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一 近代物理学的奠基人和革命者
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课程标准
1.了解经典力学的主要内容，认识其在近代自然科学理论发展中的历史地位。
2．知道相对论、量子论的主要内容，认识其意义。
学习视点
重点：1.经典力学的建立。
2．量子论的诞生。
3．相对论的提出。
难点：1.物理学各阶段发展的原因。
2．对科学发展创新性的理解。
课前预习
一、认识史上的飞跃
1．背景
(1)在中世纪的欧洲，________的学说长期被教会奉为教条。
(2)近代科学诞生后，亚里士多德的力学不断受到质疑。
(3)伽利略在观察、实验和推理的基础上，创立了________定律，推翻了亚里士多德的学说。
2．内容
(1)17世纪末，得出了惯性定律和加速度定律。
(2)总结出作用力和反作用力定律。
(3)用微积分做计算工具导出________。
(4)1687年撰写的《________》，总结了他的力学体系以及在数学、天文学方面的研究成果。
3．意义
(1)牛顿的运动三定律构成了近代力学体系的基础，成为整个近代物理学的重要支柱。
(2)完成了人类对________认识史上的第一次理论大综合。
(3)根据________，人们准确地算出了地球的平均密度和扁平率，正确地解释了潮汐的成因。
二、驱走乌云的太阳
1．量子论提出的背景：19世纪末，________问题成为物理学界的重大研究课题。
2．量子理论的诞生过程
(1)1879年，奥地利物理学家________通过实验发现了黑体辐射的总能量与其温度之间的定量关系。
(2)德国物理学家________发现了热辐射过程中的能量分布规律。
(3)1900年，普朗克提出了著名的________概念。
(4)普朗克的《关于正常光谱能量分布定律的理论》发表，标志着________理论的诞生。
3．发展
(1)1905年，________运用量子理论成功地解释了光电效应，得出了光具有________的结论。
(2)1923年，法国物理学家德布罗意提出________理论，将量子论发展到一个新的高度。
(3)在量子理论基础上，奥地利、德国的物理学家建立了________力学。
4．意义
(1)量子力学成为反映自然界基本规律的理论体系，指导着人们向________的各个层面进行深入探讨。
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(2)从根本上改变了近代物理学中的传统观念，使________乃至整个自然科学的观念都发生了重大变革。
三、爱因斯坦的“时空”
项目
狭义相对论
广义相对论
创立
1905年，爱因斯坦发表《论________的电动力学》一文
1916年，把狭义相对论推广到________运动的参考系中
内容
时间和空间都与物质的________有关，随着物质运动速度的变化而变化
物质存在的________空间是弯曲的，空间的结构取决于物质的质量及其分布情况；空间、________是物质存在的形式
意义
反映的是物体________运动的客观规律，是对牛顿力学的继承与发展
第一次阐述了________和物质的分布相联系的重要思想
影响
(1)是对近代物理学理论框架的重大突破，形成了全新的时空观、运动观和________观(2)是人类思想发展史中的一次根本性变革，对整个自然科学和哲学都产生了深远影响(3)相对论同________理论一起，构成了现代物理学的基本理论框架
答案：
一、1.(1)亚里士多德 (3)自由落体
2．(3)万有引力定律 (4)自然哲学的数学原理
3．(2)自然界 (3)万有引力定律
二、1.黑体辐射
2．(1)斯蒂芬 (2)普朗克 (3)量子 (4)量子
3．(1)爱因斯坦 波粒二象性 (2)物质波 (3)量子
