教案工程力学.docx
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教案工程力学
授课班级：
10道桥1班、10道桥2班、10道桥3班、10道桥4班
教学课题：
绪论
第一节工程力学的研究对象
第二节工程力学的研究内容和任务
第三节刚体、变形体及其基本假定
第四节荷载的分类与组合
第五节结构计算简图
教学目的及要求：
1、了解工程力学的研究对象、内容和任务，荷载的分类与组合，结构计算简图的概念和确定计算简图的原则
2、初步掌握强度、刚度和稳定性的概念
3、掌握刚体、变形固体的概念及变形固体的基本假设
4、掌握杆件的几何特征、刚结点和铰结点的特征
教学重点：
1、刚体、变形固体的概念及变形固体的基本假设
1、结构简化的几个方面
2、平面杆件结构的分类
教学难点：
支座的简化及其受力情况分析
教学方法：
理论讲授，图示法，
教具：
计算机多媒体
作业：
1、四种类型的支座（可动铰支座、固定铰支座、固定端支座、定向支座）简化及其受力情况分析图
2、五类平面杆件结构（梁、拱、桁架、刚架、组合结构）的简化图
教学过程及内容：
绪论
第一节工程力学的研究对象
一、工程力学的研究对象
结构——建筑物中承受荷载并起骨架作用的部分。
构件——组成结构中的单个部分。
（1）杆件结构
（2）板、壳结构
（3）块体结构
二、杆件的几何特征
1、主要几何要素：
横截面：
是垂直杆的长度的截面。
轴线：
是所有截面形心的连线。
2、分为直杆和曲杆
第二节工程力学的研究内容和任务
一、工程力学的任务
1、研究材料的力学性能
2、研究构件的强度、刚度和稳定性等
3、合理解决安全与经济之间的矛盾
构件的强度、刚度和稳定性不仅与构件的形状有关，而且与所用材料的力学性能有关，因此在进行理论分析的基础上，实验研究是完成材料力学的任务所必需的途径和手段。
二、对构件的三项基本要求
1、具有足够的强度（结构和构件抵抗破坏的能力）
构件在外载作用下，抵抗破坏的能力。
例如储气罐不应爆破。
（破坏——断裂或变形过量不能恢复）
2、具有足够的刚度（结构和构件抵抗变形的能力）
构件在外载作用下，抵抗可恢复变形的能力。
例如机床主轴不应变形过大，否则影响加工精度。
3、满足稳定性要求（结构或构件保持原有平衡状态的能力）
构件在某种外载作用下，保持其原有平衡状态的能力。
例如柱子不能弯等。
三、工程力学的研究内容
1、工程静力学
2、杆件的承载能力计算
3、结构的内力分析
4、结构的计算机分析方法
第三节刚体、变形体及其基本假定
一、刚体：
是在外力作用下形状和尺寸都不改变的物体。
二、理想变形体假设
1、连续均匀假设
2、各向同性假设
三、工程力学中把所研究的结构和构件作为连续、
均匀、各向同性的理想变形体，在弹性范围内和小变形情况下研究其承载能力。
第四节荷载的分类与组合
一、按荷载作用性质分：
可分为静力荷载和动力荷载。
静力荷载:
指其大小、方向不随时间而改变或改变得很缓慢，以致在结构分析中可以略去其惯性力。
动力荷载:
指大小、方向都可随时间而变的荷载。
温度变化、支座移动、材料收缩也可能使结构产生内力和变形，从广义上说，都可称为荷载。
二、通常分为：
主要荷载、附加荷载、特殊荷载。
1、主要荷载
2、主要荷载+附加荷载
3、主要荷载+附加荷载+特殊荷载
第五节结构计算简图
结构计算简图-----将实际结构按一定的原则进行简化，使它成为既能反映原结构实际工作状态的主要特征，又便于结构分析的计算模型。
一、简化原则
1、尽可能正确地反映结构的实际工作状态
2、尽可能使结构分析计算得到简化
二、结构简化的几个方面
1、杆件的简化
2、支座的简化
3、结点的简化
4、荷载的简化
三、平面杆件结构的分类
梁、拱、刚架、桁架、组合结构
