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壓軸培優(yōu)專題11滑輪和滑輪組的綜合問(wèn)題中考物理【高分·突破】壓軸題培優(yōu)專題精練一、單選題1.如圖,動(dòng)滑輪重SKIPIF1<0,所吊起重物B重為SKIPIF1<0,物體A重SKIPIF1<0。此時(shí)物體B恰好以SKIPIF1<0的速度勻速下降,要使物體SKIPIF1<0以SKIPIF1<0的速度勻速上升,則物體SKIPIF1<0的速度以及所受外力大小和方向正確的是(不計(jì)繩與輪的摩擦)()A.物體速度為SKIPIF1<0,所受外力大小為SKIPIF1<0方向向左B.物體速度為SKIPIF1<0,所受外力大小為SKIPIF1<0方向向左C.物體速度為SKIPIF1<0,所受外力大小為SKIPIF1<0方向向右D.物體速度為SKIPIF1<0,所受外力大小為SKIPIF1<0方向向左【答案】B【詳解】從圖中可知,繩子的有效股數(shù)為3,此時(shí)物體B恰好以0.5m/s的速度勻速下降(不計(jì)繩重和滑輪的摩擦),則繩子的拉力SKIPIF1<0物體B勻速下降,則物體A勻速運(yùn)動(dòng),由二力平衡條件可知,物體A所受摩擦力f=F=8N要使物體B以1m/s的速度勻速上升,物體A運(yùn)動(dòng)速度v=3vB=3×1m/s=3m/s物體A對(duì)地面的壓力和接觸面的粗糙程度不變,則物體A所受的摩擦力仍為8N,繩子對(duì)A的拉力F1=f=8N對(duì)A受力分析,水平方向上受到水平向右的拉力F1和摩擦力f、水平向左拉動(dòng)A的力FA的作用,且處于平衡狀態(tài),故水平向左拉動(dòng)A的力FA=F1+f=8N+8N=16N故B符合題意,ACD不符合題意。故選B。2.小明同學(xué)利用如圖所示裝置勻速提起重200N的物塊,物塊浸沒(méi)在水中受到的浮力是80N,滑輪重30N,SKIPIF1<0,不計(jì)摩擦、繩重及杠桿重,在物塊上表面露出水面前,下列判斷正確的是()A.拉力大小為20NB.物塊所受浮力不斷減小C.裝置中的滑輪是定滑輪D.整個(gè)裝置的機(jī)械效率為80%【答案】D【詳解】A.作用在A端拉力為SKIPIF1<0由杠桿的平衡條件SKIPIF1<0可知SKIPIF1<0故A錯(cuò)誤;B.物塊上表面露出水面前,由于液體的密度和物體排開(kāi)液體的體積不變,所以受到的浮力不變,故B錯(cuò)誤;C.由圖知,滑輪與物體一起上升,所以為動(dòng)滑輪,故C錯(cuò)誤;D.整個(gè)裝置的機(jī)械效率為SKIPIF1<0故D正確。故選D。3.2022年新冠疫情形勢(shì)依然嚴(yán)峻,上海居民在疫情期間創(chuàng)造了不同的滑輪組(如圖所示)來(lái)派送生活物資到高層居民家中、若不計(jì)繩重及軸處摩擦,下列說(shuō)法正確的是()A.改變力的方向依靠的是動(dòng)滑輪B.兩種方式提升貨物到相同高度,繩子自由端移動(dòng)的距離相等C.提升相同的貨物到同一高度F1和F2做的功相同D.任何情況下兩個(gè)滑輪組的機(jī)械效率相同【答案】C【詳解】A.使用動(dòng)滑輪可以省力,使用定滑輪可以改變力的方向,故A錯(cuò)誤;B.提升物體的高度h相同,甲圖繩子自由端移動(dòng)的距離SKIPIF1<0乙圖繩子自由端移動(dòng)的距離SKIPIF1<0繩子自由端移動(dòng)的距離不相等,故B錯(cuò)誤;C.若不計(jì)繩重及軸處摩擦,繩子自由端的拉力SKIPIF1<0SKIPIF1<0提升相同的貨物到同一高度F1和F2做的功SKIPIF1<0SKIPIF1<0提升相同的貨物到同一高度F1和F2做的功相同,故C正確;D.