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浙教版（2024）九年级上册第4节 简单机械第3课时教学设计
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这是一份浙教版（2024）九年级上册第4节 简单机械第3课时教学设计，共11页。教案主要包含了定滑轮和动滑轮，滑轮组等内容，欢迎下载使用。
年级
八年级
授课时间
课题
3.4 简单机械（第3课时）
教学
目标
科学观念：区分定滑轮和动滑轮，了解其特点及实质；了解滑轮组的特点；
科学思维：归纳定滑轮和动滑轮的特点；经历从具体到抽象的研究过程，学会比较。会应用公式进行简单计算。
探究实践：通过利用滑轮提升重物的活动，培养学生动手操作观察和描述的能力；通过画图的方法寻找滑轮的五要素，能得出滑轮的实质就是杠杆的结论。
态度责任：学会合作和交流，体验成功探究带来的乐趣，感悟生活中处处有科学。通过学习体会提高机械效率对节约能源和促进社会发展的重要意义。
教学
重难点
重点：滑轮组的特点
难点：滑轮组的特点
学情
分析
本节内容选自浙教版九上第三章第4节，本节主要内容：杠杆、杠杆的应用、定滑轮和动滑轮、滑轮组、机械效率。杠杆、滑轮、斜面都是重要的简单机械，它们在生活和生产中有着广泛的应用，学好这部分知识具有重要的实际意义。教材通过学生熟悉的日常生活中使用的器具，经过科学抽象出杠杆、滑轮的概念，初步体会科学教学中建立科学模型的方法，并通过实验探究出杠杆的平衡条件，培养学生科学探究的能力。通过机械效率的计算公式，了解简单机械的机械效率如何计算。
本节内容拟用4课时完成。第1课时主要内容是杠杆的概念及杠杆五要素；第2课时主要内容是杠杆的平衡及应用；第3课时主要内容是定滑轮和动滑轮、滑轮组；第4课时主要内容是斜面和机械效率。
教学
准备
课件、课本、活动器材等
教学过程
教师活动
学生活动
新
课
导
入
起重机上安装着一种叫做滑轮的简单机械。学校每天早晨升国旗时也是利用滑轮将红旗升上天空，你有观察过滑轮的具体结构吗？
观察图片，思考滑轮的结构
新 知 讲 授
一、定滑轮和动滑轮
观察以下图片，归纳滑轮结构？
滑轮是一种周边有槽、可以绕着中心轴转动的轮子
为了认识滑轮的作用，我们先来学习最简单的两种滑轮。
活动：
（1）观察滑轮，并指出它的结构特点。
（2）请用滑轮、细线、铁架台等设计两种方案，要求利用滑轮把钩码提升起来，在图中画出实验装置示意图。
（3）利用设计的方案，组装好装置，提升钩码。
使用滑轮工作时，根据滑轮轴的位置是否移动，可将滑轮分成定滑轮和动滑轮两类。定滑轮的轴固定不变，动滑轮的轴随钩码一起移动。
活动：
（1）如图甲所示，用弹簧测力计测出钩码的重G1。
（2）如图乙所示，通过定滑轮用弹簧测力计匀速向下拉动钩码，记录弹簧测力计的读数F1，并与钩码的重相比较。改变拉力的方向，如图丙所示，观察弹簧测力计的读数是否发生变化？同时注意观察F1拉过距离s与重物上升高度h间的关系。
定滑轮
G1=F1，s=ℎ
改变拉力方向，拉力依然为F1，力的大小不变。
由此可知：使用定滑轮不能省力，但能够改变力的作用方向。
如旗杆顶部安装的是定滑轮，如不使用定滑轮，将国旗升到旗杆顶部需要使用向上的拉力将国旗拉上去，现在使用定滑轮，只需要站在旗杆底部使用向下的力，即可将国旗升上旗杆。
（3）先用弹簧测力计测出钩码和滑轮的总重G2。如图丁所示，通过动滑轮用弹簧测力计匀速向上拉动钩码，记录弹簧测力计的读数F2，并与钩码和滑轮的总重相比较。同时注意观察F2拉过距离s与重物上升高度h间的关系。
动滑轮
F2=12G2，s=2h