四、结构简化举例
单层工业厂房：
小结：
1、建筑力学的研究对象—杆件和杆第结构（平面）
2、工程力学中把所研究的结构和构件作为连续、均匀、各向同性的理想变形体，在弹性范围内和小变形情况下研究其承载能力
3、荷载的分类
4、结构简化的几个方面
5、平面杆件结构的分类
授课班级：
09道桥1班、09道桥2班、09道桥3班
教学课题：
第一章工程力学基础
第一节工程力学基本概念
第二节静力学基本原理
教学目的及要求：
1、掌握力、力系、刚体、平衡的概念
2、掌握静力学基本原理
教学重点：
1、二力平衡原理
1、力的平衡四边形法则
2、作用力与反作用力定律
教学难点：
三力平衡汇交定理
教学方法：
理论讲授，图示法，
教具：
计算机多媒体
作业：
教学过程及内容：
复习旧课，引入新课：
第一章工程力学基础
第一节工程力学基本概念
一、力的概念
1、定义：
力是物体间相互的机械作用
2、力的效应：
（1）运动效应
（2）变形效应
3、力的三要素：
大小、方向、作用点
4、力的单位：
N/kN
5、力的表示：
用一个有向线段来表示
二、力系的概念：
指作用在物体上的一群力
三、刚体的概念：
指在力的作用下大小和形状都不变的物体
四、平衡的概念：
指物体相对于惯性参考系保持静止或做匀速直线运动的状态
第二节静力学基本原理
一、原理1：
二力平衡原理
1、作用在刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态的必要和充分条件是：
这两个力大小相等、方向相反、作用线相同（简称这两个力等值、反向、共线）。
2、二力杆：
在两个力的作用下保持平衡的构件称为二力构件，简称二力杆。
二、原理2：
加减平衡力系原理
1、在作用于刚体上的任意力系中，加上或去掉任何一个平衡力系，不会改变原力系对刚体的作用效应
2、推论1：
力的可传性
作用在刚体上的力可沿其作用线移动到刚体内任一点，而不改变该力对刚体的作用效应。
三、原理3：
力的平行四边形法则
1、如果用表示两个共点力F1和F2的有向线段为邻边作平行四边形，那么，合力F的大小和方向都可以用这两个邻边之间的对角线表示出来，这就叫做力的平行四边形法则
2、推论2：
三力平衡汇交定理
刚体受三力平衡，若其中二力相交，则三力共面，且汇交于一点。
四、作用力和反作用力定律
两个物体间的作用力和反作用力，总是大小相等、方向相反、沿同一直线，并分别作用在这两个物体上。
五、原理5：
刚化原理
变形体在某一力系作用下处于平衡，如将此变形体变成刚体（刚化为刚体），则平衡状态保持不变。
课堂小结：
1、力、力系、刚体、平衡的概念
2、静力学基本原理：
二力平衡原理、加减平衡力系原理、力的平行四边形法则、作用力和反作用力定律、刚化原理
3、两个推论：
力的可传性、三力平衡汇交定理
授课班级：
09道桥1班、09道桥2班、09道桥3班
教学课题：
第一章工程力学基础
第三节约束与约束反力
第四节物体的受力分析与受力图
教学目的及要求：
1、掌握约束、约束反力的概念
2、掌握常见的约束类型的性质、计算简图、约束反力并能熟练的应用
3、正确的绘制物体的受力图
教学重点：
1、常见的约束类型的性质、计算简图、约束反力并能熟练的应用
2、绘制物体的受力图
教学难点：
物体受力图的绘制
教学方法：
理论讲授，图示法，举例法
教具：
计算机多媒体
作业：
教材P27：
1-1（b）（d）（f）（h）、1-2（a）（d）（f）、1-3、1-4
教学过程及内容：
复习旧课，引入新课：
第一章工程力学基础
第三节约束与约束反力
一、约束：
限制非自由体运动的周围物体称为该非自由体的约束。
二、约束反力
由约束引起的沿约束方向阻止物体运动的力称为约束反力。
约束反力的方向总是与被约束物体的运动方向或运动趋势的方向相反。