把相同的物體勻速提升相同的高度,由SKIPIF1<0可知,甲乙的有用功相同,不計(jì)繩重及軸處摩擦,動(dòng)滑輪重相同,由SKIPIF1<0可知,甲乙的額外功相同,因此,利用滑輪組做的總功相同,由SKIPIF1<0可知,兩個(gè)滑輪組提升相同的重物時(shí),機(jī)械效率相同;若提升重物不同時(shí),滑輪組的機(jī)械效率SKIPIF1<0因此并不是任何情況下兩個(gè)滑輪組的機(jī)械效率相同,故D錯(cuò)誤。故選C。4.如圖所示,A是放在水平粗糙桌面上的物塊,用跨過(guò)滑輪的輕繩將A與重物B相連。在重物B的作用下,A沿桌面做勻速運(yùn)動(dòng)。設(shè)桌面足夠長(zhǎng),下列說(shuō)法正確的是()A.此處滑輪可以起到省力的作用B.重物B落地前,A受到的摩擦力和重物B的重力是一對(duì)平衡力C.重物B落地后,A在繼續(xù)滑動(dòng)的過(guò)程中受到的摩擦力大小不變D.重物B落地后,A將繼續(xù)勻速運(yùn)動(dòng)【答案】C【詳解】A.圖中滑輪是定滑輪,定滑輪不省力也不費(fèi)力,但可以改變力的方向,故A錯(cuò)誤;B.重物B落地前,A受到的摩擦力和重物B的重力,受力物體不同,兩個(gè)力沒(méi)有作用在同一物體上,不是一對(duì)平衡力,故B錯(cuò)誤;C.重物B落地后,A在繼續(xù)滑動(dòng)的過(guò)程中,壓力和接觸面的粗糙程度不變,受到的摩擦力大小不變,故C正確;D.重物B落地后,A在水平方向只受向左的摩擦力,所以A將向右做減速運(yùn)動(dòng),故D錯(cuò)誤。故選C。5.如圖所示,男孩利用滑輪將物體勻速吊起,下列說(shuō)法正確的是()A.物體勻速上升時(shí)動(dòng)能增大B.圖中的滑輪不能改變拉力的方向C.物體勻速上升時(shí)受非平衡力的作用D.人對(duì)繩子的拉力是物體重力的一半【答案】B【詳解】A.物體勻速上升時(shí),質(zhì)量不變,速度不變,則動(dòng)能不變,故A錯(cuò)誤;B.圖中的滑輪是動(dòng)滑輪,使用動(dòng)滑輪可以省力,但不能改變力的方向,故B正確;C.物體勻速上升時(shí)處于平衡狀態(tài),則受平衡力的作用,故C錯(cuò)誤;D.人對(duì)繩子的拉力是物體和動(dòng)滑輪總重力的一半,故D錯(cuò)誤。故選B。6.電氣化鐵路的輸電線常用圖所示的方式懸掛在鋼纜上。鋼纜的A端固定在電桿上,B端連接在滑輪組上。滑輪組由a、b、c三個(gè)滑輪構(gòu)成,配重P由多個(gè)混凝土圓盤懸掛在一起組成,配重的總重為G,若不計(jì)摩擦和滑輪的重量,則以下說(shuō)法中正確的是()
A.a(chǎn)為動(dòng)滑輪,B端鋼纜受到滑輪組的拉力大小約為3GB.a(chǎn)為動(dòng)滑輪,B端鋼纜受到滑輪組的拉力大小約為SKIPIF1<0C.a(chǎn)、c為動(dòng)滑輪,B端鋼纜受到滑輪組的拉力大小約為3GD.a(chǎn)、c為動(dòng)滑輪,B端鋼纜受到滑輪組的拉力大小約為SKIPIF1<0【答案】A【詳解】如圖所示,b、c為定滑輪不省力,a為動(dòng)滑輪,此時(shí)作用在繩子自由端的拉力為配重P的重力G,由圖可知,連接動(dòng)滑輪繩子的股數(shù)n=3,不計(jì)摩擦和滑輪的重,則有SKIPIF1<0,所以作用在B端鋼纜的拉力FB=3G,故A正確,BCD錯(cuò)誤。故選A。7.小明在學(xué)習(xí)了滑輪這一節(jié)內(nèi)容后,聯(lián)想到生活中最常見(jiàn)的滑輪應(yīng)用——電梯,小明根據(jù)電梯運(yùn)行原理安裝出如圖所示模擬電梯裝置,該裝置配重的最大值為5kg,轎廂自重1kg。當(dāng)以最大配重使轎廂下降時(shí),測(cè)得轎廂速度為0.1m/s,不計(jì)滑輪、繩重及摩擦(g取10N/kg)。當(dāng)該裝置配重為最大值時(shí),下列說(shuō)法中正確的是()
