【学霸笔记：同步精讲】17 第三章 1．波的形成 课件--高中人教版物理选择性必修第一册（江苏专版）

(共73张PPT)
现代文阅读Ⅰ
把握共性之“新”　打通应考之“脉”
第三章　机械波
1．波的形成
[学习目标]　1．知道机械波、横波和纵波的概念，明确波峰、波谷、疏部和密部。2．通过实例观察知道机械波产生的条件及传播过程。3．探究绳波和弹簧波的形成，区分横波和纵波。4．通过生活中的波动现象培养学生观察、分析、归纳的能力。
必备知识·自主预习储备
知识点一　波的形成
1．波：____的传播称为波动，简称波。
2．波的形成(以绳波为例)
振动
(1)设想将绳分成许多小段，每一段都可以看成____。
(2)相邻质点间有相互作用，当波源质点振动时，会带动相邻质点____。这一质点又会带动下一质点振动。
(3)后面质点的运动____前面质点的运动。
(4)后面质点运动滞后前面质点的运动，同一时刻，各质点离开平衡位置的____是不同的，从而形成凹凸相间的波形。
质点
振动
重复
位移
体验1．思考辨析(正确的打√，错误的打×)
(1)在波的形成过程中，各质点平衡位置不断移动。 (　　)
(2)在绳波的形成和传播中，所有质点的运动是近似的匀速直线运动。 (　　)
(3)如果波源停止振动，介质中的波也会立即停止。 (　　)
×
×
×
项目 定义 标识性物理量 实物波形
横波 质点的振动方向与波的传播方向相互____的波 ①波峰：凸起的______ ②波谷：凹下的______
纵波 质点的振动方向与波的传播方向____________的波 ①密部：质点分布____的部分 ②疏部：质点分布____的部分
知识点二　横波和纵波
1．横波与纵波的比较
垂直
最高处
最低处
在同一直线上
最密
最疏
2．声波
声波是____，声波不仅能在空气中传播，也能在固体、____中传播。
纵波
液体
思考　横波和纵波的分类依据是什么？
提示：波的传播方向和质点振动方向的关系。
体验2．思考辨析(正确的打√，错误的打×)
(1)横波中质点的振动方向和波的传播方向垂直。 (　　)
(2)在水平方向传播的波是横波，在竖直方向传播的波是纵波。 (　　)
(3)横波在固体、液体、气体中都能传播，纵波只能在气体中传播。 (　　)
√
×
×
知识点三　机械波
1．介质：__借以传播的物质，如绳、弹簧、水、空气等。
2．机械波的形成：________在介质中传播，形成机械波。
3．特点
(1)介质中有机械波传播时，介质本身并不随波一起传播，因此说它传播的只是____这种运动形式。
(2)介质中本来静止的质点，随着波的传来而发生振动，可见波是传递____的一种方式。
(3)我们能用语言进行交流，说明波可以________。
波
机械振动
振动
能量
传递信息
体验3．思考辨析(正确的打√，错误的打×)
(1)波源做简谐运动形成的波中，各质点的运动情况完全相同。 (　　)
(2)机械波向右传播时，右方的质点比左方的质点早一些振动。 (　　)
(3)机械波的传播过程也是能量的传递过程。 (　　)
×
×
√
关键能力·情境探究达成
艺术体操也叫韵律体操，是一种艺术性很强的女子竞赛体操项目。19世纪末20世纪初起源于欧洲。艺术体操表演项目有很多，丝带舞表演就是其中之一，如图所示
是一幅丝带舞的表演图。
丝带舞
(1)丝带上的各点有没有随波迁移？
(2)运动员的手停止抖动后，丝带上的波会立即停止吗？
提示：(1)没有。(2)不会。
考点1　波的形成和传播
1．机械波的形成
2．波的特点
(1)机械波传播的是振动形式、能量和信息，介质中各质点本身并不随波传播而迁移，而是在各自的平衡位置附近振动。
(2)由于波的形成实际上是从波源开始依次带动介质中的各个质点参与振动，所以各个质点都在做受迫振动，因此各个质点振动的周期(频率)与波源的周期(频率)相同。
(3)在不考虑能量损失时，各质点振动的振幅相同，各质点的起振方向都与波源开始振动的方向相同。
(4)机械波传播的是波源的信息
我们用语言进行交流，是利用声波传递信息。
(5)机械波是一种“集体运动”
波的形成离不开介质中大量质点的集体振动，个别质点形不成波。
特别提醒　(1)波源和介质是形成机械波的必需条件，二者缺一不可。有振动不一定有机械波，有机械波一定有振动。
(2)机械波在介质中传播时，介质中的各点不随波向前迁移，只在各自平衡位置附近做往复振动。
【典例1】　如图所示是某绳波形成过程的示意图，质点1在外力作用下沿垂直直线方向做简谐运动，带动其余质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端。已知t＝0时，质点1开始向上运动，t＝时，1到达最上方，5开始向上运动。问：
(1)t＝时，质点8、12、16的运动状态(是否运动、运动方向)如何？
(2)t＝时，质点8、12、16的运动状态如何？
思路点拨：解答此题要注意以下三点：
(1)波在传播过程中前一质点带动后一质点振动。
