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文档简介

小学科学三年级运动与力知识清单【导言】运动与力是小学科学课程中物质科学领域的重要内容,它揭示了物体运动的规律及其背后的相互作用。本知识清单依据《义务教育科学课程标准》理念,整合冀人版三年级上册教材核心内容,通过系统梳理基本概念、科学原理、探究方法和思维模型,帮助学生建构对运动和力的整体认知,培养科学探究能力和跨学科思维,为后续学习物理学奠定坚实基础。一、运动的世界:描述物体位置与运动状态(一)参照物与运动的判断【基础】【重要】自然界一切物体都在运动不息。要判断一个物体是运动还是静止,必须选择一个假定不动的物体作为标准,这个被选定的标准物体叫作参照物。参照物的选择是任意的,但一旦选定,我们就以此为标准观察研究对象的位置是否发生变化。如果物体相对于参照物的位置发生了改变,就说它是运动的;如果位置没有改变,就说它是静止的。例如,坐在行驶汽车中的乘客,以路边的树木为参照物,乘客的位置在不断变化,因此乘客是运动的;以汽车座椅为参照物,乘客的位置没有变化,因此乘客是静止的。这就是运动的相对性。在日常生活中,我们通常默认以地面或固定于地面的物体为参照物。(二)位置、方向和快慢描述物体的运动需要三个基本要素:位置、方向和快慢。物体的位置可以用相对于参照物的方向和距离来描述。例如,学校在家的东南方向500米处。运动的方向是物体运动路线所指的方向,如向前、向后、向左拐、向东、向西等。物体运动的快慢用速度来描述,在小学阶段,我们通过比较相同时间内通过的距离,或通过相同距离所用时间的长短来比较运动的快慢。在相同距离内,所用时间越短,物体运动得越快;所用时间越长,物体运动得越慢。在相同时间内,通过的距离越长,物体运动得越快;通过的距离越短,物体运动得越慢。(三)常见的运动形式【基础】【高频考点】物体的运动形式丰富多样,主要包括平动、转动、振动和滚动等。平动是物体上所有点都沿着相同方向、运动相同距离的运动,如推桌子、拉抽屉。转动是物体围绕一个中心点做圆周运动,如风扇叶片、车轮的运动。振动是物体在平衡位置附近所做的往复运动,如拨动钢尺、敲击音叉。滚动是一个物体在另一个物体表面上转动的同时整体位置发生移动,如足球在草地上滚动、车轮在地面上滚动。在实际生活中,许多物体的运动是多种运动形式的组合,如行驶的汽车,车身在平动,车轮在转动。二、力的初步认识:物体间的相互作用(一)力的概念【基础】力是物体对物体的相互作用。当我们推、拉、提、压物体时,我们对物体施加了力。力不能脱离物体而存在,只要有力的作用,就一定有施加力的物体(施力物体)和受到力的物体(受力物体)。例如,手提水桶时,手是施力物体,水桶是受力物体;同时,手也会感到水桶向下拉手,说明水桶对手也施加了力的作用,这表明物体间力的作用是相互的。力通常用符号F表示,力的单位是牛顿,简称牛,用符号N表示。测量力大小的工具叫测力计,实验室常用的测量工具是弹簧测力计。(二)力的作用效果【重要】【高频考点】力对物体的作用会产生两种效果:一是改变物体的形状,二是改变物体的运动状态。当力作用在物体上时,可以使物体发生形变,如拉伸弹簧、挤压海绵、弯曲钢尺,撤去外力后,有些物体能恢复原状,有些则不能完全恢复。力还可以改变物体的运动状态,运动状态的改变包括物体由静到动、由动到静、运动速度大小改变、运动方向改变等。例如,静止的足球被踢出去,由静止变为运动;滚动的足球在草地上慢慢停下来,由运动变为静止;守门员扑住飞来的足球,改变了足球的运动方向。力的作用效果与力的大小、方向和作用点有关,这三者被称为力的三要素。