A.配重上端滑輪是為了改變力的方向B.配重的上升速度為0.2m/sC.轎廂中貨物的質(zhì)量為9kgD.此時(shí)轎廂的機(jī)械效率為最大值【答案】D【詳解】A.由圖可知,配重上端滑輪隨配重一起移動(dòng),所以該滑輪是動(dòng)滑輪,動(dòng)滑輪可以省力,但不能改變力的方向,故A錯(cuò)誤;B.由圖可知,動(dòng)滑輪上繩子的股數(shù)為n=2,配重的上升速度為SKIPIF1<0故B錯(cuò)誤;C.不計(jì)滑輪、繩重及摩擦,轎廂受到的拉力為SKIPIF1<0對(duì)轎廂受力分析可知SKIPIF1<0可知,轎廂中貨物的質(zhì)量為SKIPIF1<0故C錯(cuò)誤;D.由于配重為最大值,則轎廂中所裝貨物的重力最大,轎廂對(duì)貨物的重力所做的功為有用功,即有用功最大,克服轎廂自重所做的功為額外功,而轎廂的自重不變,即額外功不變,此時(shí)有用功占總功的比例最大,因此此時(shí)轎廂的機(jī)械效率為最大值,故D正確。故選D。二、多選題8.用如圖滑輪組拉著物體M在水平地面上以0.1m/s速度勻速前進(jìn)0.2m,M重10N,繩子自由端拉力F為3N,繩子與滑輪的摩擦及滑輪重均不計(jì),則下列說(shuō)法正確的是()A.M受到向左的拉力大小為1NB.M受到的地面的摩擦力為9NC.拉力F做功1.8JD.使M以0.2m/s的速度勻速前進(jìn),則M受地面的摩擦力為9N【答案】BCD【詳解】A.由圖示知,滑輪組承重繩子為3根,M所受的水平向左的拉力與M對(duì)滑輪的向右的拉力是相互作用力,所以M受到向左的拉力F拉=3F=3×3N=9N故A錯(cuò)誤;B.M受到水平向右的摩擦力及向左的拉力作用,處于平衡狀態(tài),摩擦力及拉力是一對(duì)平衡力,大小相等,所以M受到地面的摩擦力大小為9N,故B正確;C.物體前進(jìn)0.2m,繩子端移動(dòng)的距離s=3s物=3×0.2m=0.6m拉力F做的功W=Fs=3N×0.6m=1.8J故C正確;D.M的速度變成0.2m/s,壓力及接觸面的粗糙程度不變,滑動(dòng)摩擦力不變,仍為9N,故D正確。故選BCD。9.如圖所示,每個(gè)滑輪的重力為SKIPIF1<0,重物B的重力為G,不計(jì)繩重及摩擦,若此時(shí)重物B勻速直線下降,速度為v,則下列說(shuō)法正確的是()
A.重物A運(yùn)動(dòng)速度為3vB.若增加B的重力,A受到的滑動(dòng)摩擦力將不變C.C點(diǎn)繩受到的拉力為SKIPIF1<0D.重物A上繩子拉力做功的功率為SKIPIF1<0【答案】ABD【詳解】A.由圖可知,有三段繩子拉著動(dòng)滑輪,即SKIPIF1<0,則繩子自由端移動(dòng)的速度是物體B運(yùn)動(dòng)速度的3倍,即重物A的運(yùn)動(dòng)速度為3v,故A正確;B.若增加B的重力,A對(duì)水平面的壓力不變,接觸面的粗糙程度不變,則A受到的滑動(dòng)摩擦力將不變,故B正確;C.有三段繩子拉著動(dòng)滑輪,不計(jì)繩重及摩擦,則繩子自由端的拉力為SKIPIF1<0連接動(dòng)滑輪的三段繩子的拉力是相同的,故C點(diǎn)受到拉力為SKIPIF1<0,故C錯(cuò)誤;D.重物A上繩子拉力做功的功率為SKIPIF1<0故D正確。故選ABD。10.用2個(gè)完全相同的滑輪組成如圖所示的滑輪組,用此裝置拉起一個(gè)物塊A時(shí),繩端拉力為SKIPIF1<0;當(dāng)用此裝置同時(shí)拉起兩個(gè)相同的物塊A時(shí),繩端拉力為SKIPIF1<0。不考慮繩重及摩擦,下列說(shuō)法正確的是()
