3.2 电流的磁场 电磁铁的计算问题专题复习(二)(含解析)

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3.2 电流的磁场 电磁铁的计算问题专题复习(二)(含解析)

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第三章电磁铁的计算问题专题复习(二)
1.小柯使用热敏电阻与电磁继电器制作了一个简易的温控热水器实验装置,电路如图所示,当通过继电器的电流超过15mA时,衔铁被吸合,热水器停止加热,实现温控。热敏电阻的阻值R1与温度t的关系如表所示。
t/℃ 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0
R1/Ω 200 145 108 82 63 50
(1)当热水器中温度升高时,R1的阻值变小,电磁铁的磁性     。
(2)电池组电压为3V,电磁铁线圈的电阻R0为20Ω。该装置在80℃时停止加热,滑动变阻器接入的阻值为多少?
(3)若要降低继电器控制的水温,请写出一种方法     。
2.电动车因其环保、低碳广受市民喜爱。为了提高安全系数,电动车在充电时,电池温度过高会报警。图甲是小科设计的模拟报警装置示意图,电磁铁(电阻不计)与热敏电阻Rt、滑动变阻器R0串联接在电压为4伏的“电源1”两端。当电磁铁线圈中的电流I大于或等于20毫安时,衔铁被吸合,开始报警。热敏电阻可监测电池温度,其阻值Rt与温度t的关系如图乙,滑动变阻器的最大阻值为200欧。
(1)根据上述设计原理,报警器应接入图甲中的     处(填“1”或“2”)。
(2)若设置电池的温度为60℃时启动报警器,求滑动变阻器接入电路的阻值。
(3)若要使报警温度更低,以下方法可行的是     (填字母序号)。
A.移动滑片使R0减小 B.增大电源1的电压 C.增大线圈匝数
3.如图甲所示是一家庭燃气报警器的部分电路示意图,其中控制电路中的R1是由气敏电阻制成的传感器,R1的阻值与燃气浓度的关系如图乙所示。出厂预设,当燃气浓度达到4%时报警,出厂测试时U1为3伏且保持恒定,闭合开关S1、S2,移动滑动变阻器R2滑片P的位置,当控制电路中的电流为0.03安,电磁铁A恰好能将衔铁B吸下(电磁铁线圈的阻值忽略不计)
(1)电磁铁上方     极;
(2)小科认为报警时只有灯亮还不能起到很好的报警作用,最好灯亮同时发出警报声,他建议加接蜂鸣器与     并联(选填“L1”或“L2”);
(3)该报警器要达到出厂预设值,滑动变阻器接入电路的阻值有多大?(写出计算过程)
(4)小科想让该报警器报警时的燃气浓度值调到比出厂预设值更低一些,下列操作理论上可行的是     。(选填字母)
A.将滑动变阻器滑片向下滑动 B.控制电路中串联一个电阻
C.增大控制电路的电源电压 D.减少电磁铁线圈匝数
4.近几年青田进行老小区改造,不少多层楼房安装了电梯。出于安全考虑,电梯都设置超载自动报警系统,其工作原理如图甲所示,电路由工作电路和控制电路组成。在工作电路中,当电梯没有超载时,电动机正常工作;当电梯超载时,电铃发出报警铃声,电动机不工作。在控制电路中,已知电源电压U=12V,保护电阻R1=80Ω,电磁铁线圈的阻值为20Ω,电阻式压力传感器(压敏电阻)R2的阻值随压力F大小变化如图乙所示,电梯底架自重忽略不计。
(1)控制电路中,当乘客增多时,电磁铁的磁性     (选填“增大”或“减小”);工作电路中,电铃应该在触点     (选填“A”或“B”)所在支路;
(2)若电磁铁线圈电流达到20mA时,衔铁刚好被吸住,电铃发出警报声,此时电梯乘坐几人。(以每人50kg计算)
(3)如题中条件下,若想增大电梯的载客量,下列措施可行的是(     )
A.减少电磁铁线圈的匝数
B.换用弹性更弱的弹簧
C.减小R1的阻值
D.减少控制电路电源电压