由此可知：使用动滑轮可以省一半力，但不能改变力的作用方向，而且动力移动的距离大于钩码上升的距离（费距离）。
注意：由于摩擦力的存在，实际所用的力要大一些。
滑轮实质上是杠杆。上述实验的结论，我们可以用杠杆的平衡条件来分析论证。
活动：在图乙、丁中分别作出定滑轮、动滑轮的动力臂和阻力臂，并找出动力臂和阻力臂之间的关系。分析为什么使用定滑轮不省力，而使用动滑轮可以省一半力。
定滑轮的动力臂和阻力臂相等，均为半径，故定滑轮的实质是等臂杠杆，根据杠杆平衡条件：
F1R=G1R，故F1=G1。
改变拉力的方向，动力臂和阻力臂不变，还是半径，故力的大小不变。
动滑轮的动力臂是直径2R，阻力臂是半径R，根据杠杆平衡条件：
F2×2R=G2×R，F2=12G2
故动滑轮的实质是一个动力臂是阻力臂2倍的省力杠杆。
改变拉力的方向，动力臂减小（小于直径2R），阻力和阻力臂不变，故动力F2减小，说明拉力方向改变，虽然省力的幅度变小。
二、滑轮组
实际应用时，常常将定滑轮和动滑轮组合成滑轮组。
那么，使用滑轮组时，拉力的大小究竟跟什么因素有关呢？
活动：（1）用弹簧测力计测出钩码和动滑轮的总重G。
（2）按如图甲所示方式匀速拉动绳子，记录此时承担重物和动滑轮总重的绳子股数和弹簧测力计的读数F1。
实验
钩码和动滑轮的总重（牛）
承重绳子股数
弹簧测力计的拉力（牛）
甲
20
4
5
F1=14G
（3）按如图乙所示方式匀速拉动绳子，记录此时承担重物和动滑轮总重的绳子股数和弹簧测力计的读数F2。
实验
钩码和动滑轮的总重（牛）
承重绳子股数
弹簧测力计的拉力（牛）
乙
20
5
4
F2=15G
由此可知：
使用滑轮组时，重物和动滑轮的总重由几股绳子承担，提起重物所用的力就是总重的几分之一。（忽略绳重及各处的摩擦力）
F=1nG总
以上实验过程中可观察并记录绳子自由端（末端）移动的距离s和物体（动滑轮）上升高度h的之间的关系。我们可以发现：
绳子自由端移动的距离s与物体上升的高度h的关系是：
s＝nh
思考：绳子自由端移动的速度v自和物体（动滑轮）移动速度v物的之间的关系？
根据s=vt，t相同，故v自=nv物
思考与讨论
杠杆、滑轮等简单机械，有的省力、有的不省力，使用它们时，有的可以少移动距离，有的却要多移动距离。在使用简单机械时，你认为省力或费力、省距离或费距离，它们之间有什么关系？
当动力臂等于阻力臂时，杠杆既不省力，也不费力，既不省距离，也不费距离；
当动力臂大于阻力臂时，杠杆省力，但是费距离；
当动力臂小于阻力臂时，杠杆费力，但是省距离。
【例题】缠绕滑轮的绳子能承受的最大拉力为300牛，用它连接成如图所示的滑轮组，能否提升600牛的重物？（已知动滑轮重20牛，摩擦及绳的质量不计）
解：在图3-49所示的滑轮组中，重物和动滑轮的总重
G＝600N＋20N＝620N
因为总重是由2股绳子承担，所以，所用的拉力为：
F=12G=12×620N=310N
可见，拉力大于绳子所能承受的最大拉力，所以不能用来提升600牛的重物。
答：该滑轮组不能用来提升600牛的重物。
滑轮组横拉物体的特点
F=13T=13f
①绳子自由端拉F=1nf力
②绳子自由端移动距离s自与物体移动距离s物： s自=ns物
③绳子自由端移动速度v自与物体移动速度v物： v自=nv物
注意：以上规律不考虑绳、轮间的摩擦及绳重、动滑轮重，这和用滑轮组吊重物的原理相同，只是把重物的重力换成了摩擦力。
观察图片，总结滑轮的结构
观察图片，能区分定滑轮和动滑轮
根据活动现象总结定滑轮的特点
根据活动现象总结动滑轮的特点
分析定滑轮的实质
分析动滑轮的实质
了解滑轮组的优点
根据活动现象总结滑轮组的特点
了解杠杆分类的方法
