液体的热胀冷缩公开课教案.docx
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液体的热胀冷缩公开课教案
液体的热胀冷缩
【教学目标】
科学概念：
1.水受热时体积膨胀，受冷时体积缩小，我们把水的体积的这种变化叫做热胀冷缩。
2.许多液体受热以后体积会变大，受冷以后体积会缩小。
过程与方法：
1.改进实验以达到更好的实验效果。
2.制作一个简易的观察水的体积变化的装置。
3.用科学知识解释生活中的现象。
（比如瓶装水为什么不装满）。
情感、态度、价值观：
意识到学习科学知识，要运用到日常的生产和生活。
【教学重点】经历对液体热胀冷缩性质的探究过程。
【教学难点】能设计改进实验装置，使之能提供明显可见的实验现象。
通过实验探究，知道液体有热胀冷缩的性质。
【教学准备】 学生材料：
每组准备冷水杯一个，热水杯一个，酱油、醋、油、可乐、橙汁饮料等，100毫升带橡皮塞的盐水瓶三个、透明塑料吸管三根、抹布、记录表一张。
老师材料：
装有红水的实验装置一个，学生材料一套、喷泉装置一个。
【教学过程】
一、谈话引入：
1、同学们，喜欢喝牛奶吗？
（喜欢）
2、老师也喜欢喝牛奶，但是老师有点粗心，今天早上老师把吸管插进盒子里了才发现牛奶还没有加热呢！
怎么办？
只好马上把这已开封的牛奶拿去加热，结果发生了奇怪的事情。
请看大屏幕！
（示课件一牛奶加热的视频）
3、哪位同学来解释一下这奇怪的现象呢？
（根据学生的回答，教师在黑板上写出牛奶受热后体积变大）
4、既然同学们各有各的看法，我们该用什么来验证？
（实验）
5、做实验必须要先确定研究对象，也用牛奶吗？
你舍得吗？
（引出用水作为研究对象，为了实验的公平性，我们的研究条件也要受热）
二、改进“水的体积变化的观察”的实验
1、老师这里的材料有烧杯、带塞得瓶子、吸管、滴管、红墨水、水等。
请同学们选出有用的材料，设计出既简便又效果明显的实验装置。
（示课件二）
2、小组讨论一下。
（师下去了解学生讨论情况）
3、学生汇报方案，师根据学生汇报适时补充改进方案：
改进方案一：
水是透明的，看不太清楚，可以加点红墨水。
改进方案二：
开口太大了，上升不明显，可以用塞子和细管。
这样水的体积只要增加一点点，在细管上就会上升一大截。
（师边引导边出示细口瓶，套上塞子和管子。
灌满水，滴上红墨水。
）
改进方案三：
用什么方法能看出水的体积发生了变化呢？
（用记号笔标出加热前后水在吸管中的位置。
）
三、水的热胀冷缩实验
1、这个实验装置老师已经给大家准备好了，现在还缺少什么？
（热水）热水老师给大家倒。
2、师述实验步骤（示课件三）
（1）小组内要分工合作，注意交流一定要轻声。
（2）拿到热水后，先把装置慢慢放在热水中加热，观察前后要用记号笔标出水在吸管中的高度，仔细观察水在受热时的体积变化。
（3）然后再把它放回冷水中冷却，观察水在受冷时的体积变化。
（4）注意重复实验、观察，并记录现象。
（记录纸在抽屉里）
3、清楚了吗？
准备好了吗？
请材料员依次上来领取这个实验装置。
（师同时开始倒热水）
4、小组实验，师巡视指导。
5、交流：
在刚才的实验中，你有什么发现？
结合学生交流结果师板书。
（表扬深入观察、思考、纪律好、合作好的小组）
6、小结：
水受热时体积膨胀，水受冷时体积缩小，我们把水的体积的这种变化叫做热胀冷缩。
同时板书课题。
（示课件四）
7、师出示两杯冷、热水，把两个装置放入，问：
你能从这个装置上判断出哪杯水更热吗？
为什么？
四、其他液体也有热胀冷缩吗？
1、通过实验，我们知道了水具有热胀冷缩的性质，那么其他的液体有没有热胀冷缩的性质呢？
2、逐一出示：
醋、酱油、油、酒、橙汁、牛奶。
（示课件五）追问：
它们会热胀冷缩吗？
怎么研究？
在学生发表意见后。
