如图所示,在坐标系xOy的第一象限内斜线OC的上方存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,第四象限内存在磁感应强度大小未知、方向垂直纸面向里的匀强磁场,第三象限内存在沿y轴负方向的匀强电场,在x轴负半轴上有一接收屏GD,GD=2OD=d,现有一带电粒子(不计重力)从y轴上的A点,以初速度v0水平向右垂直射入匀强磁场,恰好垂直OC射出,并从x轴上的P点(未画出)进入第四象限内的匀强磁场,粒子经磁场偏转后又垂直y轴进入匀强电场并被接收屏接收,已知OC与x轴的夹角为37°,OA=
,求:
(1)粒子的电性及比荷
;
(2)第四象限内匀强磁场的磁感应强度B′的大小;
(3)第三象限内匀强电场的电场强度E的大小范围.
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/19926eec4f29c926599f876a1d1aa937.png)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2022/9/27/e2260ee1-61c6-43e9-b680-6c87492cba9b.png?resizew=241)
(1)粒子的电性及比荷
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/9da659de03afffb155aaa89e6d1f7e70.png)
(2)第四象限内匀强磁场的磁感应强度B′的大小;
(3)第三象限内匀强电场的电场强度E的大小范围.
19-20高二上·江苏常州·期中 查看更多[8]
更新时间:2019-11-15 12:09:46
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解答题
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(0.4)
名校
【推荐1】如图所示,在
平面内,
的区域,有一平行x轴向左的匀强电场I,
的范围内有
方向的匀强电场II,两电场无交叠,在第四象限距离
轴为
的位置平行x轴固定一长度为d的光屏,左端与电场II的边界平齐。现将一带电粒子从x轴上
的位置无初速度释放,沿x正方向运动,离开电场II后恰好打在光屏的最左端。求:
(1)电场
和电场
的电场强度之比;
(2)要使该带电粒子能够打到光屏最右端,应在x轴上什么位置无初速度释放该带电粒子。
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/7795aec93c2c7ac2fd93e6747ca6516c.png)
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![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/81dea63b8ce3e51adf66cf7b9982a248.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/add8f7a536be24d5127563123afed464.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/ad7865cadd345da2afff996e64630b47.png)
(1)电场
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/522230546d4b802094e86ceb48c2ba38.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/0b4f150ab98bde511e0f65d9bafab031.png)
(2)要使该带电粒子能够打到光屏最右端,应在x轴上什么位置无初速度释放该带电粒子。
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(0.4)
名校
【推荐2】电势和场强是静电场中两个非常重要的物理量,分别反映了电场力的性质和能的性质,同时这两个物理量的建立为我们解决很多问题提供了方便。
(1)若空间中分布的电场为非匀强电场。如图1所示为该电场的一条电场线,场强方向从a到b,a和b两点的电势分别为φa和φb。现将一个电量为q的正试探电荷由a处移至b处,则电场力做功W为多少?
(2)如图2所示,在平面直角坐标系中,存在方向平行于坐标平面的匀强电场(图中未画出), 在第一象限内有一块挡板ab,其中a点坐标为(0,L), b点坐标为
。选取坐标原点O处的电势为0,则a点的电势为-φ(φ>0), b点的电势为
。在坐标原点O处有一个粒子源,可在坐标平面内沿电势为O的等势线向两相反方向发射不同速度的同种粒子,粒子质量均为m、电荷量均为q(q>0),不计粒子重力及粒子间的相互作用力。
A.求匀强电场的电场强度;
B.为使打在挡板上的粒子的动能增量最大,该粒子入射的速度应为多大?
(1)若空间中分布的电场为非匀强电场。如图1所示为该电场的一条电场线,场强方向从a到b,a和b两点的电势分别为φa和φb。现将一个电量为q的正试探电荷由a处移至b处,则电场力做功W为多少?