(三)力的相互性【重要】物体间力的作用是相互的。当一个物体对另一个物体施加力的作用时,这个物体同时也受到另一个物体对它的力的作用。这一对力同时产生、同时消失、大小相等、方向相反、作用在一条直线上,但分别作用在两个不同的物体上。例如,用手拍桌子,手感到疼,是因为手对桌子施加力的同时,桌子也对手施加了力的作用;穿着旱冰鞋推墙,人会向后运动,是因为人对墙施加力的同时,墙也对人施加了反向的力。三、常见的力:弹力、重力与摩擦力(一)弹力【基础】【重点】弹力是物体由于发生弹性形变而产生的力。当物体受到外力作用时发生形变,撤去外力后能够恢复原状的性质叫作弹性,这种形变叫作弹性形变。发生弹性形变的物体,由于要恢复原状,会对跟它接触的物体产生力的作用,这种力就是弹力。弹力的大小与物体的弹性强弱和形变程度有关。在弹性限度内,物体的形变越大,产生的弹力越大;形变减小,弹力减小;形变消失,弹力也随之消失。例如,拉伸弹簧时,弹簧伸长得越长,对手的拉力(弹力)就越大;压缩弹簧时,弹簧被压缩得越短,对手的推力(弹力)就越大。常见的弹力应用包括:拉力器、弓箭、撑杆跳高、跳跳床、汽车减震系统、沙发弹簧等。日常生活中的支持力、压力、拉力、推力等,其实质都是弹力。(二)重力【基础】【高频考点】重力是物体由于地球的吸引而受到的力。地球上的所有物体都受到重力的作用,重力的施力物体是地球。重力的方向是竖直向下的,即垂直于水平面指向地心。我们可以用重垂线来检查墙壁是否垂直、桌面是否水平。重力的大小可以用弹簧测力计测量,物体所受重力的大小与物体的质量有关,质量越大,所受重力越大。在相同地理位置,物体所受重力与质量的比值是一个定值。如果没有重力,世界将面目全非:水不会往低处流,抛出去的物体不会落回地面,人轻轻一跳就会飞向空中,雨雪无法降落,地球周围的大气也会散逸到太空中。(三)摩擦力【重要】【高频考点】【难点】摩擦力是一个物体在另一个物体表面上运动或有相对运动趋势时,在接触面上产生的阻碍相对运动或相对运动趋势的力。摩擦力的方向与物体相对运动或相对运动趋势的方向相反。摩擦力的大小与接触面的粗糙程度、物体间压力的大小有关。接触面越粗糙,摩擦力越大;接触面越光滑,摩擦力越小。物体对接触面的压力越大,摩擦力越大;压力越小,摩擦力越小。摩擦力可分为滑动摩擦、滚动摩擦和静摩擦。一个物体在另一个物体表面上滑动时产生的摩擦叫滑动摩擦,如用黑板擦擦黑板、滑雪板在雪地上滑行。一个物体在另一个物体表面上滚动时产生的摩擦叫滚动摩擦,如滚动的足球、车轮滚动、滚珠轴承。滚动摩擦比滑动摩擦小得多。静摩擦是物体有相对运动趋势但尚未运动时产生的摩擦,如推桌子但没推动,桌子与地面之间就存在静摩擦。生活中有时需要增大摩擦力,有时需要减小摩擦力。增大有益摩擦的方法包括:增加接触面的粗糙程度(如鞋底的花纹、轮胎上的花纹、体操运动员手上涂镁粉、瓶盖上的条纹),以及增大压力(如捏紧瓶子、刹车时捏紧车闸)。减小有害摩擦的方法包括:使接触面光滑(如在锁孔中加铅笔芯粉末)、用滚动代替滑动(如安装滚珠轴承、使用滚轮)、使接触面分离(如加润滑油、气垫船、磁悬浮列车)。四、浮力:液体和气体对物体的托举力(一)浮力的概念【基础】浮力是浸在液体或气体中的物体受到液体或气体竖直向上的托力。当我们用手将泡沫块按入水中时,手能感受到一个向上顶的力,这个力就是水对泡沫块的浮力。浮力的方向总是竖直向上的,与重力的方向相反。浮力的施力物体是液体或气体。不仅液体能产生浮力,气体也能产生浮力,如气球充入氢气后能升上天空,就是受到了空气的浮力。(二)物体沉浮的条件【重要】【高频考点】【难点】物体在液体中的沉浮取决于物体所受重力与浮力的大小关系。