4．(1)物质运动 (2)物理学
三、动体 加速 运动 现实 时间 高速 四维时空 物质 量子
课堂作业
一、选择题
知识点一
认识史上的飞跃
1．牛顿曾经说过：我之所以有这样的成就，是因为我站在巨人们的肩膀上。对于牛顿所构建的经典力学体系而言，最重要的“巨人”是( )
A．哥白尼 B．马丁·路德
C．伽利略 D．达尔文
答案：C
解析：牛顿在继承前人成就的基础上构建了经典力学体系。伽利略是近代实验科学之父，经典力学的奠基者，C项符合题意。
2．伽利略被认为是真正具有近代科学精神的第一人，主要是因为他( )
A．开创了近代自然科学的革命
B．推翻了天主教会的旧的宇宙观
C．继承和发展了哥白尼的思想
D．开创了从实验中认识自然的方法
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答案：D
解析：本题考查学生的分析能力。伽利略的科学研究善于运用实验。把研究的事物理想化，就可以更加突出事物的主要特征，化繁为简，易于认识其规律。伽利略的这一自然科学新方法，有力地促进物理学的发展，他因此被誉为是“经典物理学的奠基人”。
3．有学者指出：“当人们谈及最近几代人中被传入日本等东方国家的西方文明时，我们不是指希腊罗马哲学和人文主义思想，也不是指日本的基督教化，而是指在17世纪后半叶开始改变西方面貌的科学、思维模式和文明的所有工具。”这里的“开始改变……的所有工具”包括( )
A．瓦特的改良蒸汽机
B．达尔文的生物进化论
C．牛顿的经典力学体系
D．爱因斯坦的相对论
答案：C
解析：解答本题需注意时间限定“17世纪后半叶”，而A、B、D三项发生在18—20世纪，不属于该时间范围。经典力学体系的建立是近代科学形成的标志，为工业革命提供了科学理论依据，而自然科学的发展进一步解放了人们的思想。故答案为C。
知识点二
驱走乌云的太阳
4．“使人类克服了经典物理学的危机，对微观世界的基本认识有了革命性的进步”指的是( )
A．牛顿力学体系的建立
B．进化论的提出
C．自由落体定律的提出
D．量子论的提出
答案：D
解析：本题考查学生的理解能力。量子论是现代物理学的两大基石之一。量子论给我们提供了新的关于自然界的表述方法和思考方法，揭示了微观物质世界的基本规律，为原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了理论基础。
5．20世纪初，提出光量子假说，解决经典物理学无法解释的光电效应问题的科学家是( )
A．普朗克 B．麦克斯韦
C．玻尔 D．爱因斯坦
答案：D
解析：本题主要考查学生的识记能力。爱因斯坦利用量子理论成功地解释了光电效应。
6．索尔维国际物理学化学研究会是由比利时企业家索尔维于1912年创办的一个学会，致力于研究物理学和化学中突出的前沿问题。右面是第一届索尔维物理学会议召开的照片，这次会议最有可能讨论的主题是( )
A．潮汐现象 B．行星运动
C．电、磁 D．辐射与量子理论
答案：D
解析：根据题干信息可知，索尔维物理学会议主要致力于研究物理学中突出的前沿问题。潮汐现象和行星运动可以用万有引力定律来解释，电、磁是19世纪经典电磁学的问题；而20世纪初的物理学前沿问题是辐射和量子理论，D符合题意。
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知识点三
爱因斯坦的“时空”
7．1999年12月26日，爱因斯坦被美国《时代周刊》评选为“世纪伟人”。这是因为他提出了( )
A．原子论 B．进化论
C．量子论 D．相对论
答案：D
解析：根据所学知识可知，爱因斯坦最突出的成就是他提出了相对论。故答案为D。
8．右图美国科幻大片展现了这样的情形：一群探险者穿越虫洞，去寻找一颗适合人类移民的星球，以拯救濒临末日的地球和人类。通过虫洞的时候，他们发现飞船上的一个小时相当于地球上的七年。这种奇特的现象可以用相对论的哪一观点来解释( )