(2)如图2所示,在平面直角坐标系中,存在方向平行于坐标平面的匀强电场(图中未画出), 在第一象限内有一块挡板ab,其中a点坐标为(0,L), b点坐标为
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![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/8e40f21afc81deb7e1074f539f862fc6.png)
A.求匀强电场的电场强度;
B.为使打在挡板上的粒子的动能增量最大,该粒子入射的速度应为多大?
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(0.4)
名校
【推荐3】如图所示,一质量为m1=1kg,带电荷量为q=+0.5C的小球以速度v0=3m/s,沿两正对带电平行金属板(板间电场可看成匀强电场)左侧某位置水平向右飞入,极板长L=0.6m,不计空气阻力,小球飞离极板后恰好由A点沿切线落入竖直光滑圆弧轨道ABC,圆弧轨道ABC的形状为半径R<3m的圆截去了左上角127°的圆弧,CB为其竖直直径,在过A点竖直线OO′的右边界空间存在竖直向下的匀强电场,电场强度为E0=10V/m.(取g=10m/s2)求:
(1)两极板间的电场强度;
(2)欲使小球在圆弧轨道运动时不脱离圆弧轨道,求半径R的取值应满足的条件。
(1)两极板间的电场强度;
(2)欲使小球在圆弧轨道运动时不脱离圆弧轨道,求半径R的取值应满足的条件。
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(0.4)
解题方法
【推荐1】如图所示,在竖直平面内建立直角坐标系,x轴下方有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为
。A是质量为m1带正电的小球,C是质量为m2带负电的小球,A、C均可视为电荷量大小为q的质点,且2m1=m2=m。初始时C球被锁定在x轴上某一位置,把A球从y轴上某点以初速度v0水平抛出,A球与C球发生一维对心正碰,碰撞时间极短,碰前瞬间解除对C球的锁定,碰后瞬间A球速度为零,C球速度方向与x轴正方向夹角为θ=53°,碰撞前后A、C两球电荷量不变,重力加速度为g,sin53°=0.8,求:
(1)小球A从开始抛出到与C球碰前运动的时间t及两球碰撞损失的机械能
;
(2)A球在磁场中运动的最大速度vm(结果用v0表示);
(3)C球在磁场运动过程中离x轴的最大距离H(结果用v0和g表示)。
注:其中(2)、(3)问不考虑A、C两球在磁场中可能发生的碰撞。
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/1c8394c0debfda880dd3d249ec1e8296.png)
(1)小球A从开始抛出到与C球碰前运动的时间t及两球碰撞损失的机械能
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/c6c6eb14380e627b6d3194192d234d4c.png)
(2)A球在磁场中运动的最大速度vm(结果用v0表示);
(3)C球在磁场运动过程中离x轴的最大距离H(结果用v0和g表示)。
注:其中(2)、(3)问不考虑A、C两球在磁场中可能发生的碰撞。
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(0.4)
【推荐2】如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B,宽度为d,边界为
和
。一电子从
边界外侧以速率
垂直匀强磁场射入,入射方向与
边界间夹角为
。已知电子的质量为m,电荷量为e,不计重力的影响,求:
(1)为使电子能从磁场的另一侧
射出,电子的速率
满足什么条件?
(2)电子在磁场中运动的最长时间是多少?
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/9d78abbad68bbbf12af10cd40ef4c353.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/49b50357a6545cae8348e3059312f520.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/9d78abbad68bbbf12af10cd40ef4c353.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/6f58888df91890a19a1aa7511d19703f.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/9d78abbad68bbbf12af10cd40ef4c353.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/c24095e409b025db711f14be783a406c.png)
(1)为使电子能从磁场的另一侧
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/49b50357a6545cae8348e3059312f520.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/6f58888df91890a19a1aa7511d19703f.png)
(2)电子在磁场中运动的最长时间是多少?