总结滑轮组横拉物体的特点
课
堂
练
习
例1. 一辆车不小心陷进了泥潭中，小科按如图甲、乙两种方法均可将车从泥潭中拉出。如果车受到的阻力为800牛，则下列说法正确的是（ ）
A.甲可以省力
B.乙能改变力的方向
C.甲所用的力至少400牛
D.乙所用的力至少400牛
【答案】D
【解析】AC.甲图滑轮为定滑轮，使用定滑轮不省力，故AC错误；
BD.乙图滑轮为动滑轮，使用动滑轮可以省力，但不能改变力的方向，若绳与滑轮间的摩擦不计，乙所用的力至少为F=12f=800N2=400N，故B错误，D正确。
故选D。
例2. 小乐用如图所示的两种方式竖直匀速提升某物体，且都使物体上升了2m。已知物体重200N，滑轮重40N，提升时的拉力分别为F甲和F乙。若不计绳重和摩擦，则在提升过程中（ ）
A.F甲=240N
B.F甲做的功为240J
C.F乙向上移动距离为4m
D.F乙所做的功为440J
【答案】D
【解析】A.甲图中绳未端的拉力为：F甲=12G物+G动=12×200N+40N=120N，故A不符合题意；
B.F甲做的功为W=Fs=120N×4m=480J，故B不符合题意；
C.已知绳末端移动的距离为2m，则F乙向上移动距离为1m，故C不符合题意；
D.F乙所做的功为W=Fs=(200N×2+40N)×1m=440J，故D符合题意。
故选D
例3.用如图所示的三个装置先后提升同一个物体G，若不考虑滑轮的自重和摩擦，作用于绳子自由端的拉力F1、F2、F3的大小关系是（ ）
A.F1最大
B.F2最大
C.F3最大
D.一样大
【答案】A
【解析】不计滑轮重力和摩擦，左边图中使用定滑轮不省力，也不省距离，所以F1=G；
不计滑轮重力和摩擦，中间图中与动滑轮相连的绳子有2股，故F2=12G；
不计滑轮重力和摩擦，右边图中与动滑轮相连的绳子有3股，故F3=13G；
所以，F1最大，故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A
例4.某同学研究动滑轮的使用特点时，实验过程如图1（每次都匀速提起相同钩码，不计摩擦）；
（1）根据图1可知，实验中所用动滑轮的重力为 牛；
（2）根据该同学的实验数据，如果家里安装日光灯，你认为图2中的 安装方式更合理。（选填“甲”或“乙”）
【答案】（1）0.2（2）甲
【解析】（1）根据图1可知，直接用手提起两个钩码，弹簧测力计示数为2N，则两个钩码的重力为2N，使用动滑轮提起两个钩码，动滑轮上有两股绳，弹簧测力计示数为1.1N，则动滑轮重力G动=2F拉−G物=2×1.1N−2N=0.2N；
（2）由图1可知，拉力与竖直方向夹角越大，拉力也越大，所以图2中，图乙绳子承受的拉力更大，故应该选用甲图比较合理。
课
堂
小
结
1.定滑轮和动滑轮
（1）滑轮概念：周边有槽、可以绕着中心轴转动的轮子。
（2）滑轮分类：定滑轮：滑轮轴固定不动；动滑轮：滑轮轴随钩码一起移动。
（3）定滑轮：实质是等臂杠杆，只能改变力的方向，不能改变力的大小。不省力也不省距离。改变力的方向不会改变力的大小。
（4）动滑轮：实质上是一个动力臂为阻力臂２倍的省力杠杆。省力费距离。不能改变力的方向。若力的方向不与动滑轮直径垂直，则省的力小于一半，不是最省力的方法。动力移动的距离大于钩码上升的距离。
2.滑轮组
（1）滑轮组不但可以省力，而且可以改变力的方向。
（2）竖直拉物体：自由端拉力和总重力的关系是F＝1nG总
绳子自由端移动的距离s与物体上升的高度h的关系是s＝nh。
移动速度的关系v自=nv物
水平拉物体：自由端拉力和摩擦力的关系是F＝1nf
绳子自由端移动的距离s与物体移动距离s物的关系是s＝ns物。