(2)各质点的起振方向都与波源相同。
(3)各质点的振动频率都与波源的频率相同。
[解析]　各质点在各时刻的情况，如图所示。
甲
(1)由甲图可知，t＝时，质点8未到达波峰，正在向上振动，质点12、16未振动。
(2)由乙图可知，t＝时，质点8正在向下振动，质点12向上振动，质点16未振动。
乙
[答案]　见解析
规律方法　机械波的形成和传播特点
(1)机械波的形成过程及特点可以概括为“带动、重复、落后”，即前一质点“带动”后一质点振动，后一质点“重复”前一质点的振动形式，并且后一质点的振动“落后”于前一质点。
(2)就整个物体来说，呈现的现象是波动，而就构成物体的单个质点来说，所呈现的现象是振动。
(3)要画另一时刻的波形图，应先确定特殊点的位置，即此时刻在平衡位置或最大位移处的点，如波源1和质点5、9、13这些点的位置确定后，其他点可顺势找出。
[跟进训练]
1．如图所示，水平放置的弹性长绳上有一系列均匀分布的质点1、2、3…使质点1沿竖直方向做简谐运动，振动将沿绳向右传播，从质点1经过平衡位置向上运动时开始计时，当振动传播到质点13时，质点1恰好完成一次全振动。此时质点10的加速度(　　)
A．为零　　　　　
B．小于质点1的加速度
C．方向向上
D．方向向下
√
D　[根据题意，当振动传播到质点13时，质点1恰好完成一次全振动；故此时质点1～13间波形为一个完整的正弦波形，此时质点10处于正向最大位移处，回复力最大，方向指向平衡位置，即向下；根据牛顿第二定律，可知加速度最大，且方向也指向平衡位置，即向下，故选D。]
考点2　横波和纵波
1．横波和纵波的比较
项目 横波 纵波
概念 在波动中，质点的振动方向和波的传播方向相互垂直 在波动中，质点的振动方向和波的传播方向在一条直线上
介质 只能在固体介质中传播 在固体、液体和气体介质中均能传播
特征 在波动中交替、间隔出现波峰和波谷 在波动中交替、间隔出现密部和疏部
特别提醒：在现实生活中，绳上波为横波，声波为纵波，有些机械波既有横波，也有纵波。例如：地震波既有横波成分，又有纵波成分。
2．振动与波动的联系和区别
项目 振动 波动
运动现象 振动是单个物体所表现出的周而复始的运动现象 波动是介质中大量的质点受到扰动时，从扰动中心传播开来的周而复始的运动现象
项目 振动 波动
运动的成因 物体由于某种原因离开平衡位置，同时受到指向平衡位置的力——回复力作用 介质中的质点受到相邻质点的扰动而随着运动，并由近及远传播开去，且各部分都受到指向原位置的力的作用
联系 (1)振动是波的起因，波是振动的传播 (2)有波动一定有振动，有振动不一定有波动 (3)牢记波动的周期等于质点振动的周期
【典例2】　一列横波沿一条长绳传播，当波源突然停止振动时
(　　)
A．所有质点都立即停止运动
B．已经振动的质点继续振动，尚未振动的质点不会振动
C．离波源近的质点先停止振动，然后才是远的质点停止振动
D．离波源远的质点先停止振动，然后才是近的质点停止振动
√
C　[当波源突然停止振动时，由于波是质点间相互带动，并且重复，同时后一个质点比前一个质点滞后，所以离波源近的质点先停止振动，然后才是远的质点停止振动；波的形式仍在质点的振动下传播，最终所有质点将会停止振动，故A、D错误，C正确；已经振动的质点继续振动，带动尚未振动的质点，从而将波源的振动形式和能量传播出去，并将在波的形式传播后停止振动，故B错误。]
规律方法　波动过程中介质中各质点的运动规律
波动过程中介质中各质点的振动周期都与波源的振动周期相同，其运动特点可用三句话来描述：
(1)先振动的质点带动后振动的质点。
(2)后振动的质点重复前面质点的振动。
(3)后振动质点的振动状态落后于先振动的质点。
概括起来就是“带动、重复、落后”。
[跟进训练]
2．关于横波和纵波，下列说法不正确的是(　　)
A．对于纵波，质点的振动方向和波的传播方向有时相同，有时相反
B．对于横波，质点的运动方向与波的传播方向一定垂直
C．形成纵波的质点随波一起迁移
D．空气介质只能传播纵波
√
C　[质点的振动方向与波的传播方向垂直的波是横波，质点的振动方向与波的传播方向平行的波是纵波；纵波质点的运动方向与波的传播方向有时相同，有时相反，A、B正确；无论横波还是纵波，质点都不随波迁移，C错误；横波不能在空气中传播，空气只能传播纵波，D正确。]
学习效果·随堂评估自测
1．关于机械波的形成和传播，下列说法中正确的是(　　)
A．机械波在介质中传播，波源周围如果没有介质，也能形成机械波
B．离波源较近的质点总比离波源较远的质点振动得迟一些
C．离波源较近的质点总比离波源较远的质点振动得早一些
D．一旦波源振动起来，介质中的各个质点也就立刻振动起来
√
C　[机械波形成的条件是有波源和介质，两者缺一，则不能形成机械波；机械波的形成可表述为离波源近的质点带动离波源远的质点振动，故离波源近的质点振动得早一些，所以选项C正确。]
2．区分横波和纵波的依据是(　　)
A．质点沿水平方向还是沿竖直方向振动