约束反力的作用点就在约束与被约束物体的接触处。
三、约束与约束反力
1、柔性约束（绳索、皮带、链条等）
2、光滑面（线、点）约束
3、光滑圆柱铰链约束
4、固定铰支座约束
5、可动铰支座约束
6、链杆约束
7、固定（嵌入）端约束
8、滑移支座（定向约束）
第四节物体的受力分析与受力图
一、画受力图的步骤
1、选取研究对象
2、画分离体把受的主动力
3、画约束力
二、画受力图的注意点
1、必须明确研究对象
2、正确确定研究对象受力的个数
3、要根据约束的类型分析约束反力
4、在分析物体系统受力时应注意三点：
教材P20
课堂小结：
1、约束、约束反力的概念
2、常见的约束类型的性质、计算简图、约束反力并能熟练的应用
3、绘制物体的受力图
授课班级：
09道桥1班、09道桥2班、09道桥3班
教学课题：
第一章工程力学基础
第五节力在坐标轴上的投影
第六节力矩和力偶
第七节力的平移
教学目的及要求：
1、掌握力矩和力偶概念、力的平移定理
2、熟练掌握力在坐标轴上的投影、力矩计算、力偶的性质
教学重点：
1、力矩在坐标轴上的投影
2、力矩计算、力偶性质
教学难点：
力的平移定理
教学方法：
理论讲授，图示法，举例法
教具：
计算机多媒体
作业：
教材P29：
1-6、1-7（b）（e）（f）、1-8
教学过程及内容：
复习旧课，引入新课：
第一章工程力学基础
第五节力在坐标轴上的投影
一、力在平面直角坐标轴上的投影
二、合力投影定理
合力在任一轴上的投影等于各分力在同一轴上的投影的代数和。
第六节力矩和力偶
一、力对点之矩
力使物体绕某点转动的力学效应，称为力对该点之矩。
力F对O点之矩定义为：
力的大小F与力臂d的乘积冠以适当的正负号，以符号Mo（F）表示，记为:
Mo（F）＝±Fd
通常规定：
力使物体绕矩心逆时针方向转动时，力矩为正，反之为负。
在国际单位制中，力矩的单位是牛顿•米（N•m）或千牛顿•米（kN•m）。
二、合力矩定理
平面汇交力系的合力对其平面内任一点的矩等于所有各分力对同一点之矩的代数和。
三、力偶及其性质
1、力偶
在力学中把这样一对等值、反向而不共线的平行力称为力偶，用符号（F,F′）表示。
两个力作用线之间的垂直距离称为力偶臂，
两个力作用线所决定的平面称为力偶的作用面。
2、力偶矩
作为力偶对物体转动效应的量度，称为力偶矩，用m或m（F,F′）表示。
在平面问题中，将力偶中的一个力的大小和力偶臂的乘积冠以正负号
通常规定：
力偶使物体逆时针方向转动时，力偶矩为正，反之为负。
在国际单位制中，力矩的单位是牛顿•米（N•m）或千牛顿•米（kN•m）。
3、力偶的性质
力和力偶是静力学中两个基本要素。
力偶与力具有不同的性质：
（1）力偶不能简化为一个力，即力偶不能与一个力等效，也不能与一个力平衡，力偶只能与力偶平衡；
（2）力偶不对其作用面内任一点之矩恒等于力偶矩，与矩心位置无关；
（3）作用在同一平面内的两个力偶，若两者力偶矩大小相等，转向相同，刚两力偶等效。
由力偶的等效性质可以得到以下两个推论：
推论1：
力偶对刚体的作用效应与力偶在其作用平面内的位置无关。
推论2：
只要保持力偶矩的大小和转向不变，力偶可以从一个平面移至另一个与之平行的平面，而不改变力偶对刚体的作用效应。
第七节力的平移
作用在刚体上的力F可以平行移动到任一点，但必须同时附加一个力偶，其力偶矩等于原来的力F对新作用点的矩。
力的平移定理只适用于刚体，而不适用于变形体，并且力只能在同一刚体上平行移动。
课堂小结：
1、力在坐标轴上的投影
2、力矩和力偶概念、力矩计算、力偶的性质。
3、力的平移定理
本章小结：
授课班级：
09道桥1班、09道桥2班、09道桥3班
教学课题：
第二章力系的简化
第一节力系等效与简化的概念