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2023/8/17/0e9dd85b-ee75-42a5-958e-29990ff4b2a4.png?resizew=127)
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(0.4)
【推荐3】如图所示,空间中有两块相互平行的足够大的金属板,两板间有垂直于纸面向里的匀强磁场。板上有两块正对的区域
和
,称为“标记区”。标记区的长度
,两板间距为
。下标记区
的正中有一个粒子发射装置
,某时刻,它一次性的在两板间沿纸面内向各方向均匀的发射出质量为
、带电量为
、速度为
的粒子,其中发射方向垂直于
的粒子
恰能打到上标记区左端点
。不考虑重力和各粒子间的相互作用力,不考虑粒子打到板上的反弹,且忽略带电粒子对金属板上电荷分布的影响。
(1)求匀强磁场磁感应强度的大小
;
(2)求最终打在上、下两标记区的粒子数之比(本问可能会用到的三角函数近似值
,
,
,
);
(3)为使从
发射的粒子
不能打中上金属板,需要在两板间至少加上多大的电压
?研究表明,任意时刻粒子
沿平行金属板方向的速度分量(投影速度)与离开下金属板的距离成正比,且比例系数与两金属板间所加电压大小无关。
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/60ef95894ceebaf236170e8832dcf7e3.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/e6e490f703eb6c9bb1278c78ebc2d661.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/e104db8b37c46825cf27f72d233b52f1.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/b466ce0dbd5c243f683dc9e36e42f2e4.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/60ef95894ceebaf236170e8832dcf7e3.png)
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(1)求匀强磁场磁感应强度的大小
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/7f9e8449aad35c5d840a3395ea86df6d.png)
(2)求最终打在上、下两标记区的粒子数之比(本问可能会用到的三角函数近似值
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/350e75946aa566d2bef24c37e3cd6470.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/42b713fb8dcaf09534b859da961120d5.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/364d123c62558b6f85a9525e88cc7361.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/83c4211262126517cfcdc7110b77fb4a.png)
(3)为使从
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/cf231f8f86fb922df4ca0c87f044cec3.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/0a6936d370d6a238a608ca56f87198de.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/b52b4f24969673c863b5aff4fb6751ce.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/0a6936d370d6a238a608ca56f87198de.png)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/2/4/2916496504307712/2918186397179904/STEM/7251cac9-b2b9-4153-a96b-144ac6e34917.png?resizew=333)
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(0.4)
【推荐1】如图所示的直角坐标系xOy,在其第二象限内有垂直纸面向里的匀强磁场和沿y轴负方向的匀强电场。虚线OA位于第一象限,与y轴正半轴的夹角θ=60°,在此角范围内有垂直纸面向外的匀强磁场;OA与y轴负半轴所夹空间里存在与OA平行的匀强电场,电场强度大小E=10N/C。一比荷q=1×106C/kg的带电粒子从第二象限内M点以速度v=2.0×103m/s沿x轴正方向射出,M点到x轴距离d=1.0m,粒子在第二象限内做直线运动;粒子进入第一象限后从直线OA上的P点(P点图中未画出)离开磁场,且OP=d。不计粒子重力。
(1)求第二象限中电场强度和磁感应强度的比值
;
(2)求第一象限内磁场的磁感应强度大小B;
(3)粒子离开磁场后在电场中运动是否通过x轴?如果通过x轴,求其坐标;如果不通过x轴,求粒子到x轴的最小距离。
(1)求第二象限中电场强度和磁感应强度的比值
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/9a0b63b7ca8bacd1dae011bf45303176.png)
(2)求第一象限内磁场的磁感应强度大小B;
(3)粒子离开磁场后在电场中运动是否通过x轴?如果通过x轴,求其坐标;如果不通过x轴,求粒子到x轴的最小距离。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2020/3/13/2418766043791360/2418925476585472/STEM/1ddda63e-5e83-400b-97c4-22e3f561b72d.png?resizew=289)
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(0.4)
【推荐2】宇宙中的暗物质湮灭会产生大量的高能正电子,正电子的质量为m,电量为e,通过寻找宇宙中暗物质湮灭产生的正电子是探测暗物质的一种方法(称为“间接探测”)。如图所示是某科研攻关小组为空间站设计的探测器截面图,粒子入口的宽度为d,以粒子入口处的上沿为坐标原点建立xOy平面直角坐标系,以虚线AB、CD、EF为边界,
区域有垂直纸面向外的匀强磁场,
区域有垂直纸面向里的匀强磁场,
区域内磁感应强度的大小均为B;
区域有沿y轴负方向的匀强电场,电场强度大小为
;
处放置一块与y轴平行的足够长的探测板PQ。在某次探测中,仅考虑沿x轴正方向射入的大量速度不等的正电子,正电子的重力以及相互作用不计,其中一些正电子到达边界AB时,速度与x轴的最小夹角为
,对此次探测,求:
(1)初速度多大的正电子不能到达探测板PQ?