A.SKIPIF1<0為SKIPIF1<0的2倍B.物塊A的重力為SKIPIF1<0C.動(dòng)滑輪的重力為SKIPIF1<0D.機(jī)械效率的變化量為SKIPIF1<0【答案】BD【詳解】ABC.由圖可知承擔(dān)物重的繩子股數(shù)SKIPIF1<0,因?yàn)椴挥?jì)繩重和摩擦,所以用此裝置拉起一個(gè)物塊A時(shí),繩端拉力為SKIPIF1<0
①當(dāng)用此裝置同時(shí)拉起兩個(gè)相同的物塊A時(shí),繩端拉力為SKIPIF1<0
②①SKIPIF1<0可得SKIPIF1<0即SKIPIF1<0;②-①可得SKIPIF1<0整理可得物塊A的重力SKIPIF1<0①SKIPIF1<0②可得SKIPIF1<0整理可得動(dòng)滑輪的重力SKIPIF1<0故AC錯(cuò)誤,B正確;D.由SKIPIF1<0可知,滑輪組機(jī)械效率的變化量SKIPIF1<0故D正確。故選BD。11.如圖所示,滑輪A固定在木塊上,滑輪B固定在足夠長(zhǎng)的水平桌子桌角,木塊重5N,空小桶重0.5N。桶中不加水時(shí),木塊保持靜止;用注射器向小桶中注水并適時(shí)抽水,當(dāng)木塊向右勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)停止調(diào)整水量;再用彈簧測(cè)力計(jì)向左勻速直線拉動(dòng)木塊,此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為3N,小桶上升速度為0.04m/s(ρ水=1.0g/cm3,g取10N/kg,繩重、繩與滑輪間摩擦均不計(jì))。下列判斷正確的是()
A.桶中不加水時(shí),木塊所受靜摩擦力為1NB.停止調(diào)整水量時(shí),小桶中水的體積為25cm3C.向左勻速直線拉動(dòng)木塊時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)拉力的功率為0.06WD.若向左加速拉動(dòng)木塊,木塊所受滑動(dòng)摩擦力將比勻速拉動(dòng)時(shí)大【答案】ABC【詳解】A.桶中不加水時(shí)繩子自由端的拉力F0=G桶=0.5N由圖可知滑輪組的動(dòng)滑輪繞繩子的段數(shù)n=2,不計(jì)繩重、繩與滑輪間摩擦均不計(jì),此時(shí)木塊所受靜摩擦力f0=nF0=2×0.5N=1N故A正確;B.因?yàn)椴挥?jì)繩重和摩擦?xí)r,拉力SKIPIF1<0所以木塊向右勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)繩子自由端的拉力SKIPIF1<0①因?yàn)閮纱我苿?dòng)過(guò)程中木塊的重力不變,即木塊對(duì)水平桌面的壓力大小不變,以及接觸面的粗糙程度不變,因此木塊受到的滑動(dòng)摩擦力不變,因?yàn)槟緣K向左做勻速直線運(yùn)動(dòng),所以,由二力平衡條件可知,此時(shí)動(dòng)滑輪對(duì)木塊的拉力F拉=F示-f=3N-f因?yàn)椴挥?jì)繩重和摩擦?xí)r,繩子自由端的拉力SKIPIF1<0即SKIPIF1<0②由①②解得F=0.75N,由二力平衡條件可知,小桶和水的總重力G總=F=0.75N此時(shí)桶中水的重力G水=G總-G桶=0.75N-0.5N=0.25N桶中水的質(zhì)量SKIPIF1<0桶中水的體積SKIPIF1<0故B正確;C.木塊移動(dòng)的速度SKIPIF1<0彈簧測(cè)力計(jì)拉力的功率SKIPIF1<0故C正確;D.