第二节平面汇交力系的简化
教学目的及要求：
1、掌握力系的主矢与主矩、等效和简化的概念
2、了解平面汇交力系的简化计算
教学重点：
1、力系的主矢与主矩、等效和简化的概念
2、平面汇交力系的简化计算
教学难点：
平面汇交力系的简化计算
教学方法：
理论讲授，图示法，举例法
教具：
计算机多媒体
作业：
教材P38：
2-1、2-2
教学过程及内容：
复习旧课，引入新课：
第二章力系的简化
第一节力系等效与简化的概念
一、力系的主矢与主矩
由任意多个力所组成的力系中所有力的矢量和，称为力系的主矢量，简称为主矢。
力系中所有力对于同一点之矩的矢量和，称为力系对这一点的主矩。
二、等效的概念
如果两个力系的主矢和主矩分别对应相等，两者对于同一刚体就会产生相同的运动效应，因而称这两个力系为等效力系。
三、简化的概念
就是将由若干个力和力偶所组成的力系，变为一个力或一个力偶，或者一个力与一个力偶的简单而等效的情形。
这一过程称为力系的简化。
第二节平面汇交力系的简化
合力FR的大小和方向：
例2-1（教材P33）
课堂小结：
1、力系的主矢与主矩、等效和简化的概念
2、平面汇交力系的简化计算
授课班级：
09道桥1班、09道桥2班、09道桥3班
教学课题：
第二章力系的简化
第三节平面力偶系的简化
第四节平面一般力系的简化
教学目的及要求：
1、了解平面力偶系、平现一般力系的简化计算
2、熟悉平面一般力系的简化结果
教学重点：
1、平面力偶系的简化计算
2、平现一般力系的简化计算
教学难点：
平面一般力系的简化结果
教学方法：
理论讲授，图示法，举例法
教具：
计算机多媒体
作业：
教材P38：
2-3、2-4
教学过程及内容：
复习旧课，引入新课：
第二章力系的简化
第三节平面力偶系的简化
作用在同一平面内的若干个力偶组成的力系称为平面力偶系。
平面力偶系可以合成为一个合力偶，合力偶的力偶矩等于各分力偶矩的代数和。
第四节平面一般力系的简化
平面一般力系是指各力的作用线在同一平面内但不都汇交于一点也不都互相平行的力系，又称为平面任意力系。
一、平面一般力系的简化
1、主矢
作用在简化中心的平面汇交力系可以简化为一个合力，合力矢等于原力系所有各力的矢量和。
合力矢称为原力系的主矢。
2、主矩
附加平面力偶系可以简化为一个合力偶，合力偶矩等于原力系所有各力对简化中心力矩的代数和，称为原力系对简化中心的主矩。
二、平面一般力系的简化结果讨论
主矢
主矩
最后结果
与简化中心的关系
FR=0
1
M=0
平衡
与简化中心无关
2
M≠0
合力偶
与简化中心无关
FR≠0
3
M=0
合力
合力作用线过简化中心
4
M≠0
合力
合力作用线距简化中心为d=|M|/FR
课堂小结：
1、平面力偶系、平现一般力系的简化计算
2、平面一般力系的简化结果
授课班级：
09道桥1班、09道桥2班、09道桥3班
教学课题：
第三章平面力系的平衡
第一节平面一般力系的平衡
第二节简单刚体系统的平衡问题
教学目的及要求：
1、熟练掌握平面力系的平衡条件，平面一般力系平衡议程的各种形式及其应用
2、了解静不定问题的概念
3、熟练求解单个物体及简单物体系统的平衡问题
教学重点：
应用平面力系平衡方程求解单个物体的平衡问题
教学难点：
熟练求解物体系统的平衡问题
教学方法：
理论讲授，图示法，举例法
教具：
计算机多媒体
作业：
教材P54-56：
3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6、3-7、3-8、3-9、3-10、3-11
教学过程及内容：
复习旧课，引入新课：
第三章平面力系的平衡
第一节平面一般力系的平衡
一、平面一般力系的平衡条件与平衡方程
二、几种特殊平面力系的平衡方程
1、平面汇交力系
