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13.1 磁场与磁感线
1.知道磁场的基本特性是对处在它里面的磁体或电流有磁场力的作用。
2.知道磁极和磁极之间、磁极和电流之间、电流和电流之间都是通过磁场发生相互作用的。
3.知道什么是磁感线。
4.知道条形磁铁、蹄形磁铁、直线电流、环形电流和通电螺线管的磁感线分布情况。
5.会用安培定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向
知识点一 电和磁的联系
1.磁极:自然界中的磁体总是存在两个磁极。
2.磁极间的作用:同名磁极或同种电荷相互排斥,异名磁极或异种电荷相互吸引。
3.电流的磁效应
(1)奥斯特实验:通电导线使小磁针偏转。
(2)实验结论:电流可以产生磁场——发现了电流的磁效应。
【温馨提示】实验时,通电直导线要沿南北方向水平放置,磁针要与导线平行且放在导线的正下方或正上方,以保证电流的磁场与地磁场方向不同而使小磁针发生偏转,若导线沿东西方向放置,小磁针可能不偏转。
知识点二 磁场 磁感线
1.磁场
(1)来源:磁体周围和电流周围都存在磁场,一切磁相互作用都是通过磁场来实现的。
(2)方向:人们规定,在磁场中某一点小磁针N极所受磁力的方向,就是该点磁场的方向。
(3)磁场是客观存在的:磁场与电场类似,都是不依赖于我们的感觉而客观存在的物质。
2.磁感线
(1)磁场的方向规定:小磁针静止时N极所指的方向。
(2)磁感线:用来形象地描述磁场的曲线,曲线上每一点的切线方向都跟这点磁场的方向一致。
(3)磁感线的疏密表示磁场的强弱。
【温馨提示】 (1)磁感线是为了形象地描述磁场而假想出来的一簇有方向的曲线,并不是客观存在于磁场中的真实曲线。
(2)没有磁感线的地方,并不表示就没有磁场的存在;通过磁场中的任一点总能而且只能画出一条磁感线。
知识点三 安培定则
1.直线电流的磁场:右手握住导线,让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致,弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向,如图甲所示。
2.环形电流的磁场:让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁场的方向,如图乙所示。
3.通电螺线管的磁场:让右手弯曲的四指与螺线管电流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是螺线管轴线上磁场的方向,或拇指指向螺线管的N极,如图丙所示。
【特别提醒】“×”表示磁场(或电流)方向垂直进入纸面,“·”表示磁场(或电流)方向垂直离开纸面。
知识点四 安培分子电流假说
1.分子电流假说:安培认为,在物质的内部,存在着一种环形电流,即分子电流。分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体,它的两侧相当于两个磁极。
2.分子电流假说意义:能够解释磁化以及退磁现象,解释磁现象的电本质。
【温馨提示】安培分子电流假说揭示了磁性的起源,它使我们认识到磁体的磁场和电流的磁场一样,都是由运动的电荷产生的。
十九世纪安培为解释地球的磁性做出这样的假设:地球的磁场是由绕着地心的环形电流I引起的,如图中假设的引起地球磁场的环形电流方向正确的是( )
A.B. C. D.
【解答】解:地磁的南极在地理北极的附近,故在用安培定则判定环形电流的方向时右手的拇指必须指向南方;而根据安培定则:拇指与四指垂直,而四指弯曲的方向就是电流的方向,故四指的方向应该为B中所示方向,故B正确,ACD错误。
故选:B。
如图,水平桌面上有一个静止的小磁针,在它正上方沿水平方向与小磁针垂直放置一条导线。给导线通以向右的恒定电流时,没有观察到小磁针转动。下列说法正确的是( )
A.导线是沿南北方向放置的
B.仅将导线向下平移更靠近小磁针,可观察到小磁针转动
C.仅将电流加大,可观察到小磁针转动
D.仅将导线沿平行于小磁针方向放置,可观察到小磁针转动
【解答】解:A.当通入如图所示的电流时,根据右手螺旋定则可得小磁针的位置的磁场方向是垂直纸面向里,没有观察到小磁针转动,小磁针此时指向与地磁场方向相同,小磁针指向南北方向,导线是沿东西方向放置的,故A错误;
B.仅将导线向下平移更靠近小磁针,虽然导线产生的磁场强度会增加,但是由于磁场方向不变,小磁针仍然不会转动,故B错误;
C.仅将电流加大,导线产生的磁场强度会增加,但是磁场方向不变,因此小磁针仍然不会转动,故C错误;
D.仅将导线沿平行于小磁针方向放置,此时导线产生的磁场方向将与小磁针的方向垂直,由于小磁针会受到这个磁场的力的作用,因此会发生转动,故D正确。
故选:D。
下列磁场小磁针指向正确的是( )