(2)正电子自入口到探测板PQ的最短时间;
(3)正电子经过边界CD时的y轴坐标范围;
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/140da727e7a491397a036d9bf49a00f6.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/3b927f5e0d26e5af8619907941c84d49.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/c93e8285dad5a36d8581c28d682dee4b.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/0346c8ea77d8e37e96aff179d325e36b.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/82cb2752ecdc725aa2aa9ca3771409a1.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/fa4a6cc2854004d5c0ce3d707f08777a.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/f6b86c22b670a8e9f3896f9e8883fbbb.png)
(1)初速度多大的正电子不能到达探测板PQ?
(2)正电子自入口到探测板PQ的最短时间;
(3)正电子经过边界CD时的y轴坐标范围;
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2021/4/26/2708392424046592/2711503631843328/STEM/84bf8a3c-6bb0-4dd6-8ff0-fb9306be0e08.png)
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(0.4)
名校
【推荐3】如图,在x轴上方存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直直面向外,在x轴下方存在匀强电场,电场方向与xOy平面平行,且与x轴成45°夹角.一质量为m,电荷量为q(q>0)的粒子以初速度v0从y轴上的P点沿y轴正方向射出,一段时间后进入电场,进入电场时的速度方向与电场方向相反,又经过一段时间T0,磁场的方向变为垂直于纸面向里,大小不变,不计重力.
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2019/2/14/2140715705630720/2144543206940672/STEM/78f01e38-3758-4a2b-9c60-c2f848568767.png?resizew=347)
(1)求粒子在磁场中运动的轨道半径;
(2)求粒子从P点出发至第一次到达x轴所需的时间;
(3)若要使粒子能够回到P点,求电场强度的最大值.
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2019/2/14/2140715705630720/2144543206940672/STEM/78f01e38-3758-4a2b-9c60-c2f848568767.png?resizew=347)
(1)求粒子在磁场中运动的轨道半径;
(2)求粒子从P点出发至第一次到达x轴所需的时间;
(3)若要使粒子能够回到P点,求电场强度的最大值.
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(0.4)
名校
【推荐1】如图甲所示,在半径为R的圆形区域内有垂直于坐标平面向外的匀强磁场I,圆心的坐标为
(0,R),在x轴下方有垂直于坐标平面向里的匀强磁场II,P、Q为长2R的平行板,Q板在x轴负半轴上,两板间的距离为2R,在两板间加上如图乙所示的电压,在两板的左侧有一粒子源,从
时刻开始沿两板中线发射质量为m、电荷量为q的带正电粒子,粒子初速度为
,长为2R的接收器ab水平放置在x轴正半轴上,a端离O点距离为R,在
时刻从粒子源射出的粒子经磁场I偏转后从O点沿y轴负方向进入磁场II,此粒子刚好打在接收器上的b点,所有粒子均能从两板间射出,不计粒子重力和粒子间相互作用,求:
(1)粒子在两板间运动的最大侧移;
(2)匀强磁场I、II的磁感应强度
和
的大小;
(3)当
时,接收器ab上有粒子打到区域的长度。
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/23f919bd3dde10dbbc076f7ec5149699.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/7aeb9a94e392f6759b18abed89aacc5e.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/723a360955dcf522bc2585a3b0be17fc.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/dc96197a4d93b556baf7f2c5821213ca.png)
(1)粒子在两板间运动的最大侧移;
(2)匀强磁场I、II的磁感应强度
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/97c01fdc7bc471af0b264a04aef0823e.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/43a71fc9c0068109dad1382354570665.png)
(3)当
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/16079e264eb8c55a0deaea9ee5fe7c28.png)