师强调用刚才验证水的方法来。
3、下面请材料员用红墨水装置来交换另一种液体装置。
生在换装置时，师添加热水。
4、小组实验并观察记录。
5、交流反馈，师小结板书。
（示课件六，完整表格）
6、小结：
这些液体都具有热胀冷缩的性质。
（师板书课题中的液体及各液体名称，注意判断：
所有的液体都具有热胀冷缩性质。
这句话是错的）
五、拓展应用：
1、出示课件七——温度计，这是什么？
点击Flash,根据什么原理制成的？
（热胀冷缩性质）
2、出示课件八，老师去超市买饮料，想拿一瓶满的，却怎么也找不到，这是为什么呢？
（容器装液体，不装满是为了防止液体受热后体积胀大）
六、延伸探究
1、出示课件九喷泉实验视频
2、留下疑问：
为什么这个装置热胀的现象会这么明显呢？
它的红水怎么会喷的这么高呢？
（因为里面有很多空气，空气也会热胀冷缩，而且更厉害，就把红水挤出来了！
验证方法就留待下一节课来研究。
）
液体的热胀冷缩
牛奶
水受热体积膨胀热胀
醋
酱油受冷体积缩小冷缩
酒
橙汁
油
……
液体热胀冷缩
成都理工大学工程技术学院
液压传动与控制课程教案
教师姓名王俊飞
所在系部自动化工程系
授课专业机械设计制造及自动化
课程代码
总学时40学分
教材名称液压与气压传动
[首页]
课程名称
液压传动与控制
授课专业
机械设计制造
年级
22010级
课程编号
课程类型
必修课
公共基础课（）；专业基础课（√）；专业课（）
选修课
专业选修课（）；公共选修课（）
教学目标
授课方式
课堂讲授（√）；实践课（）
考核方式
考试（）；考查（）
课程教学总学时数
40学时
学分数
学时分配
课堂讲授40学时；实践课0学时
教材名称
液压与气压传动
作者
雷秀
出版社及出版时间
机械工业出版社，2006
指定参考书
液压传动
作者
王积伟、章宏甲
出版社及出版时间
机械工业出版社，2009
授课教师
王俊飞
职称
讲师
单位
授课时间
周次
第1次课
编写时间
章节名称
§1-1§1-2
教学目的与要求：
使学生了解液压传动的发展及在各行业中的应用，掌握液压传动的工作原理和系统组成，理解并掌握的液压传动的两个基本概念。
教学重点和难点：
1）液压传动的工作原理
2）液压传动的两各基本概念
教学组织（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：
一、引言
通过将日常生活中常见的各种液压机械或设备引入课程，说明液压技术的广泛应用及重要性。
如起重机、挖土机、自动化生产线等。
二、液压传动的定义
传动——传递动力和运动
传动形式及在机器中的作用：
介绍各种传动形式及特点，并说明传动部分在机器中的作用。
液压传动的定义：
以液体作为工作介质，在密闭容器内进行能量的转换、控制和传递的一种传动形式。
提问：
液压系统中怎样传递运动的？
怎样传递动力的？
三、液压传动的工作原理
分别以连通器、千斤顶和起重机这一简单到复杂液压系统，说明其工作原理。
（可用多媒体动画演示）
四、液压系统的组成
分别说明液压系统的各组成部分及作用，可以引入人体系统来对应液压系统的各部分
如：
心脏、四肢、大脑、感官及血管、血液等
五、两个基本概念
1）工作压力决定于外负载
2）执行件的运动速度决定于流量
解释说明工作压力的形成原因：
前阻后推效应
作业及课外训练：
参考资料（含参考书、文献等）：
课后自我总结分析：
周次
第2次课
编写时间
章节名称
§1-3§1-4§2-1
教学目的与要求：
使学生了解液压系统原理图的表达方式，能识记常见的液压元件职能符号图。
了解液压传动的优缺点，掌握液压传动工作介质的主要物理性质。
教学重点和难点：
1）液压传动的优缺点
2）液压油的可压缩性和粘性
教学组织（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：