A. B.
C. D.
【解答】解:A、小磁针处的磁场方向为U形磁铁N极指向S极,即方向向右,则小磁针N极向右,故A错误;
B、小磁针处的磁场方向为条形磁铁N极指向S极,即方向向右,则小磁针N极向右,故B错误;
C、由右手螺旋定则可知,小磁针指向正确,故C正确;
D、由地磁场从地球的南极指向北极,结合小磁针静止时N极指向为磁场的方向,因此赤道处小磁针N极指向地球的北极,故D错误;
故选:C。
宇宙中“破坏力”最强的天体“磁星”,危险程度不亚于黑洞,其磁感应强度相当于地球磁场的1000万亿倍,下列有关“磁星”的磁场说法正确的是( )
A.“磁星”表面的磁感线可能相交
B.磁感线是真实存在的有方向的曲线
C.磁场只存在于“磁星”外部,而“磁星”内部不存在磁场
D.“磁星”表面某点静止一小磁针,小磁针的N极指向为该点磁场方向
【解答】解:A、磁感线不能相交,因为磁场中某点不可能有两个磁场方向,故A错误;
B、磁感线是假想的有方向的闭合曲线,故B错误;
C、磁感线为闭合曲线,故而在“磁星”内部仍然存在磁场,故C错误;
D、磁感线某点处的切线方向为该点的磁场方向,而小磁针N极所指的方向就是该点的磁感线切线方向,故D正确。
故选:D。
如图所示,对其中包含的物理知识说法正确的是( )
A.图甲,导体棒A端因感应带负电,B端因感应带正电
B.图乙,A、B两点与中心电荷的距离相等,故A、B两点的电场强度相同
C.图丙,停在高压线上的小鸟没电死,是因为小鸟的安全电压很高
D.图丁,能自由转动的小磁针如图静止,则通电导线中电流方向向下
【解答】解:A.图甲,根据静电感应原理可知,导体棒A端因感应带负电,B端不带电,因为导体棒A端接地,故A错误;
B.图乙,A、B两点与中心电荷的距离相等,故A、B两点的电场强度大小相等,但是方向不同,故B错误;
C.图丙,停在高压线上的小鸟没电死,因为小鸟双脚落在同一条导线上,两脚间的距离很小,所以电压很低,几乎没有电流流过小鸟的身体,故C错误;
D.图丁,能自由转动的小磁针如图静止,根据安培定则可知,通电导线中电流方向向下,故D正确。
故选:D。
关于磁感线与电场线的描述,正确的是( )
A.电场线一定是直线
B.磁感线一定是闭合的
C.磁感线是电荷的运动轨迹
D.电场线是实际上存在的
【解答】解:A、电场线可以是直线,电场线也可以是曲线,故A错误;
B、磁感线是闭合的曲线,故B正确;
C、磁感线是为了形象地描述磁场假想的曲线,不是运动轨迹,故C错误;
D、电场线是为了形象地描述电场而假想的线,实际不存在,故D错误。
故选:B。
中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角:“以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也。”进一步研究表明,地球周围地磁场的磁感线分布示意如图。结合上述材料,下列说法不正确的是( )
A.地理南、北极与地磁场的南、北极不重合
B.地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行
C.地球内部也存在磁场,地磁南极在地理北极附近
D.地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用
【解答】解:A、地理南、北极与地磁场的南、北极不重合有一定的夹角,即为磁偏角;故A正确;
B、磁场是闭合的曲线,地球磁场从南极附近发出,从北极附近进入地球,组成闭合曲线,不是地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行,故B不正确;