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较难
(0.4)
名校
【推荐2】如图甲所示,在直角坐标系中有两条与y轴平行的磁场边界AB和CD,AB、CD与x轴的交点分别为M(2L,0)、N(4L,0),在AB和CD之间存在着垂直纸面向外的匀强磁场,在AB与y轴之间存在着沿着y轴正方同的匀强电场,现有一质量为m、电荷量为e的电子,在y轴上的P点以初速度
沿着x轴的正方向射入匀强电场,正好从M点进入匀强磁场,且速度方向与x轴所成夹角为30°。
(1)求匀强电场的电场强度E;
(2)若电子不能越过边界CD,求匀强磁场的磁感应强度B应满足的条件;
(3)若电子通过M点时开始计时,磁场随时间变化的情况如图乙所示(垂直纸面向外为正,且不考虑磁场变化所产生的感生电场),要使电子运动一段时间后从N点飞出,速度方向与x轴的夹角为30°,求磁场变化的周期T、磁感应强度B1的大小各应满足的表达式。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2017/3/7/1638726989733888/1646697675661312/STEM/83086529-a18e-4ce0-bf1f-3f8b68e71a92.png?resizew=370)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/bc13a607ac0c7f76d252d7cb1bb040fd.png)
(1)求匀强电场的电场强度E;
(2)若电子不能越过边界CD,求匀强磁场的磁感应强度B应满足的条件;
(3)若电子通过M点时开始计时,磁场随时间变化的情况如图乙所示(垂直纸面向外为正,且不考虑磁场变化所产生的感生电场),要使电子运动一段时间后从N点飞出,速度方向与x轴的夹角为30°,求磁场变化的周期T、磁感应强度B1的大小各应满足的表达式。
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解答题
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较难
(0.4)
名校
【推荐3】如图所示的等边三角形区域
内有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为
(未知),三角形的边长为
,
的中点P处有一条狭缝可以允许粒子穿过。
是一个加速场,电压为
。一个质量为m、带电量为
的粒子从O点静止出发,穿过狭缝P后沿
方向进入磁场区域,它与边界
经过两次弹性碰撞(电荷不转移)后又垂直返回P.不计粒子重力,求:
(1)磁感应强度
的大小;
(2)调节磁感应强度为B,使得粒子仍能垂直返回P,试求B的大小;
(3)假定粒子在磁场
中做圆周运动的周期为
,那么在(2)的条件下,求粒子从进入磁场到垂直返回P所用的时间的最大值
和最小值
;
(4)撤去挡板
和
,仅保留下
板,匀强磁场充满
上方,粒子与挡板的碰撞是非弹性的,恢复系数为
(恢复系数指碰后物体间的远离速度与碰前物体间的靠近速度的比值),为使粒子不离开磁场,求
的取值范围。
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![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/c41d793c851a2f72f787913ba23e459c.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/0d916a406adac9fa4dcfbad152547ac9.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/69225cfdfbc0a9a1ccfdd15c46353b8f.png)
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(1)磁感应强度
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(2)调节磁感应强度为B,使得粒子仍能垂直返回P,试求B的大小;
(3)假定粒子在磁场
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![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/635ccd929471d564cc9d2d96266b34d1.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/3e1a3569c2691db27faa3c6777d7c022.png)
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(4)撤去挡板
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/18f0281e6bbdbe08beeccb55adf84536.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/f384e98d574fa2676d61624285f88188.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/69225cfdfbc0a9a1ccfdd15c46353b8f.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/69225cfdfbc0a9a1ccfdd15c46353b8f.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/35ae4e9ab5cae22a3d2fb744d6a97c9b.png)
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