B．波沿水平方向还是沿竖直方向传播
C．质点的振动方向和波的传播方向是相互垂直还是在一条直线上
D．波传播距离的远近
√
C　[横波与纵波分类的依据是质点振动方向和波传播方向的关系，若两者互相垂直，为横波；若两者在一条直线上，为纵波。故答案为C。]
3．一列横波某时刻的波形如图所示，则关于质点A在此时刻的受力情况，下列说法正确的是(　　)
A．如果波向右传播，则质点A受到向上的作用力
B．如果波向右传播，则质点A不受作用力
C．如果波向左传播，则质点A受到向上的作用力
D．如果波向左传播，则质点A受到向下的作用力
√
D　[波在介质中传播的过程中任何质点都参与波的传播，都会振动。振动需要回复力，质点A所受的回复力总是指向平衡位置，所以题图中A受到的力向下，与波的传播方向无关，故选项D正确。]
4．(新情境题，以地震为背景，考查纵波和横波)2024年1月23日2时9分，在新疆阿克苏地区乌什县发生7.1级地震，震源深度22 km。已知地震波分三种：横波(S波)，波速vS＝4.5 km/s；纵波(P波)，波速vP＝9.9 km/s；面波(L波)，vL问题：
(1)位于震源上方的某中学地震测报组有单摆A与竖直弹簧振子B(如图甲所示)，地震发生时最先明显振动的是________(选填“A”或“B”)。
(2)新疆地震局记录到的地震曲线如图乙所示，由图可知三种波形各对应的地震波类型：a为________波，b为________波，c为________波。(选填“S”“P”或“L”)
甲　　　　　　乙
B
P
S
L
(3)若在地震曲线图上测得P波与S波的时间差为7.6 s，则地震台距震源约为________km。
62.7
[解析]　(1)纵波的速度最快，所以纵波最先到达，在甲图中地震发生时最先剧烈振动的是B。
(2)由题可知，纵波的速度最快，横波次之，面波速度最小，最先到达的是纵波，最后到达的是面波。
(3)根据－＝7.6 s，可以求出地震台距震源的距离x＝62.7 km。
回归本节知识，自我完成以下问题：
1．机械波的形成条件是什么？
提示：波源和介质。
2．机械波根据振动方向和传播方向的关系可分哪几类？
提示：两类，即横波和纵波。
3．在波的传播过程中，波传播的是什么？
提示：振动形式、能量和信息。
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?题组一　机械波的形成和传播
1．科学探测表明，月球表面无大气层，在月球上，两名宇航员面对面讲话也无法听到，这是因为(　　)
A．月球太冷，声音传播太慢
B．月球上没有空气，声音无法传播
C．宇航员不适应月球，声音太轻
D．月球上太嘈杂，声音听不清楚
课时分层作业(十一)　波的形成
√
13
2．下列关于机械波的说法正确的是(　　)
A．机械波是机械振动在介质中传播形成的
B．把小石头扔到平静的湖水里，水面上便会激起水波，水波将促使水面上的漂浮物向远方运动
C．某空间找不到机械波，则在这一空间一定没有波源
D．横波与纵波，其质点的振动方向不同，因此，横波和纵波不可能沿同方向传播
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A　[机械波是机械振动在介质中传播形成的，A正确；丢石块不可以使漂浮物远去，漂浮物只在原平衡位置做上下振动，不随波迁移，B错误；若只有波源而无介质，不能产生机械波，C错误；横波和纵波的质点振动方向不同，但可沿同一方向传播，例如地震波包含横波和纵波，且两种波的传播方向可能相同，D错误。]
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3．在敲响大钟时，有的同学发现，停止对大钟的撞击后，大钟仍“余音未绝”。分析其原因是(　　)
A．大钟的回声
B．大钟在继续振动，空气中继续形成声波
C．人的听觉发生“暂留”
D．大钟停止振动，但空气仍在振动
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B　[停止对大钟的撞击后，大钟的振动不会立即停止，振动的能量不会凭空消失，大钟做阻尼振动一段时间，因此还会在空气中形成声波，所以选项A、C、D错误，B正确。]
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?题组二　横波与纵波
4．关于横波和纵波，下列说法不正确的是(　　)
A．质点的振动方向和波的传播方向垂直的波叫作横波
B．质点的振动方向跟波的传播方向在同一直线上的波叫作纵波
C．横波有波峰和波谷，纵波有密部和疏部
D．声波是横波
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D　[本题考查纵波和横波的概念。由定义知，A、B、C正确；声波是纵波，故D错误。]
5．下列关于横波、纵波的说法不正确的是(　　)
A．凸凹相间的波叫横波，凸起的最高处叫波峰，凹下的最低处叫波谷