当浮力大于重力时,物体上浮,最终漂浮在液面上,如木块、泡沫塑料、冰块。当浮力等于重力时,物体可以悬浮在液体中的任何深度。当浮力小于重力时,物体下沉,最终沉到液体底部,如铁块、石块、橡皮泥。对于实心均匀物体,物体的沉浮还可以通过比较物体密度与液体密度来判断:物体密度小于液体密度时,物体上浮;物体密度等于液体密度时,物体悬浮;物体密度大于液体密度时,物体下沉。(三)浮力的应用【基础】浮力在日常生活和生产中有广泛应用。轮船能够漂浮在水面上,是因为轮船是空心的,增大了排开水的体积,从而获得足够的浮力。潜水艇通过调节水舱中的水量来控制自身的重力,从而实现上浮和下潜。救生圈、浮桥、浮标都是利用浮力的原理制成。煮饺子时,饺子先沉后浮,是因为饺子受热膨胀后体积增大,排开水的体积增大,受到的浮力增大。盐水选种时,饱满的种子密度大而下沉,不饱满的种子密度小而漂浮。五、弹力的探究与应用(一)认识弹性与弹力【基础】物体受外力作用时形状发生变化,撤去外力后能恢复原状的性质叫作弹性。具有弹性的物体叫作弹性物体。常见的弹性物体有弹簧、橡皮筋、钢尺、海绵、篮球、皮筋、弹弓等。橡皮泥、面粉团等物体受力时也能改变形状,但撤去外力后不能恢复原状,这种性质叫作塑性。弹簧的弹性有一定的限度,超过这个限度,弹簧将无法恢复原状,这叫弹性限度。在弹性限度内,弹簧的伸长量与受到的拉力成正比,这就是弹簧测力计的工作原理。(二)弹簧测力计的使用【重要】【高频考点】【必会实验】弹簧测力计是测量力大小的工具,主要由弹簧、挂钩、指针、刻度盘和外壳组成。使用弹簧测力计时必须遵循以下步骤:首先要观察量程和分度值,明确弹簧测力计的测量范围和最小一格所代表的力的大小,待测力不能超过弹簧测力计的量程,否则会损坏测力计。其次要检查指针是否指在零刻度线上,如果不在,应进行调零或记录零误差。第三要来回拉动挂钩几次,检查弹簧是否灵活,指针是否与外壳摩擦。测量时,要使弹簧测力计的轴线方向与所测力的方向一致,避免挂钩与外壳发生摩擦。读数时,视线要与指针相平,指针静止后再读数,并记录数值和单位。记录测量结果时,应记录到分度值的下一位。(三)弹力在生活中的应用弹力在生产生活中应用广泛。弓箭是利用弓弦的弹力将箭射出的;撑杆跳高运动员利用撑杆的弹力越过横杆;跳板跳水利用跳板的弹力将运动员弹起;沙发、床垫中的弹簧提供舒适的支撑力;汽车减震系统中的弹簧和减震器可以减少颠簸;各种夹子、发卡、按动笔中的弹簧都利用了弹力。了解弹力的特性,可以指导我们更好地设计和使用这些工具。六、摩擦力的探究与应用(一)摩擦力的产生与分类【基础】摩擦力产生的条件是:两个物体相互接触并相互挤压,接触面粗糙,物体之间有相对运动或相对运动趋势。根据物体间相对运动的形式,摩擦力可分为滑动摩擦力、滚动摩擦力和静摩擦力。当一个物体在另一个物体表面上滑动时产生的摩擦叫滑动摩擦,如用钢笔写字、滑雪板滑行。当一个物体在另一个物体表面上滚动时产生的摩擦叫滚动摩擦,如车轮滚动、滚珠轴承。当两个物体有相对运动的趋势但尚未运动时,接触面之间产生的摩擦叫静摩擦,如静止在斜面上的物体、被推动但未动的箱子。(二)影响摩擦力大小的因素【重要】【高频考点】【探究重点】影响滑动摩擦力大小的主要因素有两个:一是接触面的粗糙程度,二是物体间压力的大小。接触面越粗糙,摩擦力越大;接触面越光滑,摩擦力越小。物体对接触面的压力越大,摩擦力越大;压力越小,摩擦力越小。摩擦力的大小与接触面积的大小无关,与物体的运动速度也无直接关系。我们可以通过控制变量法设计实验来探究这些因素对摩擦力的影响:用弹簧测力计水平匀速拉动木块,使木块在水平木板上做匀速直线运动,此时弹簧测力计的示数就等于木块受到的滑动摩擦力的大小。