移动速度的关系v自=nv物
注意：n为围绕动滑轮上绳子的股数。
板
书
设
计
作
业
设
计
反
思
评
价
年级
八年级
授课时间
课题
3.4 简单机械（第3课时）
教学
目标
科学观念：区分定滑轮和动滑轮，了解其特点及实质；了解滑轮组的特点；
科学思维：归纳定滑轮和动滑轮的特点；经历从具体到抽象的研究过程，学会比较。会应用公式进行简单计算。
探究实践：通过利用滑轮提升重物的活动，培养学生动手操作观察和描述的能力；通过画图的方法寻找滑轮的五要素，能得出滑轮的实质就是杠杆的结论。
态度责任：学会合作和交流，体验成功探究带来的乐趣，感悟生活中处处有科学。通过学习体会提高机械效率对节约能源和促进社会发展的重要意义。
教学
重难点
重点：滑轮组的特点
难点：滑轮组的特点
学情
分析
本节内容选自浙教版九上第三章第4节，本节主要内容：杠杆、杠杆的应用、定滑轮和动滑轮、滑轮组、机械效率。杠杆、滑轮、斜面都是重要的简单机械，它们在生活和生产中有着广泛的应用，学好这部分知识具有重要的实际意义。教材通过学生熟悉的日常生活中使用的器具，经过科学抽象出杠杆、滑轮的概念，初步体会科学教学中建立科学模型的方法，并通过实验探究出杠杆的平衡条件，培养学生科学探究的能力。通过机械效率的计算公式，了解简单机械的机械效率如何计算。
本节内容拟用4课时完成。第1课时主要内容是杠杆的概念及杠杆五要素；第2课时主要内容是杠杆的平衡及应用；第3课时主要内容是定滑轮和动滑轮、滑轮组；第4课时主要内容是斜面和机械效率。
教学
准备
课件、课本、活动器材等
教学过程
教师活动
学生活动
新
课
导
入
起重机上安装着一种叫做滑轮的简单机械。学校每天早晨升国旗时也是利用滑轮将红旗升上天空，你有观察过滑轮的具体结构吗？
观察图片，思考滑轮的结构
新 知 讲 授
一、定滑轮和动滑轮
观察以下图片，归纳滑轮结构？
滑轮是一种周边有槽、可以绕着中心轴转动的轮子
为了认识滑轮的作用，我们先来学习最简单的两种滑轮。
活动：
（1）观察滑轮，并指出它的结构特点。
（2）请用滑轮、细线、铁架台等设计两种方案，要求利用滑轮把钩码提升起来，在图中画出实验装置示意图。
（3）利用设计的方案，组装好装置，提升钩码。
使用滑轮工作时，根据滑轮轴的位置是否移动，可将滑轮分成定滑轮和动滑轮两类。定滑轮的轴固定不变，动滑轮的轴随钩码一起移动。
活动：
（1）如图甲所示，用弹簧测力计测出钩码的重G1。
（2）如图乙所示，通过定滑轮用弹簧测力计匀速向下拉动钩码，记录弹簧测力计的读数F1，并与钩码的重相比较。改变拉力的方向，如图丙所示，观察弹簧测力计的读数是否发生变化？同时注意观察F1拉过距离s与重物上升高度h间的关系。
定滑轮
G1=F1，s=ℎ
改变拉力方向，拉力依然为F1，力的大小不变。
由此可知：使用定滑轮不能省力，但能够改变力的作用方向。
如旗杆顶部安装的是定滑轮，如不使用定滑轮，将国旗升到旗杆顶部需要使用向上的拉力将国旗拉上去，现在使用定滑轮，只需要站在旗杆底部使用向下的力，即可将国旗升上旗杆。
（3）先用弹簧测力计测出钩码和滑轮的总重G2。如图丁所示，通过动滑轮用弹簧测力计匀速向上拉动钩码，记录弹簧测力计的读数F2，并与钩码和滑轮的总重相比较。同时注意观察F2拉过距离s与重物上升高度h间的关系。
动滑轮
F2=12G2，s=2h
由此可知：使用动滑轮可以省一半力，但不能改变力的作用方向，而且动力移动的距离大于钩码上升的距离（费距离）。
注意：由于摩擦力的存在，实际所用的力要大一些。
滑轮实质上是杠杆。上述实验的结论，我们可以用杠杆的平衡条件来分析论证。