A．时间的相对性 B．质量的可变性
C．时间的主观性 D．空间的扭曲性
答案：A
解析：相对论包括狭义相对论和广义相对论。狭义相对论认为：时间会随着物体运动速度的变化而变化，当物体运动的速度增大时，时间将会变慢，即时间具有相对性。题干中的穿越虫洞时时间变慢即体现了时间的相对性。故答案为A。
9．从牛顿经典力学到爱因斯坦相对论的发展，说明了( )
①人类对自然的认识是随着时代的前进而不断发展的 ②科学的认识是永无止境的 ③科学成就往往是“站在巨人肩膀上”的发展 ④人类开始从宏观世界深入微观世界认识客观规律
A．①② B．①②③
C．①②④ D．②③④
答案：B
解析：本题考查科学技术的发展对人类认识的影响。④不符合牛顿和爱因斯坦的观点，牛顿力学体系研究的是宏观世界，深入微观世界认识客观规律的物理学成果是量子论。
10．经典物理学所面临的危机，终于在20世纪初被物理学发展史上两场伟大的革命所解决。这两场革命使人类( )
A．拥有了研究宏观世界和微观世界的理论体系
B．放弃了经典物理学的思想方法和科学理论
C．否定了此前物理学取得的一系列成果
D．转变了人们的思维方式和生活方式
答案：A
解析：20世纪初，相对论的提出和量子理论的创立，描绘了一个崭新的宏观宇宙世界和微观粒子世界，故A项符合题意；B、C、D三项均与相对论和量子理论不符。
二、非选择题
11．阅读下列材料：
牛顿
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材料一 我不知道在别人看来，我是什么样的人；但在我自己看来，我不过就像是一个在海滨玩耍的小孩，为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜，而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋，却全然没有发现。
爱因斯坦
材料二 有一次，一个美国记者问爱因斯坦关于他成功的秘诀。他回答：“早在1901年，我还是二十二岁的青年时就已经发现了成功的公式。我可以把这公式的秘密告诉你，那就是A＝X＋Y＋Z！A就是成功，X是努力工作，Y是正确的方法，Z是少说废话！这个公式对我有用，我想对许多人也一样有用。”
普朗克
材料三 德国著名物理学家普朗克年轻时曾向他的老师表示要献身于理论物理学，老师劝他说：“年轻人，物理学是一门已经完成了的科学，不会再有多大的发展了，将一生献给这门学科，太可惜了。”19世纪的理论物理学达到了巅峰状态，但其中也隐含着巨大的危机。海王星的发现显示出牛顿力学无比强大的理论威力，电磁学与力学的统一使物理学显示出一种形式上的完整，并被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽庙堂”。在人们的心目中，经典物理学已经达到了近乎完美的程度。
请回答：
(1)结合所学知识说明爱因斯坦的伟大成就。
(2)你怎样理解材料三中普朗克的老师对他的告诫？近乎完美的物理学存在什么局限性？
(3)结合以上材料和所学知识谈谈三位科学家给你怎样的启迪。
答案：(1)爱因斯坦打破了牛顿的绝对时空观，于20世纪初提出狭义相对论和广义相对论。
(2)经典力学体系的建立标志着近代科学的形成，19世纪物理学达到了巅峰状态，物理学似乎是一门已经完成了的科学。经典力学的绝对时空观认为时间和空间都是绝对的，到了19世纪，随着物理学研究的进展，经典力学无法解释研究中遇到的一些新问题，面临着挑战。
(3)人类对客观规律的认识是在不断深入发展着的，科学理论也在不断完善之中，只有勇于探索、不懈追求，才能有所成就。
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课 后 作 业
时间：45分钟 满分：60分
一、选择题(每小题3分，共36分)
1．近代实验科学的奠基者之一伽利略，被誉为“近代力学之父”“近代科学之父”，但在当时他却遭到罗马天主教会的迫害，并被终身监禁。这一状况深刻地表明( )