5.为响应光盘行动,某学习小组设计了如图甲所示的光盘检测仪,托盘内不放餐盘时滑动变阻器Rp滑片处于最上端,当放入托盘的餐盘总质量超过一定值,通过电磁铁的电流达到0.1安时,衔铁吸下电铃响起。电阻RP的最大阻值为12欧、总长度为12厘米,其阻值与长度成正比。控制电路电源电压U1恒为3伏,电磁继电器线圈电阻忽略不计。弹簧压缩量Δx与压力F的大小关系如图乙(弹簧始终在弹性限度内,滑片间摩擦忽略不计)。
(1)电磁继电器中的电磁铁上端是     极。
(2)要使放入托盘内的物体质量超过0.2千克时,电铃响起,则R0的阻值为多少欧?(写出计算过程)
(3)小明调试时发现当放入托盘物体超重却没响铃,有同学建议增加线圈匝数,你认为可行吗?并说明理由     ,    。
6.如图甲所示是一家庭燃气报警器的部分电路示意图,其中控制电路中的R1是由气敏电阻制成的传感器,R1的阻值与燃气的浓度的关系如图乙。出厂预设当燃气浓度达到4%时报警,出厂测试时,控制电路的电源电压U1为3伏且保持恒定,闭合开关S1、S2,移动滑动变阻器R2滑片P的位置,当控制电路中的电流为0.03安,电磁铁A恰好能将衔铁B吸下,工作电路中相应的灯亮起而报警。(电磁铁线圈的阻值忽略不计)
(1)当报警器报警时,    灯亮。(选填“L1”或“L2”)
(2)该报警器要达到出厂预设值,滑动变阻器接入电路的阻值有多大?
(3)某场地安装该报警器后,想让报警器更灵敏一些,滑动变阻器滑片向     滑动(选“上”或者“下”)。
7.植物生长需要适宜的环境湿度。某劳动实践小组为大棚内的甲植物(适宜的环境湿度为30%﹣40%)设计了一个自动加湿装置,当环境湿度降至30%,加湿器开始加湿;当环境湿度升至40%,加湿器停止加湿,其电路如图所示。控制电路的电源电压U恒为6V,定值电阻R0为20Ω,湿敏电阻R的阻值与环境湿度的对应关系如表所示。(线圈电阻忽略不计)
(1)闭合开关S1,电磁铁的上端是     极(选填“南”或“北”)。
(2)当环境湿度增大时,电磁铁的磁性会     (选填“增强”或“减弱”)。
(3)闭合开关S1、S2,求衔铁恰好被吸下时,通过控制电路的电流大小为多少安?
(4)若大棚内换成种植乙植物(适宜的环境湿度为50%~70%),小明提出该加湿装置只需更换电阻R0就能实现“当环境湿度降至50%,加湿器开始加湿;当环境湿度升至70%,加湿器停止加湿”的功能。求更换后R0的阻值大小为多少欧?
环境湿度 湿敏电阻R/Ω
70% 10
50% 20
40% 30
30% 40
8.我省实施“清凉工程”,为每个教室安装了空调。为落实节能降耗,某同学设计并安装了如图甲的自动控制模拟电路,实现当气温升至30℃时,衔铁才能被电磁铁吸下,接通空调线路。热敏电阻Rt的阻值随温度变化情况如图乙。
(1)根据图乙描述Rt随温度变化的规律    。
(2)计算衔铁被吸下时,控制电路的电流大小。
(3)实际使用中发现:当气温在30℃上下波动时,空调线路会频繁接通和断开,影响空调的正常使用。因此该同学在图甲的基础上增加了一个60Ω定值电阻R0(如图丙),实现了空调线路接通后,气温降低至一定温度时自动切断,回升至30℃后才重新接通。求自动切断时的温度。(电路改进前后,衔铁刚被吸下时,电磁铁线圈中的电流大小不变;线圈电阻忽略不计)
9.某兴趣小组为学校智慧农场的储水箱设计自动注水控制系统。
【明确目标】电路功能:水箱装满水时,水泵能自动停止工作。
【分析条件】①工作电路电压U1恒为220V,控制电路电压U2恒为12V。
②压敏电阻R2安装在水箱下部,其阻值会随压力变化而改变。
③电磁铁线圈阻值不计,当电流达到40mA时,衔铁恰好被吸下。
④水箱的容积为0.8m3,水箱自身质量不计。
【设计方案】根据要求,该小组设计了图甲方案。
(1)闭合开关S时,电磁铁上端为    极。
(2)为达成设计目标,R2应选择图乙中的    (选填“①”或“②”)。
(3)水箱装满水时工作电路中的电动机M恰能自动停止工作,则R1应为多少欧?