一、复习提问
1）什么是液压传动？
2）液压传动的工作原理及组成？
3）液压系统中，工作压力和运动速度分别取决于什么？
二、液压传动特点（应逐一解释每一特点）
1）优点：
2）缺点：
思考：
液压传动的能量损失大，为什么还要选用液压作为驱动系统？
三、液压系统原理图的表示
在黑板上画出常见的液压元件图，如液压泵、液压缸、控制阀等
四、液压工作介质
1）液压油、水
2）介绍纯水液压技术的发展及面临的难题
五、液压油的主要物理性质
1）可压缩性：
体积压缩系数、体积模量K、温度和压力对体积模量的影响
2）粘性：
（在黑板上画出液体在两平行板中流动的情况，并说明液体粘性的实质是液层间的内摩擦力作用）
3）粘度的三种形式：
动力粘度、运动粘度和相对粘度
说明动力粘度的物理意义，运动粘度的具体应用和相对粘度的测量方法；
举例：
某液压油的牌号HM46，它表示的含义？
3）粘温性和粘压性：
粘度指数
作业及课外训练：
参考资料（含参考书、文献等）：
课后自我总结分析：
周次
第3次课
编写时间
章节名称
§2-1§2-2
教学目的与要求：
使学生了解液压油的种类及选用，掌握液体静力学方程、压力的表示方法，能计算液体对固体壁面的作用力。
教学重点和难点：
1）液压油的选用原则
2）液体静压力方程及其物理意义
3）静止液体对曲面的作用力计算
教学组织（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：
一、复习提问
1）液压油具有哪些主要物理性质？
分别用什么参数来表示？
2）压力和温度对液压油有什么影响？
二、液压油的种类
两大类：
石油基型和难燃型。
分别介绍各种类型液压油的组成及应用。
三、液压油的选用原则
品种和粘度。
参照教材表2-2说明品种的选用，在黑板上列出粘度选择的四个因素：
工作压力、运动速度、环境温度及厂家建议。
四、液体的静压力及性质
画出液体质点的受力分析图，分析压力的作用面和方向，说明静压力的性质。
五、静压力方程
取一小液柱，受力分析，推导出静压力方程。
并说明静压力方程的物理意义。
六、压力的表示方法
理解几个概念：
绝对压力、相对压力、表压力、真空度。
了解压力的单位，Mpa
七、液体对固体壁面的作用力
当作用面为曲面时，需注意力为矢量这一特点，应对作用力沿X、Y方向分解
作用力的大小等于压力与曲面在力的方向垂直面内投影面积的乘积。
作业及课外训练：
参考资料（含参考书、文献等）：
课后自我总结分析：
周次
第4次课
编写时间
章节名称
§2-3
教学目的与要求：
使学生理解液体运动学和动力学的基本概念，掌握流体力学的三大基本方程及其应用。
教学重点和难点：
1）液体的流态与雷诺数
2）连续性方程、能量方程以及动量方程的计算与应用
教学组织（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：
一、复习提问
1）静止液体压力的特点是什么？
2）静压力方程的物理意义是什么？
3）真空度的含义？
二、基本概念
理想液体与实际液体、恒定流动、通流截面、流量与平均流速、水力直径、流态与雷诺数
理解上述概念时，应说明定义理想液体的理由，举例说明恒定流动，通流截面上各点的速度与平均流速的区别，水力直径的意义、雷诺数的物理意义等
三、连续性方程（流量连续）
流动液体质量守恒的体现；可在黑板上推导出方程，注意恒定流动这一条件。
连续性方程的应用：
计算管径、通流截面上的流速等
四、能量方程
理想液体流动时能量守恒的体现；反映了流动液体中任意截面上的能量组成形式为压力能、位能和动能，且三者的总和是相等的。
能量方程的应用：
计算油泵安装高度、进油口的真空度等。
五、动量方程
动量方程主要用于解决流动液体对固体壁面作用力。
在应用此方程时，要特别强调速度和力的矢量性质。
