膏 粉 均 匀 地 撒 在 水 面 上 , 用 滴 管 往 水 面 上 滴 一 滴 油 酸 酒 精溶 液 , 油 酸 立 即 在 水 面 上 散 开 (4) 待 油 酸 薄 膜 的 形 状 稳

25、定 后 , 将 玻 璃 板 放 在 浅 盘 上 , 然 后 将 油 酸 膜 的 形 状 用 彩 笔 画 在 玻 璃 板 上 考 点 51 实 验 : 用 油 膜 法 估 测 分 子 的 大 小 29 (5) 将 画 有 油 酸 膜 轮 廓 的 玻 璃 板 放 在 坐 标 纸 上 , 算 出 油 酸 薄 膜 的面 积 S.求 面 积 时 以 坐 标 纸 上 边 长 为 1 cm的 正 方 形 为 单 位 数 出 轮 廓内 正 方 形 的 个 数 , 不 足 半 个 的 舍 去 , 多 于 半 个 的 算 一 个 (6) 根 据 配 制 的 油 酸 酒 精 溶 液 的 浓 度 , 算 出 一 滴

26、溶 液 中 纯 油 酸 的体 积 V.根 据 一 滴 纯 油 酸 的 体 积 V和 薄 膜 的 面 积 S即 可 算 出 油 酸 薄 膜 的厚 度 , 即 油 酸 分 子 的 大 小 3 误 差 分 析用 油 膜 法 估 测 分 子 的 直 径 , 通 常 可 以 测 得 比 较 准 , 实 验 误 差 通常 来 自 三 个 方 面 :(1) 形 成 单 分 子 油 膜 只 有 形 成 单 分 子 油 膜 , 才 能 用 油 膜 的 厚 度 代 表 分 子 的 直 径 ,即 .要 求 使 用 的 酒 精 的 浓 度 、 痱 子 粉 的 用 量 适 宜 考 点 51 实 验 : 用 油 膜 法

27、估 测 分 子 的 大 小 30 (2) 油 滴 的 体 积 V用 累 积 法 测 油 滴 的 体 积 先 测 出 1 mL的 油 酸 酒 精 溶 液 的 滴 数 ,从 而 计 算 出 一 滴 油 酸 酒 精 溶 液 的 体 积 , 再 由 油 酸 酒 精 溶 液 的 浓 度 算出 纯 油 酸 的 体 积 (3) 油 膜 的 面 积 S用 坐 标 纸 测 出 形 状 不 规 则 油 膜 的 面 积 数 出 不 规 则 图 形 的 轮 廓包 围 的 方 格 数 , 计 算 方 格 数 时 , 不 足 半 格 的 舍 去 , 多 于 半 格 的 算 一个 , 方 格 边 长 的 单 位 越 小 ,

28、 这 种 方 法 求 出 的 面 积 越 精 确 4 注 意 事 项(1) 油 酸 酒 精 溶 液 的 浓 度 应 小 于 0.1%.(2) 痱 子 粉 的 用 量 不 要 太 多 , 否 则 不 易 成 功 考 点 51 实 验 : 用 油 膜 法 估 测 分 子 的 大 小 31 (3) 测 一 滴 油 酸 酒 精 溶 液 的 体 积 时 , 滴 入 量 筒 中 的 油 酸 酒 精 溶 液 的 体积 应 为 整 毫 升 数 , 应 多 滴 几 滴 , 数 出 对 应 的 毫 升 数 , 这 样 求 平 均 值 时 误差 较 小 (4) 浅 盘 里 水 离 盘 口 面 的 距 离 应 小 些

29、 , 并 要 水 平 放 置 , 以 便 准 确 地 画出 油 膜 的 形 状 , 画 线 时 视 线 应 与 板 面 垂 直 (5) 要 待 油 膜 形 状 稳 定 后 , 再 画 轮 廓 (6) 利 用 坐 标 纸 求 油 膜 面 积 时 , 以 边 长 1 cm的 正 方 形 为 单 位 , 计 算 轮廓 内 正 方 形 的 个 数 , 不 足 半 个 的 舍 去 , 大 于 半 个 的 算 一 个 (7) 做 完 实 验 后 , 把 水 从 盘 的 一 侧 边 缘 倒 出 , 并 用 少 量 酒 精 清 洗 , 然后 用 脱 脂 棉 擦 拭 , 最 后 用 水 冲 洗 , 以 保 持

30、盘 的 清 洁 返 回 专 题 首 页 考 点 51 实 验 : 用 油 膜 法 估 测 分 子 的 大 小 32 考 点 52 热 学综 合 问 题考 法 10 热 学 综 合 问 题 热 学 综 合 问 题 一 方 面 以 气 体 压 强 为 桥 梁 表 现 为 热 学 与 力 学 的 综 合 , 涉及 受 力 分 析 、 平 衡 条 件 、 牛 顿 运 动 定 律 、 气 体 实 验 定 律 、 理 想 气 体 状 态 方程 等 ; 另 一 方 面 以 功 和 能 为 桥 梁 表 现 为 实 验 定 律 与 热 力 学 定 律 的 综 合 , 涉及 气 体 实 验 定 律 、 理 想 气

31、 体 状 态 方 程 、 动 能 定 理 、 功 能 关 系 、 热 力 学 定 律 、能 量 守 恒 等 求 解 前 一 类 问 题 时 首 先 要 以 跟 气 体 接 触 的 物 体 为 对 象 进 行 受 力 分 析 ,研 究 对 象 可 以 是 活 塞 (或 水 银 )、 汽 缸 以 及 活 塞 和 汽 缸 组 成 的 整 体 , 明 确 研 究 对 象 是 平 衡 还 是 加 速 运 动 , 从 而 列 出 平 衡 方 程 或 牛 顿 第 二 定 律 方 程 求 出 33 压 强 ; 接 下 来 再 以 被 封 闭 的 气 体 为 对 象 , 明 确 气 体 的 初 、 末 状 态

32、, 结 合气 体 实 验 定 律 、 理 想 气 体 状 态 方 程 求 解 求 解 后 一 类 问 题 时 找 到 气 体 实 验 定 律 与 热 力 学 定 律 之 间 的 联 系 , 弄清 气 体 状 态 变 化 过 程 中 各 状 态 量 的 变 化 情 况 两 个 规 律 的 联 系 在 于 气 体的 体 积 V和 温 度 T, 关 系 如 下 : (1)体 积 变 化 对 应 气 体 与 外 界 做 功 的 关 系 :体 积 增 大 , 气 体 对 外 界 做 功 , 即 W0.(2)理 想 气 体 不 计 分 子 间 作 用 力 , 即 不 计 分 子 势 能 , 故 内 能 只 与 温 度有 关 , 温 度 升 高 , 内 能 增 大 , 即 U0; 温 度 降 低 , 内 能 减 小 , 即 U0,最 后 结 合 热 力 学 第 一 定 律 U W Q求 解 问 题 另 外 , 对 理 想 气 体 , 只要 体 积 变 化 , 外 界 对 气 体 (或 气 体 对 外 界 )要 做 功 返 回 专 题 首 页 考 点 52 热 学 综 合 问 题

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