10.智能扫地机器人(如图甲)可通过灰尘传感器自动寻找清扫灰尘,通过电动机旋转、产生高速气流将灰尘等吸入集尘盒。图乙为其部分工作原理图,当灰尘增多,空气的透光程度减弱,光照强度小于或等于3cd时,智能扫地机器人开始工作。已知控制电路电源电压U为4.5V,R为光敏电阻,其阻值随光照强度E(单位:cd)的变化如图丙所示。其中电磁铁线圈的电阻不计。
(1)根据乙、丙两图分析衔铁接触A时的光敏电阻的阻值比衔铁接触C时要     。
(2)当光照强度为3cd时,电压表示数为3V,电动机开始工作。求R0的阻值为多少?
(3)若要智能扫地机器人在更亮的环境中也能工作。现有R1、R2两个光敏电阻该如何选择,并说明理由。     。
第三章电磁铁的计算问题专题复习(二)
参考答案与试题解析
一.解答题(共10小题)
1.【分析】(1)当热水器中温度升高时,R1的阻值变小,根据欧姆定律,在电压一定时,控制电路中总电阻变小,电流变大。 (2)根据欧姆定律可得电路中的总电阻R总,根据串联电路的电阻特点,可得滑动变阻器的阻值R滑=R总﹣R1﹣R0。
(3)若要降低继电器控制的水温,热敏电阻阻值会变大,由于电磁铁吸合时电流不变,如果不改变电源电压,则总电阻不变。
【解答】解:(1)当热水器中温度升高时,R1的阻值变小,根据欧姆定律,在电压一定时,控制电路中总电阻变小,电流变大,电磁铁的磁性增强。 (2)由表中数据可知,80℃时热敏电阻阻值R1=50Ω。此时通过继电器的电流I=15mA=0.015A,根据欧姆定律可得电路中的总电阻R总200Ω。根据串联电路的电阻特点,可得滑动变阻器的阻值R滑=R总﹣R1﹣R0=200Ω﹣50Ω﹣20Ω=130Ω。
(3)若要降低继电器控制的水温,热敏电阻阻值会变大,由于电磁铁吸合时电流不变,如果不改变电源电压,则总电阻不变,因而可把滑动变阻器的阻值减小。
故答案为:(1)增强;(2)滑动变阻器接入的阻值为130Ω;(3)把滑动变阻器的阻值减小。
2.【分析】(1)因为温度高时接通报警电路,由图乙知,温度高时热敏电阻Rt阻值较小,电磁继电器线圈中电流较大,衔铁被吸下,接通了报警电路;
(2)从图乙可知60℃热敏电阻对应的电阻,控制电路中电流为20mA时就报警,可知控制电路此时的总电阻,总电阻减去热敏电阻就是滑动变阻器接入的电阻;
(3)要使报警温度更低,由图乙可知热敏电阻的最值变大,要吸下衔铁,电磁铁线圈的磁性强弱不变,从影响通电螺线管强弱的因素考虑;
【解答】解:(1)温度高时接通报警电路,温度高时热敏电阻Rt阻值较小,电磁铁的磁性增强,吸下衔铁,由此可知报警器接入2处;
(2)由图乙知60℃时,Rt=70Ω,报警时控制电路中的总电阻200Ω,滑动变阻器接入的电阻R滑=R﹣Rt=200Ω﹣70Ω=130Ω;
(3)要使衔铁吸下,通电螺线管必要具有一定磁性,磁性的强弱与线圈通过的电流和线圈匝数有关,电流越大,线圈匝数越多,磁性越强,要使报警温度更低,热敏电阻的阻值变大,要使线路中的电流不变,可以移动滑动变阻器滑片使R0减小,控制电路的总电阻不变,电流不变,故A可行;若不改变滑动变阻器的阻值,电路中的总电阻变大,可增大电压1,使电流不变磁性不变,故B可行,若滑动变阻器不动,电源电压1不变,因Rt变大,电流变小,可适当增大线圈匝数增大磁性达到同样的目的,故C可行;
故本题答案为:(1)2;(2)滑动变阻器接入电路的阻值为130Ω;(3)ABC。
3.【分析】(1)根据安培定则判断电磁铁上下端的极性;
(2)判断哪儿灯为报警灯,应把蜂鸣器应与报警灯并联;