C、磁场是闭合的曲线,地球内部也存在磁场,地磁南极在地理北极附近,故C正确;
D、地磁场与射向地球赤道的带电宇宙射线粒子速度方向并不平行,所以对带电宇宙射线粒子有力的作用,故D正确;
本题选不正确的,故选:B。
以下关于小磁针静止时N极指向描述正确的是( )
A.甲图中N极垂直纸面向里
B.乙图中N极垂直纸面向外
C.丙图中N极水平向右(线圈内部)
D.丁图中N极指向地理南极
【解答】解:A.由右手定则可知甲图中小磁针所在位置的磁场方向垂直纸面向外,即N极垂直纸面向外,故A错误;
B.由右手定则可知乙图中小磁针所在位置的磁场方向垂直纸面向里,即N极垂直纸面向里,故B错误;
C.由右手定则可知丙图中小磁针所在位置的磁场方向水平向右,即N极水平向右,故C正确;
D.由于地磁场的北极在地里南极附近,故丁图中N极指向地理北极,故D错误。
故选:C。
如图所示为地球磁场分布示意图,下列与地磁场相关的说法正确的是( )
A.射向地球的宇宙粒子在两极地区受到磁场的作用较强,容易形成极光现象
B.地球的磁场与条形磁铁的磁场分布比较相似,可以将地磁场类比成一个带负电荷的天体自转形成的
C.若有一架杭州飞往广州的客机,途经金华上空时右侧机翼的电势较高
D.赤道包围面积的磁通量比同步卫星轨道包围面积的磁通量小
【解答】解:A.极光的形成是由于射向地面的宇宙粒子在洛伦兹力的作用下向两极偏转形成的,故A错误;
B.由于地球的磁场与条形磁铁的磁场分布比较相似,地磁场的北极在地理南极附近,地磁场的南极在地理北极附近,地磁场的方向在赤道的上空从南指向北,且地球自西向东转,由安培定则知,可以将地磁场类比成一个带负电荷的天体自转形成的,故B正确;
C.北半球地磁场为斜向下,一架杭州飞往广州的客机,向西南方向运动,根据右手定则可以判断,飞行员左侧机翼电势较高,故C错误;
D.由于地球内部磁场方向由北极指向南极,地球外部磁场方向由南极指向北极,所以赤道包围面积的磁通量比同步卫星轨道包围面积的磁通量大,故D错误。
故选:B。
宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中记载:“以磁石磨针锋,则能指南”,进一步研究明,地球周围和通电导体周围也存在磁场,如图甲所示(上端为地理北极),下列关于磁场的说法正确的是( )
A.磁感线是客观存在的特殊物质
B.将中国古代的四大发明之一司南置于赤道,据甲图可知,磁勺尾(S极)静止时指向北方
C.图乙中,环形导线的电流较大,若忽略地磁场的影响,小磁针最后静止时N极指向为垂直于纸面向外
D.图丙中,小磁针在通电螺线管内部(线圈内部),若忽略地磁场的影响,静止时小磁针N极指向为向左
【解答】解:A.磁场是一种客观存在的特殊物质,磁感线是用以形象地描绘磁场分布的一些曲线,是人为的假设的曲线,故A错误;
B.地磁的南极在地理的北极附近,地磁的北极在地理的南极附近,所以赤道处的磁场应指向北方,所以将司南置于赤道,磁勺尾(S极)静止时指向南方,故B错误;
C.根据右手螺旋定则,环形通电导线内部的磁场方向垂直指向外,小磁针最后静止时N极指向为垂直于纸面向外,故C正确;
D.根据右手螺旋定则,螺线管内部的磁感线应指向右,小磁针静止时N极水平向右,故D错误。
故选:C。
下列关于图中的相关判断和描述正确的是( )
A.甲图中匀强电场中任意两点的电势相等
B.乙图中表示的电场是由等量异种电荷产生的
C.丙图中条形磁铁的磁感线从N极出发,到S极终止
D.丁图中环形导线通电后,其轴心位置小磁针的旋转方向符合物理事实