作业及课外训练：
参考资料（含参考书、文献等）：
课后自我总结分析：
周次
第5次课
编写时间
章节名称
§2-4§2-5§2-6
教学目的与要求：
使学生了解和掌握液体流过管道的压力损失，液体流过薄壁小孔的流量特性以及液压系统中的常见的液压冲击和气穴现象。
教学重点和难点：
1）液体圆管流动时的速度、流量公式和压力损失
2）薄壁小孔流量公式
3）液压冲击和气穴现象
教学组织（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：
一、流动液体的能量损失
理解实际液体流动时产生能量损失的原因，能量损失的形式。
二、能量损失的组成
1）沿层压力损失：
推导液体圆管流动时截面上液流的速度公式、流量公式和压力损失公式
2）局部压力损失：
液流在弯管和接头处产生的压力损失，局部阻力系数与元件局部形状有关
3）阀口压力损失：
三、薄壁小孔流量计算
以薄壁小孔前后两通流截面列出能量方程，得出最小收缩截面处的流速公式，进而得出流量公式。
将细长小孔流量公式化成统一的形式，比较两种形式的孔流量公式的不同及流量影响因素
四、液压冲击
1）现象或定义
2）引起原因：
阀口突然关闭、液压缸突然制动
3）解决措施：
五、气穴现象
1）基本概念：
空气分离压、气体溶解定律
2）定义
3）产生的危害
4）解决措施
作业及课外训练：
参考资料（含参考书、文献等）：
课后自我总结分析：
周次
第5周，第1次课
编写时间
___3
章节名称
§3-1
教学目的与要求：
使学生了解和掌握液压泵的工作原理，理解液压泵正常工作的三个必要条件，掌握液压泵的工作参数计算。
了解齿轮泵的工作原理。
教学重点和难点：
1）齿轮泵的工作原理
2）齿轮泵的分类及职能符号
3）齿轮泵的参数计算
周次
第5周，第1次课
编写时间
___3
章节名称
§3-1
教学目的与要求：
使学生了解和掌握液压泵的工作原理，理解液压泵正常工作的三个必要条件，掌握液压泵的工作参数计算。
了解齿轮泵的工作原理。
教学重点和难点：
1）齿轮泵的工作原理
2）齿轮泵的分类及职能符号
3）齿轮泵的参数计算
教学组织（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：
一、齿轮泵的工作原理
首先介绍单柱塞泵的结构组成及特点，让学生思考两个单向阀、弹簧的作用，传动轴偏心安装的原因。
接着，用多媒体演示工作原理。
二、液压泵正常工作的三个条件
若干个密封容积、密封容积变化及配油装置
三、液压泵的分类及职能符号
在黑板上板书
四、液压泵的工作参数
1、工作压力：
强调压力是由克服负载而产生，即工作压力决定于外负载这一概念。
液压泵的实际工作压力由负载产生的压力和液压回路的压力损失决定，但负载产生的压力是主要的。
2、排量和流量：
排量和理论流量是液压泵自身结构决定的，与工作压力无关。
排量可改变的泵称为变量泵。
实际流量等于液压泵理论流量减泄漏量，而泄露是与工作压力相关的，因此，液压泵的实际流量与工作压力大小相关。
3、功率：
分析液压泵的功率流，即油泵输入和输出功率（机械能和压力能）。
定义一计算功率或理论功率，作为功率换算、等价的桥梁，理论机械功率等于理论液压功率。
4、效率：
周次
第6周，第1次课
编写时间
___3
章节名称
§3-2
教学目的与要求：
使学生了解和掌握各种啮合齿轮泵的结构和工作原理，掌握外啮合齿轮泵结构上的特点及解决措施。
教学重点和难点：
1）外啮合齿轮泵的工作原理
2）外啮合齿轮泵结构特点及解决措施
3）内啮合齿轮泵和螺杆泵的结构与工作原理
教学组织（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：
一、外啮合齿轮泵的工作原理