(3)由图乙可知报警时对应的电阻R1,测试时的控制电流已知,控制电路的电压已知,可求出电路总电阻,总电阻减去R1就是滑动变阻器接入的电阻;
(4)该报警器报警时的燃气浓度值调到比出厂预设值更低一些,气敏电阻的阻值变大,控制电路的磁性强度不变,根据影响磁性因素进行确定。
【解答】解:(1)甲图中螺线管中电流由下方流入,上方流出,根据安培定则可知,电磁铁上方为N(或北)极;
(2)甲图中当衔铁被吸下时电路报警,控制电阻此时灯泡L2工作,因此为了灯亮同时发出警报声,蜂鸣器应与L2并联;
(3)燃气浓度达到4%时,据乙图可知,R1的阻值为40Ω,当控制电路中的电流为0.03安,电路中的总电阻为,
滑动变阻器接入电路的阻值为R2=R﹣R1=100Ω﹣40Ω=60Ω;
(4)A.该报警器报警时的燃气浓度值调到比出厂预设值更低一些,根据R1的阻值与燃气浓度的关系可知即需要气敏电阻R1的阻值增大,如果线圈匝数不变,电流不变,根据R滑=R总﹣R气敏可知,滑动变阻器接入的阻值变小,故A符合题意;
B.在控制电路中串联一个电阻,总电阻更大,电路中电路变小,电磁铁线圈的磁性变小,达到报警浓度时,不能闭合报警回路,故B不符合题意;
C.R1气敏电阻增大时,若滑动变阻器不动,控制电路中的总电阻R总变大,要保证电流不变,可以适当增大电源电压,故C符合题意;
D.R1气敏电阻增大时,若滑动变阻器不动,电源电压不变的情况下,电路中的电流变小,磁性减弱,若再减小电磁铁线圈匝数,磁性更弱,到达报警浓度时,不能吸下衔铁报警,故D不符合题意。
故选:AC。
故答案为:(1)N(或北);(2)L2;(3)60Ω;(4)AC。
4.【分析】(1)电磁继电器是用电磁铁来控制电路的开关;电磁铁的磁性强弱与电流的大小和线圈的匝数有关。
(2)根据欧姆定律和压敏电阻的特性来计算该电梯承载的人数。
(3)若想增大电梯的载客量,即压敏电阻所受压力增加,由图乙可知压敏电阻阻值减小,控制电路的电流变大,电磁铁的磁性增强,会更容易将衔铁吸合,让电梯停止运行。为了让电梯可以继续运行,要阻止衔铁吸合,故可以减弱电磁铁磁性,如减小电压、增大保护电阻的阻值、减少线圈匝数,或者增加弹簧的弹性。
【解答】解:(1)控制电路中,当乘客增多时,由图乙可知压敏电阻的阻值减小,根据欧姆定律可知:控制电路中的电流增大,电磁铁的磁性增大,衔铁会被吸下来,因此工作电路中,电铃应该在触点B所在支路。
(2)若电磁铁线圈电流达到20mA时,衔铁刚好被吸住,电铃发出警报声,此时电路的总电阻为,
保护电阻、电磁铁的线圈电阻和压敏电阻三者串联,所以此时压敏电阻的阻值为R压=R﹣R1﹣R线圈=600Ω﹣80Ω﹣20Ω=500Ω,
根据图乙可知;当压敏电阻的阻值为500Ω时,对应的压力F=6000N,每个人的重力为G=mg=50kg×10N/kg=500N,
可乘坐的人数为。
(3)若想增大电梯的载客量,即压敏电阻所受压力增加,由图乙可知压敏电阻阻值减小,控制电路的电流变大,电磁铁的磁性增强,会更容易将衔铁吸合,让电梯停止运行。为了让电梯可以继续运行,要阻止衔铁吸合,故可以减弱电磁铁磁性,如减小电压、增大保护电阻的阻值、减少线圈匝数,或者增加弹簧的弹性,故AD符合题意,BC不符合题意。
故选AD。
故答案为:(1)增大;B;(2)若电磁铁线圈电流达到20mA时,衔铁刚好被吸住,电铃发出警报声,此时电梯乘坐12人;(3)AD。
5.【分析】(1)利用安培定则判断通电螺线管的极性;