B．质点振动方向和波的传播方向在同一直线上的波叫纵波
C．横波和纵波传播的都只是振动这种运动形式
D．沿横向传播的波叫横波，沿纵向传播的波叫纵波
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D　[质点的振动方向与波的传播方向垂直的波为横波，质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上的波为纵波；横波具有波峰和波谷，两种波传播的都是运动形式，A、B、C正确，D错误。]
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6．如图所示，有一组学生做游戏来模拟波的传播。该游戏模拟的是________(选填“横波”或“纵波”)的传播，因为学生下蹲与起立时身体的运动方向与模拟波的传播方向________(选填“平行”或“垂直”)。
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横波
垂直
[解析]　根据纵波与横波的概念，质点振动方向与波传播方向垂直的为横波，同一直线的为纵波。
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?题组三　质点振动和波动的关系
7．关于振动和波的关系，下列说法正确的是(　　)
A．振动是波形成的原因，波是振动的传播形式
B．波是单个质点呈现的运动现象，振动是许多质点联合起来呈现的运动现象
C．波的传播速度就是质点振动的速度
D．波源停止振动时，波立即停止传播
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A　[机械波的产生条件是有波源和介质，波源开始振动后，介质中的质点依次被带动起来，振动形式由近及远传播而形成波，选项A正确，B错误；波的传播速度是波形由波源向外延伸的速度，在均匀介质中其速度大小不变，而质点振动的速度大小和方向都随时间周期性地发生变化，选项C错误；波源一旦将振动传给了介质，振动就会在介质中向远处传播，当波源停止振动时，介质仍然继续传播波源振动的形式，不会随波源停止振动而立即停止传播，即波不会立即停止传播，选项D错误。]
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8．如图所示是某绳波形成过程的示意图，1、2、3、4…为绳上的一系列等间距(间距为a)的质点，绳处于水平方向。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动2、3、4…各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传到右端。t＝0时质点1开始竖直向上运动，经过四分之一周期，质点5开始运动。下列判断正确的是(　　)
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A．t＝时质点5的运动方向向下
B．t＝时质点8的加速度方向向上
C．t＝时质点12的运动方向向下
D．t＝T时质点17开始运动
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D　[经过时，质点1从平衡位置运动到波峰，由于后一个质点重复前一个质点的振动，由于质点1开始振动时是从平衡位置开始向上振动，故质点5开始振动时也是由平衡位置开始向上振动，故A错误；振动从质点1传播到质点5经过，质点1和质点5之间的距离为λ，质点1到质点8的距离为λ，所以波从质点1传到质点8所需时间为T，开始时质点8向上振动，故在t＝时质点8已振动了－T＝T，即
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质点8在从平衡位置向波峰的运动过程中，根据a＝－，得知加速度方向向下，故B错误；质点1和质点12之间的距离为λ，在t＝T时刻，质点12已运动了T－T＝T，开始时质点12向上振动，故在t＝T时刻，质点12的运动方向向上，故C错误；一个周期内振动的距离等于一个波长，则知t＝T时质点17开始振动，故D正确。故选D。]
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9．如图所示是一列横波t0时刻的波形图，试根据波形图回答下列问题：
(1)该时刻加速度最大的质点有哪些？
(2)速度最大的质点有哪些？
(3)振动方向相同的质点有哪些？这些点
的分布有什么规律？
(4)如果这列波沿x轴负方向传播，质点3受到的合外力方向如何？
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[解析]　(1)加速度最大的质点一定是位移最大的质点，所以该时刻质点2、6、10、14的加速度最大，但方向不相同。