【解答】解:A、沿着电场线方向,电势逐渐降低,故A错误;
B、乙图中表示的电场应是由等量同种点电荷所产生的,故B错误;
C、丙图中条形磁铁的外部磁感线从N极出发,到S极终止,内部则从S极出发,到N极终止,从而形成闭合曲线,故C错误;
D、根据安培定则结合小磁针静止时N极的指向为该点的磁场方向,可知丁图中环形导线通电后,其轴心位置小磁针的旋转方向符合物理事实,故D正确。
故选:D。
指南针的广泛使用,促进了人们对地球磁场的认识。关于地磁场的下列说法正确的是( )
A.地球赤道处无磁场
B.地球两极附近磁场最弱
C.地理两极与地磁两极重合
D.指南针能够指向南北是因为地磁场的存在
【解答】解:AB、地球是一个巨大的磁体,周围存在磁场,地球赤道处也有磁场,不同的位置的磁感应强度的大小与方向都不同,根据地球周围的磁感线分布情况,可知地球两极附近磁场最强,故AB错误;
CD、地磁南北极和地理南北极不完全重合,地磁的北极在地理南极附近,地磁南极在地理的北极附近,指南针能够指向南北是因为地磁场的存在,故C错误,D正确。
故选:D。
磁贴纱窗的水平软磁条的外部磁感线正面图如图所示,以下说法正确的是( )
A.磁感线不是封闭的曲线,可以相交于一点
B.软磁条内都ab之间的磁感线方向应由a指向b
C.软磁条的a位置应为N极
D.磁感线是用来形象地描述磁场的曲线,它与磁场一样真实存在
【解答】解:A、磁感应是闭合的曲线,不能交于一点。故A错误;
B、分析软磁条外部的磁感线可知,b位置为N极,磁感线在磁体外部从S极指向N极,故软磁条内部ab之间的磁感线方向应为a指向b,故B正确;
C、分析软磁条外部的磁感线可知,软磁条的a位置应为S极,故C错误;
D、磁感线与电场线一样都是假想的曲线,故D错误。
故选:B。
新一代人造太阳——中国环流三号,创造了我国可控核聚变装置运行新纪录,技术水平居国际前列。其核心部件示意如图所示,通过一簇线圈(类似于通电螺线管)产生磁场,使高温等离子体(含有带正、负电的粒子)在磁场中发生可控核聚变反应。取某处线圈截面,其电流方向与线圈内的磁场方向关系正确的是( )
A.=B. C. D.
【解答】解:通电螺线管产生磁场,则根据安培定则可知,只有D图中其电流方向与线圈内的磁场方向关系正确。故ABC错误,D正确。
故选:D。
如图所示,是某同学自制的简易电磁锁原理图。闭合开关S,滑片P向左移动,使静止在水平桌面的条形磁体滑动,打开门锁。下列说法正确的是( )
A.通电后电磁铁a端为S极
B.滑片向左移动的过程中电磁铁的磁性增强
C.条形磁体在滑动过程中受到向左的摩擦力
D.条形磁体在滑动过程中受到的摩擦力变小
【解答】解:A.电流从螺线管右端流入,左端流出,根据右手螺旋定则可知,此时电磁铁的a端是N极,故A错误;
B.滑动变阻器的滑片P向左端移动,电阻变小,电流变大,周围磁场越强,故电磁铁的磁性变强,故B正确;
C.电磁铁的b端为S极,根据异名磁极相互吸引的特点可知,条形磁体受到向左的吸引力,条形磁体向左滑动,条形磁体受到水平桌面的向右的摩擦力,故C错误;
D.滑动摩擦力f=μFN,压力大小和接触面的粗糙程度不变,因此条形磁体在滑动过程中受到的摩擦力不变,故D错误。
故选:B。
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13.1 磁场与磁感线
1.知道磁场的基本特性是对处在它里面的磁体或电流有磁场力的作用。
2.知道磁极和磁极之间、磁极和电流之间、电流和电流之间都是通过磁场发生相互作用的。
3.知道什么是磁感线。