2、平面平行力系
3、平面力偶系
第二节简单刚体系统的平衡问题
一、刚体系统静定与静不定的概念
1、静定
应用平衡方程，可以解出全部未知量。
这类问题称变静定问题，相应的结构称为静定结构。
2、静不定
作用在刚体上未知约束力的数目多于独立的平衡方程数目，因而仅仅依靠刚体平衡条件不能求出全部未知量。
这类问题称为静不定问题，相应的结构称为静不定结构或超静定结构。
二、刚体系统的平衡问题的特点与解法
1、整体平衡与局部平衡的概念
2、研究对象有多种选择
3、对刚体系统作受力分析时，要分清内力和外力
4、刚体系统的受力分析过程必须严格根据约束的性质确定约束力，特别要注意互相连接物体之间的作用力与反作用力，使作用在平衡系统整体上的力系和作用在每个刚体上的力系都满足平衡条件。
三、求解物系问题的一般步骤和要点
1、弄清题意，判断物体系统的静定性质，确定是否可解
2、正确选择研究对象
3、正确画出研究对象的受力图
4、分别考虑不同的研究对象的平衡条件，建立平衡方程，求解未知量。
5、校核
课堂小结：
1、平面力系的平衡条件，平面一般力系平衡议程的各种形式及其应用
2、了解静不定问题的概念
3、熟练求解单个物体及简单物体系统的平衡问题
授课班级：
09道桥1班、09道桥2班、09道桥3班
教学课题：
第三章平面力系的平衡
第三节考虑摩擦时物体的平衡
教学目的及要求：
1、掌握滑动摩擦的概念和滑动摩擦定律
2、了解摩擦角概念和自锁现象、平衡的临界状态和平衡范围
3、能求解简单的有摩擦时物体的平衡问题
教学重点：
1、滑动摩擦的概念和滑动摩擦定律
2、能求解简单的有摩擦时物体的平衡问题
教学难点：
摩擦角概念和自锁现象
教学方法：
理论讲授，图示法，举例法
教具：
计算机多媒体
作业：
教材P56-57：
3-12、3-13
教学过程及内容：
复习旧课，引入新课：
第三章平面力系的平衡
第三节考虑摩擦时物体的平衡
一、滑动摩擦
1、静滑动摩擦定律
fs为静摩擦因数
2、动滑动摩擦定律
fd为动摩擦因数
二、考虑摩擦时物体的平衡
1、受力分析时必须考虑摩擦力，注意摩擦力的方向与相对滑动趋势的方向相反
2、在滑动之前，摩擦力不是一个定值，而是在一定的范围内取值
三、摩擦角和自锁
1、全约束反力与接触面法线间的的夹角称为摩擦角
2、自锁：
如果作用在物体上的主动力的合力的作用线在摩擦角之内，刚无论其大小如何，总可以与全反力平衡，因而物体必处于静止状态，这种现象称为自锁。
课堂小结：
1、滑动摩擦的概念和滑动摩擦定律
2、摩擦角概念和自锁现象、平衡的临界状态和平衡范围
3、求解简单的有摩擦时物体的平衡问题
本章小结：
授课班级：
09道桥1班、09道桥2班、09道桥3班
教学课题：
第四章杆件的内力分析
第一节杆件的基本变形及其特点
第二节内力及截面法
第三节轴向拉伸和压缩杆件的内力分析
教学目的及要求：
1、掌握杆件变形的基本形式和特点、内力的概念
2、熟练掌握应用截面法计算轴向拉伸和压缩杆件轴力及正确绘制轴力图
教学重点：
杆件轴力计算和轴力图的绘制
教学难点：
1、截面法的应用
2、轴力图的绘制
教学方法：
理论讲授，图示法，举例法
教具：
计算机多媒体
作业：
教材P80：
4-1
教学过程及内容：
复习旧课，引入新课：
第四章杆件的内力分析
第一节杆件的基本变形及其特点
基本变形
受力特点
变形特点
轴向拉伸与压缩
杆件受到与杆轴线重合的外力作用
杆轴沿外力方向伸长或缩短
剪切
杆件受到垂直杆轴方向的一组等值、反向、作用线相距极近的平行力作用
二力之间的横截面产生相对错动变形
扭转
杆件受到垂直杆轴平面内的力偶作用
相邻横截面绕杆轴产生相对扭转变形
平面弯曲
杆件受到垂直杆轴方向的外力，或杆轴所在平面内作用的外力偶
杆轴由直变弯
第二节内力及截面法
一、内力的概念