A．伽利略具有反对神学的革命精神
B．自然科学与宗教神学之间斗争激烈
C．教会为维护自身统治，迫害科学家
D．宗教信仰与科学精神之间的敌对关系
答案：B
解析：依据所学知识可知，伽利略发明天文望远镜，通过观测，证实了“日心说”的正确性，否定了“地心说”，进一步动摇了封建神学的统治基础，引起了教会的仇恨。这实质上体现的是自然科学与宗教神学之间斗争激烈。故应选B。A中“反对神学”与史实不符，神学范围最广；C是表面现象；D错在“宗教信仰”。
2．观察下图，据图可以得出西方近代自然科学发展的主要特点是( )
A．生活实践经验的总结
B．实用性技术应用性强
C．科学观察、实验的研究方法
D．重视经验总结，轻视理论研究
答案：C
解析：伽利略在比萨斜塔所做的物体落地实验和牛顿观察苹果落地都是对科学观察、实验方法的研究；A、B、D三项符合中国古代科技发展的特点。
3．英国天文学家埃德蒙多·哈雷在诗作《致人杰》中写道：“天空最深处的秘密被揭示，最外面的天球旋转的力不再隐藏。……现在已知骇人的彗星走过的弯曲路径；扫帚星的天象不再令人惊奇。……所有这些，让古代贤人苦恼，学派之间徒然争吵，我们看到，数学驱散云雾……”材料赞美的是( )
A．伽利略自制望远镜观察天体
B．牛顿构建经典力学体系
C．爱因斯坦提出广义相对论
D．达尔文提出生物进化论
答案：B
解析：
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由材料中“天空最深处的秘密被揭示，最外面的天球旋转的力不再隐藏”“数学驱散云雾”等信息可知，该材料歌颂的是牛顿。1687年，牛顿出版了《自然哲学的数学原理》一书，提出了物体运动三大定律和万有引力定律等。他把地球上的物体运动和天体运动概括到同一个理论之中，形成了一个以实验为基础、以数学为表达形式的牛顿力学体系，即经典力学体系。这一体系对解释和预见物理现象具有重大的意义。故答案为B。
4．帕尔默在《现代世界史》中写道：“二百年来，此定律一直是不可动摇的，总为每次新的有关发现所证实。只是在近一个世纪内，才发现它有局限性。在亚原子结构的无限小的微观世界里，或在整个物质宇宙的宏观世界中，这个定律并不适用。”下列哪些理论对此定律进行了完善( )
A．伽利略的实验方法
B．相对论和量子论
C．牛顿的经典力学体系
D．生物进化论和基因工程
答案：B
解析：由“一直是不可动摇的”“在亚原子结构的无限小的微观世界里”“在整个物质宇宙的宏观世界中”“并不适用”等信息，结合所学知识可知，材料论述的是牛顿的经典力学体系遇到困境，对此，20世纪初爱因斯坦的相对论和普朗克的量子论分别在宏观领域和微观领域进行了完善，故选B。
5．牛顿临终遗言：“我好像是一个在海边玩耍的孩子，不时为拾到比通常更光滑的石子或更美丽的贝壳而欢欣鼓舞，而展现在我面前的是完全未探明的真理之海。”下列说法正确的是( )
A．“石子”“贝壳”是量子理论和电磁学说
B．其理论深刻揭示了时间、空间的本质属性
C．牛顿的理论开辟了工业革命时代
D．牛顿尚未踏入自然科学的“真理之海”
答案：C
解析：本题考查牛顿在物理学上的成就。“石子”“贝壳”并不是量子理论和电磁学说，因为时间不符；B项是指相对论；D项，牛顿经典力学体系标志近代自然科学的形成，故排除。牛顿力学体系对工业革命产生了重要影响。
6．相对论与牛顿力学的关系是( )
①相对论彻底否定了牛顿力学 ②相对论发展了牛顿力学 ③相对论将牛顿力学概括在相对论力学之中 ④牛顿力学为相对论力学的提出奠定了基础
A．①②③ B．②③④
C．①② D．①④
答案：B
解析：本题围绕相对论与牛顿力学的关系考查学生对相对论伟大意义的理解。相对论超越了牛顿力学中的绝对时空观，使牛顿力学成为相对论在物体低速运动状态下的一个特例，排除①。故答案为B。