(2)根据题目中的信息,过电磁铁的电流达到0.1安时,衔铁吸下电铃响起,计算出总电阻,然后根据图乙计算出电阻Rp的阻值,最后计算定值电阻的阻值;
(3)当放入托盘物体超重却没响铃,说明电路中的电流较小,应该增大电流,或者是增大磁性。
【解答】解:(1)根据图甲,利用安培定则可知,电磁铁的上端为:S极;
(2)过电磁铁的电流达到0.1安时,衔铁吸下电铃响起,此时电路中总电阻为:;
放入托盘内的物体质量超过0.2千克,重力为:G=mg=0.2kg×10N/kg=2N,结合乙图可知此时伸长2cm,电阻Rp的最大阻值为12欧、总长度为12厘米,其阻值与长度成正比,此时Rp的电阻为10Ω,
由电路图可知R0和Rp串联,所以R0=R﹣Rp=30Ω﹣10Ω=20Ω;
(3)可行;当放入托盘物体超重却没响铃,说明电路中的电路太小,因此要适当的减小电阻,或者是增大电磁铁的磁性,
通过增加线圈匝数,可以使磁性增强,吸引衔铁;
故答案为:(1)S;(2)R0的阻值为20Ω;(3)可行;通过增加线圈匝数,可以使磁性增强,从而吸引衔铁。
6.【分析】(1)报警器报警时,电磁铁A恰好能将衔铁B吸下,由图甲可知发光的灯泡;
(2)由甲电路图可知,控制电路中R1、R2串联,当燃气浓度达到4%时,根据图乙可知读出气敏电阻的阻值,再根据欧姆定律的应用求出电路的总电阻,根据串联电路电阻特点求出滑动变阻器接入电路的阻值;
(3)根据图乙可知,当燃气浓度达到3%时,气敏电阻接入电路的阻值变大,为保证报警时电路电流仍为0.03A,由欧姆定律可知,需控制电路的总电阻不变,据此可知滑动变阻器调节的方向。
【解答】解:(1)报警器报警时,电磁铁A恰好能将衔铁B吸下,由电路图可知,L2灯亮;
(2)闭合开关,左侧控制电路两电阻串联接入,当燃气浓度达到4%时,根据图乙可知,气敏电阻的阻值为40Ω,
由欧姆定律可知,此时电路的总电阻:R总100Ω,
因串联电路总电阻等于各部分电阻之和,所以滑动变阻器接入电路的阻值:R2=R总﹣R1=100Ω﹣40Ω=60Ω;
(3)根据图乙可知,当燃气浓度达到3%时,气敏电阻接入电路的阻值变大,为保证报警时电路电流仍为0.03A,
由欧姆定律可知当电压一定时,需控制电路中的总电阻不变,因此调节滑片使滑动变阻器接入电路的阻值减小,故将滑片向下移动;
因此当滑片向下移动一定距离后,燃气浓度达到3%,电路电流刚好为0.03A时,报警器报警。
答:(1)L2;
(2)滑动变阻器接入电路的阻值为60Ω;
(3)下。
7.【分析】(1)根据安培定则判断磁极;
(2)电磁铁的磁性和电流的大小有关,根据湿度确定电阻计算总电阻,由I可判断电流大小,据此分析磁性强弱;
(3)根据湿度确定电阻计算总电阻,由I可求得电流大小;
(4)适宜的环境湿度为50%~70%,衔铁吸引与释放的电流不变,故电阻不变,结合串联电路的特点计算电阻R0,吸合时的电阻为R闭合等于R0加上10Ω的湿敏电阻。
【解答】解:(1)闭合开关S1,电流从电磁铁的上端流入,根据安培定则可知,电磁铁的下端为N极,上端为S极;
(2)当环境湿度增大时,电阻减小,电流增大,电磁铁的磁性会增强;
(3)当环境湿度升至40%,加湿器恰好停止加湿,说明衔铁被吸引,此时R=30Ω,与电阻R0串联,电路的总电阻R'=R+R0=30Ω+20Ω=50Ω,则衔铁恰好被吸下时通过电磁铁的电流:I0.12A;
(4)适宜的环境湿度为50%~70%,衔铁吸引与释放的电流不变,故电阻不变;
释放时的电阻为:R放=40Ω+20Ω=20Ω+R0,解得:R0=40Ω;