由于外力作用而引起的受力构件内部质点之间相互作用力的改变量称为附加内力，简称内力。
二、截面法
截面法求内力的步骤：
1、截开；2、代替：
3、平衡。
第三节轴向拉伸和压缩杆件的内力分析
一、轴力的计算
1、截开；2、代替；3、平衡。
轴力为拉力时，取正值；反之，轴力为压力时，取负值。
即轴力“拉为正，压为负”。
二、轴力图
画轴力图时，规定正的轴力画在横坐标轴的上方，负的画在下方，并注明正负符号。
例4-1（教材P63）、例4-2、例4-3（教材P63）
课堂小结：
授课班级：
09道桥1班、09道桥2班、09道桥3班
教学课题：
第四章杆件的内力分析
第四节扭转轴的内力分析
教学目的及要求：
熟练掌握应用截面法计算扭转轴扭矩及正确绘制扭矩图
教学重点：
扭转轴扭矩计算和扭矩图的绘制
教学难点：
1、截面法的应用
2、扭矩图的绘制
教学方法：
理论讲授，图示法，举例法
教具：
计算机多媒体
作业：
教材P80：
4-2
教学过程及内容：
复习旧课，引入新课：
第四章杆件的内力分析
第四节扭转轴的内力分析
一、功率、转速与外力偶矩之间的关系
式中：
P为轴传递的功率，单位为千瓦（kW）;n为轴的转速，单位为转/分（r/min）;T为外力偶矩，单位为牛顿·米（N·m）。
二、扭矩、扭矩图
扭矩的符号规定：
按右手螺旋法则，以右手4指顺着扭矩的转向，若拇指指向与截面外法线方向一致时，扭矩为正；反之为负。
绘制扭矩图的要求是：
选择合适比例将正值的扭矩纵标画在横坐标轴的上方，负的画在下方；图中标明截面位置，截面的扭矩值、单位和正负号。
例4-4（教材P66）
课堂小结：
1、应用截面法计算扭转轴扭矩
2、正确绘制扭矩图
授课班级：
09道桥1班、09道桥2班、09道桥3班
教学课题：
第四章杆件的内力分析
第五节梁的内力分析
教学目的及要求：
1、熟练掌握应用截面法计算梁的内力
2、正确绘制剪力图和弯矩图
3、利用剪力、弯矩与荷载间的微分关系绘制弯矩图
4、应用叠加法绘制弯矩图
教学重点：
1、熟练掌握应用截面法计算梁的内力
2、正确绘制剪力图和弯矩图
3、利用剪力、弯矩与荷载间的微分关系绘制弯矩图
教学难点：
1、受弯构件指定截面内力的计算
2、利用剪力、弯矩与荷载间的微分关系绘制弯矩图
教学方法：
理论讲授，图示法，举例法
教具：
计算机多媒体
作业：
教材P80：
4-3、4-4、4-5、4-6、4-7、4-8、4-9
教学过程及内容：
复习旧课，引入新课：
第四章杆件的内力分析
第五节梁的内力分析
一、梁的内力
1、剪力
2、弯矩
教材P68例4-5、4-6
二、剪力图和弯矩图
教材P70例4-7、4-8、4-9、4-10、4-11
三、弯矩、剪力和载荷集度间的关系及其应用
1、弯矩、剪力和载荷集度间的微分关系
2、某段直梁在几种荷载作用下剪力图和弯矩图特征
四、用叠加法绘弯矩图
1、叠加原理
2、叠加法绘内力图
3、用区段叠加法作梁的弯矩图
课堂小结：
1、熟练掌握应用截面法计算梁的内力
2、正确绘制剪力图和弯矩图
3、利用剪力、弯矩与荷载间的微分关系绘制弯矩图
4、应用叠加法绘制弯矩图
本章小结：
授课班级：
09道桥1班、09道桥2班、09道桥3班
教学课题：
第五章轴向拉伸和压缩的强度计算
第一节应力的概念
第二节轴向拉伸和压缩杆件横截面上的应力
第三节拉（压）杆件的变形
教学目的及要求：
1、掌握应力、变形的概念
2、熟练掌握轴向拉伸和压缩杆件的应力、变形计算
教学重点：
轴向拉伸和压缩杆件的应力、变形计算
教学难点：
轴向拉伸和压缩杆件的应力、变形计算
教学方法：
理论讲授，图示法，举例法
教具：
计算机多媒体
作业：
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