因?yàn)閮纱卫瓌?dòng)木塊的過(guò)程中木塊的重力不變,即木塊對(duì)水平桌面的壓力大小不變,以及接觸面的粗糙程度不變,因此木塊受到的滑動(dòng)摩擦力不變,故D錯(cuò)誤。故選ABC。三、填空題12.建筑工地上,起重機(jī)吊臂上的滑輪組如圖所示,其貨箱重400N,當(dāng)用1000N的拉力將重為2400N的貨物以0.6m/s的速度勻速提升5s的過(guò)程中,有用功是J,機(jī)械效率是;若鋼絲繩能承受的最大拉力為3000N,則該起重機(jī)一次最多能勻速提起的貨物重(選填“>”、“<”或“=”)8600N;使用滑輪組可以?。ㄟx填“功”或“力”)。【答案】720080%<力【詳解】[1]貨物提升的高度SKIPIF1<0有用功SKIPIF1<0[2]由圖知,承擔(dān)重物繩子的段數(shù)SKIPIF1<0由SKIPIF1<0和SKIPIF1<0可得,繩端拉力做的總功SKIPIF1<0機(jī)械效率SKIPIF1<0[3]若不計(jì)滑輪重、繩重和摩擦,若鋼絲繩能承受的最大拉力為3000N,由SKIPIF1<0有SKIPIF1<0能提起的貨物的最大重力SKIPIF1<0而實(shí)際考慮到動(dòng)滑輪重、繩重和摩擦,起重機(jī)一次最多能提起的貨物重小于8600N。[4]功的原理知:使用任何機(jī)械都不省功;用1000N的拉力提升2400N的貨物,說(shuō)明使用滑輪組可以省力。13.如圖為塔式起重機(jī)的起重結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化示意圖,a屬于(選填“定”或“動(dòng)”)滑輪,b能起到(選填“改變力的方向”或“省力”)的作用。請(qǐng)你提出一個(gè)使起重機(jī)機(jī)械效率提高的方法:?!敬鸢浮慷ㄊ×m當(dāng)增加物重【詳解】[1]圖示中滑輪SKIPIF1<0的軸固定不動(dòng),為定滑輪。[2]軸隨物體一起運(yùn)動(dòng)的滑輪是動(dòng)滑輪,故b為動(dòng)滑輪,動(dòng)滑輪可以省力,但不能改變力的方向。[3]根據(jù)公式SKIPIF1<0可知,在鋼絲繩允許的情況下,適當(dāng)增加物重可以提高機(jī)械效率。14.如圖所示,完全相同的滑輪采取不同的繞法,把同一個(gè)物體在同一物面上水平移動(dòng)相同的距離,它們繩末端移動(dòng)距離關(guān)系是SKIPIF1<0SKIPIF1<0。【答案】SKIPIF1<0【詳解】設(shè)物體移動(dòng)的距離為s,甲圖滑輪為定滑輪,使用定滑輪不省力也不省距離,繩末端移動(dòng)的距離SKIPIF1<0,乙圖滑輪為動(dòng)滑輪,SKIPIF1<0處于繩端,省力費(fèi)距離,所以繩末端移動(dòng)的距離SKIPIF1<0,所以SKIPIF1<0。15.某同學(xué)用滑輪組把200N的物體勻速吊起2m,用了10s。該同學(xué)站在地面上往下拉繩,拉力是125N,滑輪組工作時(shí)的機(jī)械效率是80%。則這個(gè)滑輪組由段繩子承擔(dān)物體,該同學(xué)做了J的功,拉力的功率是W?!敬鸢浮?50050【詳解】[1][2]人做的有用功W有=Gh=200N×2m=400J由SKIPIF1<0知道,人做的功為總功SKIPIF1<0由于SKIPIF1<0所以,這個(gè)滑輪組由承擔(dān)物體的繩子的段數(shù)SKIPIF1<0[3]拉力的功率是SKIPIF1<016.如圖當(dāng)水平力F為20N時(shí),剛好使放在水平桌面上的物體A勻速前進(jìn),則物體A所受的摩擦力(不計(jì)滑輪組的摩擦)是N。