7．“这一发现成为20世纪物理学研究的基础，从那个时候起几乎完全决定了物理学的发展。要是没有这一发现，那就不可能建立起分子、原子以及支配它们变化的能量过程的有用理论。”下列有关“这一发现”的表述，错误的是( )
A．有助于解释光电效应
B．推动了现代物理学的重大发展
C．揭示了时空的本质属性
D．促进了人们深入认识微观世界
答案：C
解析：从题干信息“20世纪”“建立起分子、原子以及支配它们变化的能量过程有用理论”，可知该理论是量子论，故A、B、D表述均正确。C项是相对论的影响，符合题意。
8．一位科学家由于对能的性质所做的革命性的发现而被授予诺贝尔奖，他对科学的重大贡献是( )
A．揭示了电、磁现象之间的相互联系
B．提出“物竞天择，适者生存，自然选择”的理论
C．提出辐射是以一定数量值的整数倍跳跃式变化的
D．提出时间和空间的“钟慢效应”和“尺缩效应”
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答案：C
解析：根据材料中“对能的性质所做的革命性的发现”的信息可判断该科学家为普朗克。A项反映的是法拉第发现的电磁感应现象，错误；B项是达尔文的进化论，错误；C项是普朗克的量子假说，符合题意；D项是爱因斯坦的狭义相对论，错误。
9．普朗克是诺贝尔物理学奖的得主，于1913年曾亲赴瑞士，礼聘尚是一介书生的爱因斯坦，并称其为“当代哥白尼”。爱因斯坦因此对普朗克执弟子礼。纳粹横行期间，普朗克与大多数德国知识分子一样，对纳粹暴行保持沉默。对此，爱因斯坦表示永不原谅，从此再未与普朗克进行联系。这是因为爱因斯坦( )
A．成就已远远超过普朗克
B．坚持“吾爱吾师，但吾更爱真理”
C．已移居美国，联系不便
D．科学研究繁忙，无暇顾及
答案：B
解析：爱因斯坦从此再未与普朗克进行联系，从所给材料来看，是因为他对纳粹暴行保持沉默，而爱因斯坦则是二战时期反对纳粹暴行的著名人士，二人的政治观点不同，与A、C、D三项没有关系。
10．《淮南子》中说：“往古来今谓之宙，四方上下谓之宇。”爱因斯坦提出狭义相对论。二者的相似之处是( )
A．相对论 B．辩证观
C．运动论 D．时空观
答案：D
解析：“四方上下”就是指空间，“往古来今”就是指时间，这强调宇宙是时间与空间的结合体。爱因斯坦狭义相对论认为，物体运动时，空间和时间会随着物体运动速度的变化而变化，由此可知D正确。
11．量子理论和相对论一起构成了现代物理学的基础，它们对人类产生的重大影响有( )
①描绘了一个崭新的宏观宇宙世界和微观世界
②开阔了人们的视野 ③改变了人们看世界的角度和方式 ④为现代科技革命奠定了基础
A．①②③④ B．②③④
C．①③④ D．①②④
答案：D
解析：相对论超越了牛顿力学中的绝对时空观，使牛顿力学成为相对论在物体低速运动状态下的一个特例，印证了“牛顿观念的破产”；同时，相对论力学也提出了宏观物体的高速运动规律，印证了“宇宙新理论”。故答案为D。
12．哥白尼、牛顿和爱因斯坦被称为近代以来最伟大的科学家，其理论的共同之处是( )
A．得到了科学实验的验证
B．改变了人类对自然世界的认识
C．推动了技术的重大突破
D．科学地概括出物质运动的定律
答案：B
解析：本题考查世界近代的科技成就，意在考查学生识记、调动和运用知识分析问题的能力。哥白尼依据自己的观察分析而提出“日心说”，被后来实验证明是错误的，没有推动技术的重大突破，更与物质运动的规律无关，故排除A、C、D三项。哥白尼的“日心说”否定了原来托勒密提出的“地心说”，改变了人们对自然界的认识；牛顿提出的物体运动的三大定律、万有引力定律及爱因斯坦的相对论也改变了人们对自然界的认识。故选择B项。
二、非选择题(共24分)
13．(12分)阅读下列材料：
材料一 牛顿的《原理》公认是科学史上最伟大的著作。在对当代和后代思想的影响上，无疑没有什么别的杰作可以同《原理》相媲美。二百多年来，它一直是全部天文学和宇宙学思想的基础……无怪乎牛顿力学的非凡成功甚至给诸如心理学、经济学和社会学等各个不同领域的工作者也留下了极其深刻的印象，以至他们试图在解决各种问题时以力学或准力学为楷模。