改变接触面的粗糙程度(如铺毛巾、棉布)或改变压力(如在木块上加砝码),比较弹簧测力计示数的变化,即可得出结论。(三)增大与减小摩擦力的方法【高频考点】生活中根据实际需要,有时要增大有益摩擦,有时要减小有害摩擦。增大有益摩擦的方法:增加接触面的粗糙程度,如鞋底、轮胎的花纹,体操运动员上器械前在手上涂镁粉,瓶盖上的竖条纹,棉线手套织成粗糙的,乒乓球拍上的胶皮。增大压力,如用力捏紧瓶子防止滑落,刹车时用力捏车闸,皮带打滑时拉紧皮带,拧螺丝时旋紧螺母。减小有害摩擦的方法:使接触面光滑,如在锁孔中加铅笔芯粉末(石墨润滑剂),机械零件表面加工得光滑。用滚动代替滑动,如轴承中安装滚珠、使用轮子、移动重物时在底下垫圆木。使接触面分离,如加润滑油使摩擦面形成油膜,气垫船利用高压空气在船底和水面形成气垫,磁悬浮列车利用磁场使车体悬浮于轨道之上。加装滚珠轴承是减小摩擦的典型应用。七、浮力的探究与应用(一)浮力产生的原因【重要】【难点】浮力产生的原因是物体上下表面在液体(或气体)中所受到的压力差。液体内部存在压强,压强随深度的增加而增大。浸在液体中的物体,其前后、左右各个侧面受到的压力大小相等、方向相反,相互平衡。但物体的上表面所处的深度较浅,受到液体向下的压强较小;下表面所处的深度较深,受到液体向上的压强较大。因此,下表面受到向上的压力大于上表面受到向下的压力,这个压力差就是液体对物体的浮力。如果物体与容器底部紧密接触(如桥墩、沉船打捞时吸住河底),下表面没有液体,就不会受到向上的压力,此时物体不受浮力作用。(二)探究影响浮力大小的因素【重要】【高频考点】【探究重点】浮力的大小与哪些因素有关?我们可以通过实验来探究。用弹簧测力计吊起物体,测出物体在空气中的重力,再将物体部分浸入水中,观察弹簧测力计示数的变化,示数减小说明物体受到了浮力,减小的值就等于浮力的大小。通过控制变量法可以探究出以下结论:浮力的大小与物体排开液体的体积有关,排开液体的体积越大,浮力越大。浮力的大小与液体的密度有关,液体密度越大,浮力越大。浮力的大小与物体浸没在液体中的深度无关。浮力的大小与物体的密度、形状无关。进一步研究可知,物体所受浮力的大小等于它排开的液体所受的重力,这就是著名的阿基米德原理。(三)物体沉浮条件的应用【高频考点】物体的沉浮条件在生活生产中有广泛应用。轮船能漂浮在水面上,是因为轮船做成空心的,增大了排开水的体积,从而获得足够的浮力。同一艘轮船从河流驶入大海,会浮起一些,因为海水密度大于河水,轮船排开海水的体积减小。潜水艇通过向水舱中充水或排水来改变自身的重力,从而实现下潜和上浮。当水舱充水时,重力增大,大于浮力时下潜;当水舱排水时,重力减小,小于浮力时上浮。气球和飞艇充入密度小于空气的气体(如氢气、氦气、热空气),使气球受到的浮力大于重力而上升。密度计是利用物体漂浮时浮力等于重力的原理制成的,可以测量液体的密度。八、探究与实践:科学探究方法指导(一)控制变量法【核心方法】【必会思维】控制变量法是科学探究中最基本、最重要的方法之一。当研究多个因素之间的关系时,我们每次只改变一个变量,而保持其他所有条件不变,从而确定这个变量对实验结果的影响,这种方法就叫控制变量法。在研究摩擦力大小与哪些因素有关时,我们分别探究压力大小和接触面粗糙程度对摩擦力的影响:探究压力大小的影响时,保持接触面粗糙程度不变,改变压力大小;探究接触面粗糙程度的影响时,保持压力大小不变,改变接触面的材料。在研究浮力大小与哪些因素有关时,同样需要运用控制变量法,分别研究排开液体体积、液体密度、浸没深度等因素的影响。掌握控制变量法,不仅是完成实验的要求,更是培养科学思维的关键。