【答案】40【詳解】由圖知,滑輪組由兩段繩子拉著物體,因?yàn)椴挥?jì)滑輪組的摩擦,所以SKIPIF1<0,則摩擦力f=2F=2×20N=40N17.如圖所示,人與木塊重分別為600N和400N,假設(shè)人與木塊、木塊與水平面間的粗糙程度均相同,繩與滑輪間摩擦不計(jì),則當(dāng)人用100N的力拉繩,使人與木塊一起勻速向右運(yùn)動(dòng)時(shí),人與木塊間相互作用的摩擦力大小為N,木塊對(duì)水平面的摩擦力的大小為N。
【答案】100200【詳解】[1]對(duì)人進(jìn)行受力分析,人受重力、木塊對(duì)人的支持力、繩子的拉力F、向左的靜摩擦力,人向右做勻速直線運(yùn)動(dòng),人受到繩子的拉力與靜摩擦力是一對(duì)平衡力,根據(jù)二力平衡條件可知,人受到的摩擦力f=F=100N[2]對(duì)木塊進(jìn)行水平方向的受力分析,水平方向上,木塊受到人對(duì)木塊向右的摩擦力f人,繩子對(duì)木塊向右的拉力F拉,地面對(duì)木塊向左的摩擦力f地,木塊在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng),則這三個(gè)力之間的關(guān)系是f地=F地+f人由相互作用力的特點(diǎn)可知F地=F=100Nf人=f=100N可知水平面對(duì)木塊的摩擦力f地=100N+100N=200N由相互作用力的特點(diǎn)可知,木塊對(duì)水平面的摩擦力大小為200N,方向向左。四、計(jì)算題18.一輛質(zhì)量為1500kg的電動(dòng)車通過(guò)如圖滑輪組將質(zhì)量為100kg的物體勻速提起(不計(jì)繩重和滑輪間摩擦)(1)滑輪組的機(jī)械效率是80%,動(dòng)滑輪重為多少?(2)已知電動(dòng)車的速度為2m/s,受到水平地面的摩擦阻力的大小是電動(dòng)車重力的0.3倍。此電動(dòng)車牽引力的功率是多大?
【答案】(1)250N;(2)10250W【詳解】解:(1)物體的重力G=mg=100kg×10N/kg=1000N因?yàn)椴挥?jì)繩子和摩擦?xí)rSKIPIF1<0所以動(dòng)滑輪的重力SKIPIF1<0(2)因?yàn)殡妱?dòng)車受到水平地面的摩擦阻力的大小是重力的0.3倍,所以電動(dòng)車受到地面的阻力f=0.3G車=0.3mg=0.3×1500kg×10N/kg=4500N由圖可知n=2,不計(jì)繩子和摩擦?xí)rSKIPIF1<0電動(dòng)車行駛的速度v=2m/s,因?yàn)殡妱?dòng)車做勻速直線運(yùn)動(dòng),所以電動(dòng)車的牽引力為F牽=F+f=4500N+625N=5125N因?yàn)镾KIPIF1<0所以電動(dòng)車的功率P=F牽v=5125N×2m/s=10250W答:(1)滑輪組的機(jī)械效率是80%,動(dòng)滑輪重為250N;(2)此電動(dòng)車牽引力的功率是10250W。19.某工地用起重機(jī)通過(guò)圖甲所示的滑輪組提升一質(zhì)量為200kg的正方體貨物,正方體貨物的邊長(zhǎng)為0.5m,貨物上升的距離隨時(shí)間變化的圖像如圖乙所示,已知?jiǎng)踊咥的質(zhì)量為4kg,g取10N/kg,不計(jì)繩重與摩擦。求:(1)貨物平放在水平地面上時(shí),對(duì)地面的壓強(qiáng)。(2)起重機(jī)對(duì)滑輪組的牽引力。(3)起重機(jī)的輸出功率。【答案】(1)8000Pa;(2)1020N;(3)6120W【詳解】解:(1)貨物平放在水平地面上時(shí),對(duì)地面的壓力為SKIPIF1<0貨物對(duì)地面的壓強(qiáng)為SKIPIF1<0(2)根據(jù)題意可
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