4.知道条形磁铁、蹄形磁铁、直线电流、环形电流和通电螺线管的磁感线分布情况。
5.会用安培定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向
知识点一 电和磁的联系
1.磁极:自然界中的磁体总是存在两个磁极。
2.磁极间的作用:同名磁极或同种电荷相互排斥,异名磁极或异种电荷相互吸引。
3.电流的磁效应
(1)奥斯特实验:通电导线使小磁针偏转。
(2)实验结论:电流可以产生磁场——发现了电流的磁效应。
【温馨提示】实验时,通电直导线要沿南北方向水平放置,磁针要与导线平行且放在导线的正下方或正上方,以保证电流的磁场与地磁场方向不同而使小磁针发生偏转,若导线沿东西方向放置,小磁针可能不偏转。
知识点二 磁场 磁感线
1.磁场
(1)来源:磁体周围和电流周围都存在磁场,一切磁相互作用都是通过磁场来实现的。
(2)方向:人们规定,在磁场中某一点小磁针N极所受磁力的方向,就是该点磁场的方向。
(3)磁场是客观存在的:磁场与电场类似,都是不依赖于我们的感觉而客观存在的物质。
2.磁感线
(1)磁场的方向规定:小磁针静止时N极所指的方向。
(2)磁感线:用来形象地描述磁场的曲线,曲线上每一点的切线方向都跟这点磁场的方向一致。
(3)磁感线的疏密表示磁场的强弱。
【温馨提示】 (1)磁感线是为了形象地描述磁场而假想出来的一簇有方向的曲线,并不是客观存在于磁场中的真实曲线。
(2)没有磁感线的地方,并不表示就没有磁场的存在;通过磁场中的任一点总能而且只能画出一条磁感线。
知识点三 安培定则
1.直线电流的磁场:右手握住导线,让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致,弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向,如图甲所示。
2.环形电流的磁场:让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁场的方向,如图乙所示。
3.通电螺线管的磁场:让右手弯曲的四指与螺线管电流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是螺线管轴线上磁场的方向,或拇指指向螺线管的N极,如图丙所示。
【特别提醒】“×”表示磁场(或电流)方向垂直进入纸面,“·”表示磁场(或电流)方向垂直离开纸面。
知识点四 安培分子电流假说
1.分子电流假说:安培认为,在物质的内部,存在着一种环形电流,即分子电流。分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体,它的两侧相当于两个磁极。
2.分子电流假说意义:能够解释磁化以及退磁现象,解释磁现象的电本质。
【温馨提示】安培分子电流假说揭示了磁性的起源,它使我们认识到磁体的磁场和电流的磁场一样,都是由运动的电荷产生的。
十九世纪安培为解释地球的磁性做出这样的假设:地球的磁场是由绕着地心的环形电流I引起的,如图中假设的引起地球磁场的环形电流方向正确的是( )
A.B. C. D.
如图,水平桌面上有一个静止的小磁针,在它正上方沿水平方向与小磁针垂直放置一条导线。给导线通以向右的恒定电流时,没有观察到小磁针转动。下列说法正确的是( )
A.导线是沿南北方向放置的
B.仅将导线向下平移更靠近小磁针,可观察到小磁针转动
C.仅将电流加大,可观察到小磁针转动
D.仅将导线沿平行于小磁针方向放置,可观察到小磁针转动
下列磁场小磁针指向正确的是( )