——《十六、十七世纪科学、技术和哲学史》
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材料二 启蒙思想家们在牛顿革命的启发、激励下进行了种种思考。伏尔泰曾写道：“如果全部自然界，一切行星，都要服从永恒的规律，而有一个小动物，五尺来高，却可以不把这些定律放在眼中，完全任意地为所欲为，那就太奇怪了。”但由于牛顿学说本身的机械决定论性质，充满机械唯物论精神的启蒙思想也不可避免地带有形而上学的武断(主要是忽视了人的心灵的复杂性)。
——《世界文明史》
请回答：
(1)牛顿说：“假如我看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上。”结合所学知识，指出牛顿生活的时代特征，并列举两位影响了牛顿的“巨人”。(5分)
(2)根据上述材料并结合所学知识，指出牛顿学说对近代社会发展的主要影响。(7分)
答案：(1)时代特征：资本主义不断发展；启蒙思想兴起与传播；近代科学不断取得进展。巨人：哥白尼、开普勒、伽利略、笛卡尔、巴罗。(写出其中两人即可)
(2)在物理学、数学、天文学等领域作出杰出贡献，并确立了相关学科的科学体系和科学的研究与思维方法；为心理学、经济学和社会学等学科树立了楷模；推动了启蒙运动。机械决定论对启蒙思想及某些社会科学研究产生了一定的负面影响。
14．(12分)伟大的历史人物往往以其超凡的人格魅力、与时俱进的理论认识和社会实践活动引领时代的前进。阅读下列材料，回答问题。
材料一 20世纪最后一期的《时代》周刊评选了一位“世纪人物”，称他为“天才、政治难民、人道主义者、原子和宇宙谜的开启者”，“以其伟大的思想和无与伦比的形象独占鳌头”。他说过这样的名言：“一个人对社会的价值首先取决于他的感情、思想和行动对增进人类利益有多大作用。”
材料二 1933年，爱因斯坦在为英国一刊物撰稿时写道：“科学是一种强有力的工具，如何使用它，它是给人赐福还是给人降祸，取决于人本身，而不是取决于工具。刀子对人的生活是有用的，但是它能够用来杀人……我们的唯一希望在于，拒绝任何有助于战争准备或者战争意图的行为。”
材料三 科学技术是生产力，这是马克思主义历来的观点。早在一百多年以前，马克思说过：“机器生产的发展要求自觉地应用自然科学。现代科学技术的发展，使科学与生产的关系越来越密切了，科学技术作为生产力，越来越显示出巨大的作用。”
——邓小平《在全国科学大会开幕式上的讲话》
(1)根据材料一及所学知识，指出他是怎样以“感情、思想和行动”来“增进人类利益”的。概括这位“世纪人物”在科学研究方面的优秀品质。(5分)
(2)根据材料二、三，归纳爱因斯坦和邓小平在论述科学作用时的侧重点分别是什么。并分别简要分析其原因。(4分)
(3)爱因斯坦作为伟大的科学家，邓小平作为伟大的政治家，两人在论述科学作用时的共同之处是什么？(3分)
答案：(1)提出相对论和光量子假说，奠定了现代物理学的理论基础，推动了人类自然科学和哲学的发展；关注人类的进步与和平。
优秀品质：不迷信权威；敢于探索，勇于创新；坚持不懈，勤奋刻苦等。
(2)爱因斯坦侧重于科学与战争的关系(或科学对战争的影响)；邓小平侧重于科学与生产之间的关系。原因：20世纪30年代人类面临战争的威胁；两极格局解体后，和平与发展成为时代主题。
(3)共同之处：都主张科学应造福于人类的和平与发展事业。
解析：本题以爱因斯坦和邓小平两位伟大历史人物的历史贡献和精神品质为主题，考查学生的材料阅读及归纳分析能力。第(1)问，要分别围绕爱因斯坦的科学贡献和思想品质分析。第(2)问，要对比材料二、三，从战争与和平、科学与生命的关系方面分析各自的着重点，结合国际政治形势分析原因。第(3)问，依据材料总结出共同之处。
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