首先介绍外啮合齿轮泵的结构组成及特点，按照液压泵正常工作的三个条件分析齿轮泵，如密封容积如何形成的，泵轴转动过程中，密封容积变化吗？
配油装置在哪儿？
最后，用多媒体展示齿轮泵的工作原理。
二、外啮合齿轮泵结构特点及解决措施
1、困油现象：
1）产生原因及危害；2）解决措施：
开卸荷槽，卸荷槽的作用及几何尺寸
2、径向力不平衡：
1）齿轮及轴的受力分析：
不平衡，2）危害3）解决措施：
3、泄露：
1）泄露途径2）泄露危害3）解决措施：
采用浮动侧板或浮动轴套
三、外啮合齿轮泵的结构图分析（教材图3-7）
四、转子泵和内啮合齿轮泵
1、结构分析：
内外转子的齿数不同，啮合时转速有差异。
需有配油装置等，内啮合齿轮泵偏心安装、且配有月牙挡板。
2、工作原理
五、螺杆泵
1、单螺杆泵的工作原理：
如同丝杠-螺母传动，液体由左端吸入，随螺杆转动，密封容积逐渐缩小，液体由左向右运动并逐步受压缩，到右端时从排油口排出。
2、特点：
结构紧凑、工作平稳、流量脉动小、噪声小、容积效率高，常用于精密机床液压系统。
作业及课外训练：
参考资料（含参考书、文献等）：
课后自我总结分析：
周次
第6周，第2次课
编写时间
___3
章节名称
§3-3
教学目的与要求：
使学生了解和掌握各种叶片泵的结构及工作原理，掌握限压式叶片泵的变量原理与流量特性。
教学重点和难点：
1）单作用式叶片泵的结构与工作原理
2）双作用式叶片泵的结构与工作原理
3）限压式叶片泵的结构与工作原理
教学组织（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：
一、单作用式叶片泵的结构与工作原理
1、了解单作用与双作用式叶片泵的概念
2、结构组成及工作原理：
根据液压泵的工作条件逐一分析叶片泵如何工作。
3、结构要点及压力平衡：
1）叶片数：
取奇数时流量脉动较小，常取13或15
2）叶片后倾：
为便于叶片抛出，增加油泵的自吸性。
注意，叶片泵不能反转，易折断。
3）转子受力：
不平衡，使转子和轴偏向吸油腔一侧，加剧磨损，限制了工作压力提高
4）变量原理：
转子与定子偏心安装，改变偏心距的大小和方向，则为变量泵和双向泵
5）叶片的径向力平衡措施：
配油盘结构分析
6）叶片夹角与封油区夹角的大小关系
二、双作用式叶片泵的结构与工作原理
1、工作原理：
随泵轴转一转，吸油和排油各两次。
2、结构要点：
1）叶片数：
偶数，且为4的倍数。
通常取12或16，理论上无流量脉动，考虑工艺和安装因素，流量脉动极小。
2）叶片前倾：
叶片顶部在压油区与定子过渡曲线接触时作用力变化大，导致叶片可能不能自由缩回、卡住和折断。
为便于叶片缩回，需减小叶片的压力角，前倾10-14度可满足要求。
3）转子受力：
平衡，
4）定子与转子同心安装，排量不可调
5）叶片的径向力平衡措施：
配油盘结构分析
6）定子内表面曲线分析：
阿基米德曲线与等加减速度曲线
三、变量叶片泵
1、结构分析：
2、不同负载（工作压力）情况下，泵的输出流量。
注意：
定子移动前后，输出流量的变化情况。
3、流量特性曲线：
分析各点、各段的意义以及拐点的调节
4、应用场合：
工作运行中，负载变化和速度变化大，从节能角度考虑，可选用变量泵。
作业及课外训练：
参考资料（含参考书、文献等）：
课后自我总结分析：
周次
第7周，第1次课
编写时间
___4
章节名称
§3-4
教学目的与要求：
使学生了解和掌握柱塞泵的结构和工作原理，掌握各种泵的性能特点及选用
教学重点和难点：
1）轴向柱塞泵的结构和工作原理
2）径向柱塞泵的结构和工作原理
3）各种泵的性能比较
教学组织（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：
一、柱塞泵的特点和分类
1、柱塞泵为何适用于高压泵？
2、分类：