(二)转换法【核心方法】在科学探究中,有些物理现象不易直接观察或测量,这时就需要通过它们产生的效应来间接认识,这种方法叫转换法。在研究摩擦力时,我们用弹簧测力计水平匀速拉动木块,通过弹簧测力计的示数来间接测量滑动摩擦力的大小,因为匀速直线运动时,拉力和摩擦力是一对平衡力,大小相等。在研究浮力时,我们通过弹簧测力计示数的减小值来间接测量浮力的大小,这种方法叫称重法测浮力。将物体的形变程度转换为弹力的大小,也是转换法的应用。转换法使我们能够将不易测量的物理量转换为易于测量的物理量,从而进行定量研究。(三)实验探究的一般流程【重要】【必会能力】完整的科学探究一般包括以下几个步骤:首先是提出问题,从日常生活或自然现象中提出可以探究的科学问题,如摩擦力的大小与什么有关。其次是猜想与假设,根据已有经验和知识对问题的答案作出预测,如猜测摩擦力可能与压力大小、接触面粗糙程度有关。第三是制定计划与设计实验,明确研究方法和实验步骤,选择合适的实验器材,设计实验记录表格。第四是进行实验与收集证据,按照计划规范操作,如实记录实验现象和数据。第五是分析与论证,对收集到的数据进行分析处理,得出实验结论,验证猜想是否正确。最后是评估与交流,对探究过程和结果进行反思,并与他人进行交流讨论。掌握这一流程,可以独立开展科学探究活动。九、思维拓展:跨学科视野与应用(一)运动与力在工程技术中的应用运动和力的知识在工程技术领域应用广泛。桥梁设计需要考虑力的平衡,各种桥型(梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥)都是利用不同的力学原理来承受荷载。高层建筑需要设计减震系统来抵御风力和地震力,有的采用悬挂式结构,有的安装阻尼器来消耗能量。交通工具的设计更是离不开力学知识,汽车流线型车身减小空气阻力,轮胎花纹增大摩擦力确保行驶安全,刹车系统利用摩擦力使车辆减速,悬挂系统利用弹簧和减震器吸收振动。航空航天领域,火箭发射需要巨大的推力克服地球引力,卫星在轨运行依靠惯性,返回舱再入大气层要利用空气阻力减速并克服摩擦生热。了解这些应用,可以加深对运动与力知识的理解。(二)运动与力在体育运动中的应用体育运动蕴含着丰富的力学原理。田径运动员的起跑需要克服静摩擦获得加速度,短跑时脚掌与地面的摩擦力推动身体前进,跳远助跑后起跳需要合理控制速度和角度,投掷铅球时出手角度、初速度和出手高度决定成绩。体操运动员在器械上完成动作需要控制重心,单杠大回环需要利用离心力,平衡木上需要维持力矩平衡。球类运动中,乒乓球的上旋球、下旋球、侧旋球都是利用摩擦力改变球的运动轨迹,足球的香蕉球利用空气动力学原理,篮球投篮时的抛物线需要控制出手角度和力度。游泳时,手掌划水利用水的反作用力推动身体前进,身体保持流线型以减少水的阻力。将力学知识与运动技能结合,可以提高运动表现。(三)运动与力在生活中的应用日常生活中的许多现象都可以用运动和力的知识解释。行走时,脚向后蹬地,地面给人向前的摩擦力使人前进;骑自行车下坡时速度越来越快是因为重力沿斜面的分力大于阻力;雨伞的伞面设计成弧形,雨水落下时受到重力作用沿伞面流下;菜刀刀刃磨得薄是为了减小受力面积增大压强,切菜更省力;吸盘挂钩利用大气压紧贴在墙上;洗衣机甩干桶利用离心力将水分甩出;不倒翁之所以不倒,是因为其重心很低。学会用科学的眼光观察生活,可以发现更多有趣的力学现象。(四)运动与力与艺术的融合力学知识与艺术创作也有密切联系。雕塑作品需要保持重心稳定,各种姿态的雕塑必须符合力的平衡,否则会倾倒。建筑艺术与力学密不可分,古建筑的飞檐翘角、斗拱结构既美观又符合力学原理。