活动：在图乙、丁中分别作出定滑轮、动滑轮的动力臂和阻力臂，并找出动力臂和阻力臂之间的关系。分析为什么使用定滑轮不省力，而使用动滑轮可以省一半力。
定滑轮的动力臂和阻力臂相等，均为半径，故定滑轮的实质是等臂杠杆，根据杠杆平衡条件：
F1R=G1R，故F1=G1。
改变拉力的方向，动力臂和阻力臂不变，还是半径，故力的大小不变。
动滑轮的动力臂是直径2R，阻力臂是半径R，根据杠杆平衡条件：
F2×2R=G2×R，F2=12G2
故动滑轮的实质是一个动力臂是阻力臂2倍的省力杠杆。
改变拉力的方向，动力臂减小（小于直径2R），阻力和阻力臂不变，故动力F2减小，说明拉力方向改变，虽然省力的幅度变小。
二、滑轮组
实际应用时，常常将定滑轮和动滑轮组合成滑轮组。
那么，使用滑轮组时，拉力的大小究竟跟什么因素有关呢？
活动：（1）用弹簧测力计测出钩码和动滑轮的总重G。
（2）按如图甲所示方式匀速拉动绳子，记录此时承担重物和动滑轮总重的绳子股数和弹簧测力计的读数F1。
实验
钩码和动滑轮的总重（牛）
承重绳子股数
弹簧测力计的拉力（牛）
甲
20
4
5
F1=14G
（3）按如图乙所示方式匀速拉动绳子，记录此时承担重物和动滑轮总重的绳子股数和弹簧测力计的读数F2。
实验
钩码和动滑轮的总重（牛）
承重绳子股数
弹簧测力计的拉力（牛）
乙
20
5
4
F2=15G
由此可知：
使用滑轮组时，重物和动滑轮的总重由几股绳子承担，提起重物所用的力就是总重的几分之一。（忽略绳重及各处的摩擦力）
F=1nG总
以上实验过程中可观察并记录绳子自由端（末端）移动的距离s和物体（动滑轮）上升高度h的之间的关系。我们可以发现：
绳子自由端移动的距离s与物体上升的高度h的关系是：
s＝nh
思考：绳子自由端移动的速度v自和物体（动滑轮）移动速度v物的之间的关系？
根据s=vt，t相同，故v自=nv物
思考与讨论
杠杆、滑轮等简单机械，有的省力、有的不省力，使用它们时，有的可以少移动距离，有的却要多移动距离。在使用简单机械时，你认为省力或费力、省距离或费距离，它们之间有什么关系？
当动力臂等于阻力臂时，杠杆既不省力，也不费力，既不省距离，也不费距离；
当动力臂大于阻力臂时，杠杆省力，但是费距离；
当动力臂小于阻力臂时，杠杆费力，但是省距离。
【例题】缠绕滑轮的绳子能承受的最大拉力为300牛，用它连接成如图所示的滑轮组，能否提升600牛的重物？（已知动滑轮重20牛，摩擦及绳的质量不计）
解：在图3-49所示的滑轮组中，重物和动滑轮的总重
G＝600N＋20N＝620N
因为总重是由2股绳子承担，所以，所用的拉力为：
F=12G=12×620N=310N
可见，拉力大于绳子所能承受的最大拉力，所以不能用来提升600牛的重物。
答：该滑轮组不能用来提升600牛的重物。
滑轮组横拉物体的特点
F=13T=13f
①绳子自由端拉F=1nf力
②绳子自由端移动距离s自与物体移动距离s物： s自=ns物
③绳子自由端移动速度v自与物体移动速度v物： v自=nv物
注意：以上规律不考虑绳、轮间的摩擦及绳重、动滑轮重，这和用滑轮组吊重物的原理相同，只是把重物的重力换成了摩擦力。
观察图片，总结滑轮的结构
观察图片，能区分定滑轮和动滑轮
根据活动现象总结定滑轮的特点
根据活动现象总结动滑轮的特点
分析定滑轮的实质
分析动滑轮的实质
了解滑轮组的优点
根据活动现象总结滑轮组的特点
了解杠杆分类的方法
总结滑轮组横拉物体的特点
课
堂
练
习
例1. 一辆车不小心陷进了泥潭中，小科按如图甲、乙两种方法均可将车从泥潭中拉出。如果车受到的阻力为800牛，则下列说法正确的是（ ）
A.甲可以省力
B.乙能改变力的方向
C.甲所用的力至少400牛
D.乙所用的力至少400牛
【答案】D