(2)该波是简谐波，质点做简谐运动，因此处在平衡位置的质点速度最大，分别是质点0、4、8、12、16。
(3)该时刻具有相同振动方向的质点是0、1、7、8、9、15、16。与上述质点振动方向相反的质点是3、4、5、11、12、13。其规律：从波形图上看相同增减性的单调区间上各质点的振动方向相同，相邻的单调区间上质点的振动方向相反。
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(4)如果该波沿x轴负方向传播，则质点3的速度方向向下。因为位移方向是y轴正方向，其加速度方向沿y轴负方向，由牛顿第二定律知，质点3受到周围质点作用的合外力沿y轴负方向。
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[答案]　(1)2、6、10、14　(2)0、4、8、12、16　(3)见解析　(4)沿y轴负方向
10．某地区地震波中的横波和纵波传播速率分别约为4 km/s和9 km/s。一种简易地震仪由竖直弹簧振子P和水平弹簧振子H组成，如图所示。在一次地震中，震源在地震仪正下方，观察到两振子相差10 s开始振动，则(　　)
A．P先开始振动，震源距地震仪约72 km
B．P先开始振动，震源距地震仪约50 km
C．H先开始振动，震源距地震仪约72 km
D．H先开始振动，震源距地震仪约50 km
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A　[纵波的速度快，纵波先到，所以P先开始振动，根据－＝
10 s，解得x＝72 km，故A正确，B、C、D错误。故选A。]
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11．一列横波在某时刻的波形图像如图所示，a、b、c、d为介质中的四个质点。a在波峰，d在波谷，c在平衡位置，b的位移大小等于振幅的一半，四个质点的加速度大小分别为aa、ab、ac、ad，它们的速度大小分别为va、vb、vc、vd，则(　　)
A．ac＜ab＜aa＝ad　　　　　
B．ac＞ab＞aa＝ad
C．va＝vd＞vb＞vc
D．va＜vd＜vb＜vc
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A　[由简谐运动规律可知，质点所受回复力的大小与位移的大小成正比，因而加速度的大小与位移的大小成正比，所以这四个点的加速度大小关系为ac题号
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12．如图所示为介质中沿水平方向的部分质点，每相邻两质点间距离相等，其中0为波源。设波源的振动周期为T，自波源通过平衡位置竖直向下振动时开始计时，经过，质点1开始振动，则下列关于各质点的振动和介质中的波的说法不正确的是(　　)
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A．介质中所有质点的起振方向都是竖直向下的，但图中质点9起振最晚
B．图中所有质点的起振时间都是相同的，起振的位置和起振的方向是不同的
C．图中质点8的振动完全重复质点7的振动，只是质点8振动时，通过平衡位置或最大位移的时间总是比质点7通过相同位置时落后
D．只要图中所有质点都已经振动，质点1与质点9的振动步调就完全一致，如果质点1发生的是第100次振动，则质点9发生的就是第98次振动
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B　[据波的传播特点知，波传播过程中各质点的振动总是重复波源的振动，所以起振方向相同，都是竖直向下，但从时间上来说，题图中所示的后一质点总比前一质点起振落后的时间，所以选项A、C正确，B错误；由题意知，质点9比质点1应晚起振两个周期，所以当题图中所有质点都振动后，质点1与质点9的振动步调就完全一致，选项D正确。]
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13．细绳的一端在外力作用下从t＝0时刻开始做简谐运动，激发出一列简谐横波。在细绳上选取15个点，图中甲为t＝0时刻各点所处的位置，乙为t＝时刻的波形图(T为波的周期)。在丙中画出t＝时刻的波形图。
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[解析]　机械波在传播过程中，介质的质点都在各自的平衡位置附近振动，时间依次滞后，从波形图上看出，在t＝时刻第4个质点才开始振动，则在t＝T时刻第10个质点刚开始振动，此时第4个质点已振动了的时间回到了自己的平衡位置，第1个质点到达下方最大位移处，新的波形如图所示。
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[答案]　见解析图
谢 谢！