舞蹈演员的旋转、跳跃需要控制重心,利用惯性,优美的舞姿背后是对身体受力平衡的精准掌控。书法运笔的提按顿挫,是对笔与纸之间摩擦力大小的控制。皮影戏、木偶戏中,操纵杆对道具的操控涉及力的传递。艺术与科学的结合,展现了人类智慧的丰富性。十、考点梳理与解题指导(一)核心考点归纳【考点总结】本章的核心考点主要集中在以下几个方面:参照物的选择与运动静止的判断(常以生活情境选择题出现);力的作用效果(辨别力的两种作用效果,常与生活现象结合);弹力产生条件及弹簧测力计的使用与读数(实验题高频考点);重力的方向与应用(常以重垂线应用、建筑情境出现);影响摩擦力大小的因素(探究实验题核心考点,必考内容);增大和减小摩擦力的方法(生活应用题,常考);浮力的方向与称重法测浮力(基础实验);物体沉浮的条件及应用(轮船、潜水艇、气球等);控制变量法在探究实验中的应用(必考科学方法)。(二)常见题型与解题策略【重要】【应试指导】【题型一】概念辨析选择题这类题目主要考查对基本概念的理解。解题时要抓住概念的关键点:判断运动静止必须明确参照物;力的作用是相互的,施力物体同时也是受力物体;弹力产生必须同时满足接触和弹性形变两个条件;浮力方向总是竖直向上,与重力方向相反。例如,题目中说"下沉的物体不受浮力",这种说法是错误的,因为下沉的物体同样受到浮力,只是浮力小于重力。【题型二】实验探究题实验题通常考查探究摩擦力或浮力大小的影响因素。解题步骤为:明确探究问题确定变量→回忆控制变量法具体操作→分析实验数据得出结论→指出结论的应用。关键要能准确表述结论的因果关系。在摩擦力实验中,弹簧测力计必须水平匀速拉动木块,这是确保拉力等于摩擦力的前提。在浮力实验中,称重法测浮力的公式为F浮=GF拉(G为物体在空气中的重力,F拉为物体浸入液体中时弹簧测力计的示数)。【题型三】生活应用题这类题目给出生活现象,要求用所学知识解释。解题思路为:先明确现象涉及哪类力(弹力、摩擦力、重力、浮力),再分析力的作用效果或影响因素,最后结合具体情境完整表述。例如,问"为什么下雪天汽车轮胎要加防滑链?"回答要点:防滑链增大了轮胎与路面间的接触面粗糙程度,从而增大了摩擦力,防止车轮打滑,保障行车安全。【题型四】作图题作图题主要考查力的示意图画法。要求找出受力物体,明确力的作用点和方向,用带箭头的线段表示力,线段起点表示作用点,箭头指向力的方向,线段长度大致表示力的大小,最后在箭头旁标出力的符号。画重力时,作用点画在重心,方向竖直向下;画支持力时,方向垂直于接触面指向被支持的物体;画浮力时,方向竖直向上。(三)易错点与难点突破【易错警示】【易错点1】误认为只有下沉的物体不受浮力纠正:浸在液体中的物体,无论上浮还是下沉,都受到液体对它施加的浮力。上浮是因为浮力大于重力,下沉是因为浮力小于重力,而不是不受浮力。桥墩、打入河底的木桩除外,因为它们底部没有液体,不受浮力。【易错点2】混淆滑动摩擦与滚动摩擦纠正:判断摩擦类型的关键是看物体相对运动的形式。物体在另一个物体表面上滑动时产生滑动摩擦,如擦黑板、滑雪、用钢笔写字。物体在另一个物体表面上滚动时产生滚动摩擦,如车轮滚动、滚珠轴承、滚动的玻璃球。滚动摩擦比滑动摩擦小得多,因此人们常用滚动代替滑动来减小摩擦。【易错点3】误认为摩擦力总是阻碍物体运动,因此是阻力纠正:摩擦力阻碍的是物体间的相对运动,但不一定是阻碍物体运动的阻力。例如,人走路时,脚向后蹬地,地面给人向前的摩擦力,这个摩擦力是推动人前进的动力;汽车前进时,驱动轮受到的摩擦力是动力,从动轮受到的摩擦力是阻力。因此,判断摩擦力是动

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