A. B.
C. D.
宇宙中“破坏力”最强的天体“磁星”,危险程度不亚于黑洞,其磁感应强度相当于地球磁场的1000万亿倍,下列有关“磁星”的磁场说法正确的是( )
A.“磁星”表面的磁感线可能相交
B.磁感线是真实存在的有方向的曲线
C.磁场只存在于“磁星”外部,而“磁星”内部不存在磁场
D.“磁星”表面某点静止一小磁针,小磁针的N极指向为该点磁场方向
如图所示,对其中包含的物理知识说法正确的是( )
A.图甲,导体棒A端因感应带负电,B端因感应带正电
B.图乙,A、B两点与中心电荷的距离相等,故A、B两点的电场强度相同
C.图丙,停在高压线上的小鸟没电死,是因为小鸟的安全电压很高
D.图丁,能自由转动的小磁针如图静止,则通电导线中电流方向向下
关于磁感线与电场线的描述,正确的是( )
A.电场线一定是直线
B.磁感线一定是闭合的
C.磁感线是电荷的运动轨迹
中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角:“以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也。”进一步研究表明,地球周围地磁场的磁感线分布示意如图。结合上述材料,下列说法不正确的是( )
A.地理南、北极与地磁场的南、北极不重合
B.地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行
C.地球内部也存在磁场,地磁南极在地理北极附近
D.地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用
以下关于小磁针静止时N极指向描述正确的是( )
A.甲图中N极垂直纸面向里
B.乙图中N极垂直纸面向外
C.丙图中N极水平向右(线圈内部)
D.丁图中N极指向地理南极
如图所示为地球磁场分布示意图,下列与地磁场相关的说法正确的是( )
A.射向地球的宇宙粒子在两极地区受到磁场的作用较强,容易形成极光现象
B.地球的磁场与条形磁铁的磁场分布比较相似,可以将地磁场类比成一个带负电荷的天体自转形成的
C.若有一架杭州飞往广州的客机,途经金华上空时右侧机翼的电势较高
D.赤道包围面积的磁通量比同步卫星轨道包围面积的磁通量小
宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中记载:“以磁石磨针锋,则能指南”,进一步研究明,地球周围和通电导体周围也存在磁场,如图甲所示(上端为地理北极),下列关于磁场的说法正确的是( )
A.磁感线是客观存在的特殊物质
B.将中国古代的四大发明之一司南置于赤道,据甲图可知,磁勺尾(S极)静止时指向北方
C.图乙中,环形导线的电流较大,若忽略地磁场的影响,小磁针最后静止时N极指向为垂直于纸面向外
D.图丙中,小磁针在通电螺线管内部(线圈内部),若忽略地磁场的影响,静止时小磁针N极指向为向左
下列关于图中的相关判断和描述正确的是( )
A.甲图中匀强电场中任意两点的电势相等
B.乙图中表示的电场是由等量异种电荷产生的
C.丙图中条形磁铁的磁感线从N极出发,到S极终止
D.丁图中环形导线通电后,其轴心位置小磁针的旋转方向符合物理事实
指南针的广泛使用,促进了人们对地球磁场的认识。关于地磁场的下列说法正确的是( )
A.地球赤道处无磁场
B.地球两极附近磁场最弱
C.地理两极与地磁两极重合
D.指南针能够指向南北是因为地磁场的存在
磁贴纱窗的水平软磁条的外部磁感线正面图如图所示,以下说法正确的是( )
A.磁感线不是封闭的曲线,可以相交于一点
B.软磁条内都ab之间的磁感线方向应由a指向b
C.软磁条的a位置应为N极
D.磁感线是用来形象地描述磁场的曲线,它与磁场一样真实存在
新一代人造太阳——中国环流三号,创造了我国可控核聚变装置运行新纪录,技术水平居国际前列。其核心部件示意如图所示,通过一簇线圈(类似于通电螺线管)产生磁场,使高温等离子体(含有带正、负电的粒子)在磁场中发生可控核聚变反应。取某处线圈截面,其电流方向与线圈内的磁场方向关系正确的是( )
A.=B. C. D.
如图所示,是某同学自制的简易电磁锁原理图。闭合开关S,滑片P向左移动,使静止在水平桌面的条形磁体滑动,打开门锁。下列说法正确的是( )
A.通电后电磁铁a端为S极
B.滑片向左移动的过程中电磁铁的磁性增强
C.条形磁体在滑动过程中受到向左的摩擦力
D.条形磁体在滑动过程中受到的摩擦力变小
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