【解析】AC.甲图滑轮为定滑轮，使用定滑轮不省力，故AC错误；
BD.乙图滑轮为动滑轮，使用动滑轮可以省力，但不能改变力的方向，若绳与滑轮间的摩擦不计，乙所用的力至少为F=12f=800N2=400N，故B错误，D正确。
故选D。
例2. 小乐用如图所示的两种方式竖直匀速提升某物体，且都使物体上升了2m。已知物体重200N，滑轮重40N，提升时的拉力分别为F甲和F乙。若不计绳重和摩擦，则在提升过程中（ ）
A.F甲=240N
B.F甲做的功为240J
C.F乙向上移动距离为4m
D.F乙所做的功为440J
【答案】D
【解析】A.甲图中绳未端的拉力为：F甲=12G物+G动=12×200N+40N=120N，故A不符合题意；
B.F甲做的功为W=Fs=120N×4m=480J，故B不符合题意；
C.已知绳末端移动的距离为2m，则F乙向上移动距离为1m，故C不符合题意；
D.F乙所做的功为W=Fs=(200N×2+40N)×1m=440J，故D符合题意。
故选D
例3.用如图所示的三个装置先后提升同一个物体G，若不考虑滑轮的自重和摩擦，作用于绳子自由端的拉力F1、F2、F3的大小关系是（ ）
A.F1最大
B.F2最大
C.F3最大
D.一样大
【答案】A
【解析】不计滑轮重力和摩擦，左边图中使用定滑轮不省力，也不省距离，所以F1=G；
不计滑轮重力和摩擦，中间图中与动滑轮相连的绳子有2股，故F2=12G；
不计滑轮重力和摩擦，右边图中与动滑轮相连的绳子有3股，故F3=13G；
所以，F1最大，故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A
例4.某同学研究动滑轮的使用特点时，实验过程如图1（每次都匀速提起相同钩码，不计摩擦）；
（1）根据图1可知，实验中所用动滑轮的重力为 牛；
（2）根据该同学的实验数据，如果家里安装日光灯，你认为图2中的 安装方式更合理。（选填“甲”或“乙”）
【答案】（1）0.2（2）甲
【解析】（1）根据图1可知，直接用手提起两个钩码，弹簧测力计示数为2N，则两个钩码的重力为2N，使用动滑轮提起两个钩码，动滑轮上有两股绳，弹簧测力计示数为1.1N，则动滑轮重力G动=2F拉−G物=2×1.1N−2N=0.2N；
（2）由图1可知，拉力与竖直方向夹角越大，拉力也越大，所以图2中，图乙绳子承受的拉力更大，故应该选用甲图比较合理。
课
堂
小
结
1.定滑轮和动滑轮
（1）滑轮概念：周边有槽、可以绕着中心轴转动的轮子。
（2）滑轮分类：定滑轮：滑轮轴固定不动；动滑轮：滑轮轴随钩码一起移动。
（3）定滑轮：实质是等臂杠杆，只能改变力的方向，不能改变力的大小。不省力也不省距离。改变力的方向不会改变力的大小。
（4）动滑轮：实质上是一个动力臂为阻力臂２倍的省力杠杆。省力费距离。不能改变力的方向。若力的方向不与动滑轮直径垂直，则省的力小于一半，不是最省力的方法。动力移动的距离大于钩码上升的距离。
2.滑轮组
（1）滑轮组不但可以省力，而且可以改变力的方向。
（2）竖直拉物体：自由端拉力和总重力的关系是F＝1nG总
绳子自由端移动的距离s与物体上升的高度h的关系是s＝nh。
移动速度的关系v自=nv物
水平拉物体：自由端拉力和摩擦力的关系是F＝1nf
绳子自由端移动的距离s与物体移动距离s物的关系是s＝ns物。
移动速度的关系v自=nv物
注意：n为围绕动滑轮上绳子的股数。
板
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计
作
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