根据柱塞与缸体轴线的关系分为轴向泵和径向泵
二、斜盘式轴向柱塞泵
1、结构组成与工作原理：
斜盘和配流盘不动，由轴带动缸体转动，柱塞一边转动，一边作伸缩运动
2、结构特点：
1）柱塞数，奇数时流量脉动小，常取7-9
2）柱塞与斜盘接触：
球头式和滑履式，区别在于接触应力不同，由于滑履式采用静压支撑、油膜润滑，故允许的工作压力高。
3）自吸能力：
滑履式采用中心弹簧，通过钢球、回程盘将滑履压紧，有利于柱塞伸出，而球头式柱塞泵仅靠离心力和复位弹簧使柱塞伸出，故自吸能力较差。
4）变量机构：
手动式和伺服式
5）传动轴支撑：
通轴式只传递转矩，不承受弯矩，故轴径较细
三、斜轴式轴向柱塞泵
如图所示，将传动轴倾斜一角度，通过连杆将轴与柱塞铰接，柱塞的伸出性较好，轴的倾斜角度可达到40度，故此泵比相同条件下的斜盘式流量大
四、径向柱塞泵
1、结构分析：
缸体转子与定子偏心安装，柱塞径向布置，通过配油轴配油。
2、工作原理：
采用多媒体演示径向泵
五、各种泵的性能比较
主要从工作压力、流量脉动、流量调节、效率、自吸性、噪声、对油液污染敏感性这些方面比较。
作业及课外训练：
参考资料（含参考书、文献等）：
课后自我总结分析：
周次
第7周，第2次课
编写时间
___4
章节名称
§4-1
教学目的与要求：
使学生了解和掌握液压马达的工作原理和液压马达的参数计算
教学重点和难点：
1）液压马达与液压泵的区别和联系
2）液压马达的参数计算
3）常见液压马达的结构和工作原理
教学组织（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：
一、液压马达与液压泵的区别与联系
1、液压执行件的功能和形式：
将压力能转换为机械能，对外做功。
执行件的运动形式有直线运动、转动和摆动等
2、液压马达与液压泵：
结构相似、原理互逆、功能相反
二、液压马达的工作参数计算
1、工作压力：
马达工作时进、出油口的压力差
2、排量和流量：
理论流量为单位时间内排油口排出的体积，而实际流量则为单位时间内从进油口进入马达的液体体积。
由于马达的泄露，实际流量应大于理论流量。
3、马达的输出转速与转矩：
实际输出转矩是已经考虑了摩擦损失后的输出转矩，故理论转矩应大于实际转矩。
4、马达的功率：
输入功率（压力能），输出功率（机械能），理论液压功率和理论机械功率
5、马达的效率：
总效率、容积效率和机械效率
三、斜轴式轴向柱塞马达
工作原理：
压力油推动柱塞外伸，柱塞与斜盘的作用力垂直于斜盘，此力的轴向分力克服液压力，径向分力对缸体中心产生转矩，转矩和转速通过传动轴输出。
四、多作用内曲线液压马达
五、摆动式液压马达
单叶片和双叶片
作业及课外训练：
参考资料（含参考书、文献等）：
课后自我总结分析：
周次
第8周，第1次课
编写时间
___4
章节名称
§4-2
教学目的与要求：
使学生了解和掌握液压缸的类型、典型结构和单、双作用式液压缸的计算
教学重点和难点：
1）液压缸的类型
2）单、双杆（作用）液压缸的速度、推力计算
3）常见液压马达的结构和工作原理
教学组织（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：
一、液压缸的类型
活塞缸、柱塞缸和组合缸
活塞缸：
单作用、双作用式。
组合缸：
伸缩缸、增压缸、齿轮齿条缸
二、双杆活塞缸
1、缸筒固定和活塞杆固定的区别
2、拉力、速度计算：
分别从左、右两腔进油产生的力和速度相等。
三、单杆活塞缸
1、三种进油方式的推力、速度计算：
可板书推导，然后用多媒体演示。
2、差动缸和差动连接：
四、柱塞缸
柱塞缸输出的推力与速度仅与柱塞直径有关，而与缸筒内径
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