吸合时的电阻为R闭合=40Ω+10Ω=50Ω,与原电路的吸合电阻相等,故符合要求。
故答案为:(1)南;(2)增强;(3)0.12A;(4)50Ω。
8.【分析】(1)根据图像乙分析热敏电阻得到阻值与温度的关系;
(2)根据欧姆定律进行计算。
(3)根据并联电路的特点进行计算。
【解答】解:(1)根据图像乙可知:Rt随温度的升高而下降。
(2)由欧姆定律得到控制电路的电流为:。
(3)干路中的电流为I=0.15A;
增加的支路中的电流为:;
It=I﹣I0=0.15A﹣0.05A=0.1A。

由图乙可知:此时对应的温度为26℃。
故答案为:(1)Rt随温度的升高而下降;(2)0.15A;(3)26℃。
9.【分析】(1)安培定则是用右手握住螺线管,让四指指向螺线管中电流的方向,那么大拇指所指的那端就是螺线管的N极;
(2)根据欧姆定律结合图乙分析;
(3)根据密度公式求出水的质量,根据重力计算公式求出压敏电阻受到的压力,根据图乙查出压力大小对应的R2的阻值,再根据欧姆定律求出控制电路的总电阻,然后根据串联电路电阻的特点可得R1的阻值。
【解答】解:(1)由图甲可知,控制电路中电流从电磁铁的下端流入,上端流出。按照安培定则,此时电磁铁的上端为N极;
(2)水箱装满水时,水的压力最大,压敏电阻受到的压力最大,要使水泵自动停止工作,此时控制电路中的电流需达到40mA,电磁铁吸下衔铁,工作电路断开;
由图乙可知,当压力增大时,曲线②的阻值减小,曲线①的阻值增大。根据欧姆定律(U为控制电路电压,R为控制电路总电阻),电源电压不变,要使电流增大,总电阻应减小,所以压敏电阻的阻值应随压力增大而减小,故R2应选择图乙中的②;
(3)已知水箱容积V=0.8m3,水的密度ρ=1.0×103kg/m3,根据密度公式可得水的质量为:m=ρv=1.0×103kg/m3×0.8m3=800kg;
因为水箱自身质量不计,根据重力计算公式可得压敏电阻受到的压力为:F=G=mg=800kg×10N/kg=8000N;然后由图乙可知,当F=8000N时,R2=200Ω;
控制电路的电压U2=12V,当电流I=40mA=0.04A时,根据欧姆定律可得控制电路的总电阻为:
R总300Ω;因为控制电路中R1与R2串联,根据串联电路电阻的特点可得R1的阻值为:R1=R总﹣R2=300Ω﹣200Ω=100Ω。
答:(1)N;(2)②;(3)R1的阻值为100Ω。
10.【分析】(1)根据电磁铁磁场强度的变化确定电流的变化,进而确定光敏电阻的阻值变化;
(2)在串联电路中,电压的分配与电阻成正比,据此计算光敏电阻阻值,根据图丙确定此时的光照强度;
(3)根据图丁,相同阻值时,光照强度强的电阻。
【解答】解:(1)根据图乙可知,当衔铁接触C时,电磁铁的磁场更强,通过它的电流更大,根据欧姆定律可知,光敏电阻的阻值更小,即衔铁接触A时光敏电阻的阻值大于衔铁接触C时光敏电阻的阻值;
(2)由图乙可知,在控制电路中定值电阻R0与光敏电阻R串联,电压表测定值电阻R0两端的电压,根据串联电路的分压原理可知:,当光照强度为3cd时,电阻R的阻值为6Ω;代入数据有:;解得:R0=12Ω;
(3)若要智能扫地机器人在更亮的环境中也能工作,相同阻值时,光照强度更强,比较图丁可知,阻值相同时,R1的光照强度更强,应选择R1。
故答案为:(1)大;(2)R0的阻值为12Ω;(3)R1,相同阻值时,光照强度更强。
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