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专题三 第11课时 电场课件PPT
展开这是一份专题三 第11课时 电场课件PPT,共60页。PPT课件主要包含了知识体系,第11课时电场,命题规律,专题强化练,高考预测,高考题型1,电场的性质,电势高低的判断,考向一库仑定律,考向二电场的叠加等内容,欢迎下载使用。
1.命题角度:(1)电场的性质; (2)平行板电容器电场问题; (3)电场中的图像问题.2.常考题型:选择题.
高考题型1 电场的性质
高考题型2 平行板电容器电场问题
高考题型3 电场中的图像问题
1.电场中各物理量的关系
2.电场强度的判断(1)场强方向是正电荷所受静电力的方向,也是电场线上某点的切线方向;(2)电场的强弱可根据电场线的疏密程度来进行比较,大小可根据场强公式进行计算.
4.电势能大小的判断(1)做功判断法:由WAB=EpA-EpB可知,静电力做正功,电势能减小;静电力做负功,电势能增大.(2)电荷电势法:由Ep=qφ知正电荷在电势高的地方电势能大,负电荷在电势低的地方电势能大.(3)能量守恒法:若只有静电力做功,电荷的动能和电势能之和守恒,动能增大时,电势能减小,反之电势能增大.
例1 (2018·全国卷Ⅰ·16)如图1,三个固定的带电小球a、b和c,相互间的距离分别为ab=5 cm,bc=3 cm,ca=4 cm.小球c所受库仑力的合力的方向平行于a、b的连线.设小球a、b所带电荷量的比值的绝对值为k,则
解析 由于小球c所受库仑力的合力的方向平行于a、b的连线,根据受力分析知,a、b的电荷异号.
设合力向左,如图所示,根据相似三角形得
例2 (2021·安徽江南十校高三3月一模联考)如图2,电荷量分别为q和-q(q>0)的点电荷固定在边长为L的正方体的两个顶点上,A是正方体的另一个顶点,如果点电荷q、-q连线中点O的电场强度大小是E,则正方体A点的电场强度大小是
例3 (2018·天津卷·3)如图3所示,实线表示某电场的电场线(方向未标出),虚线是一带负电的粒子只在静电力作用下的运动轨迹,设M点和N点的电势分别为φM、φN,粒子在M和N时加速度大小分别为aM、aN,速度大小分别为vM、vN,电势能分别为EpM、EpN.下列判断正确的是A.vM<vN,aM<aNB.vM<vN,φM<φNC.φM<φN,EpM<EpND.aM<aN,EpM<EpN
考向三 电场线(等势面)与粒子运动轨迹
解析 因为N点的电场线密,所以场强大,粒子受到的静电力大,加速度大,即aM<aN.由虚线弯曲方向知,带负电粒子受力指向运动轨迹的凹侧,电场方向由电场线稀疏的一侧指向电场线密集的一侧,沿电场
线方向电势降低,即φM>φN.又由Ep=qφ知,带负电粒子在电势越低的位置,具有的电势能越大,即EpM<EpN.若带负电粒子由M向N运动,静电力做负功,则动能减小,所以vM>vN.若带负电粒子由N向M运动,静电力做正功,则动能增大,也可得vM>vN,故选D.
例4 (多选)(2020·山东卷·10)真空中有两个固定的带正电的点电荷,电荷量不相等.一个带负电的试探电荷置于二者连线上的O点时,仅在电场力的作用下恰好保持静止状态.过O点作两正电荷连线的垂线,以O点为圆心的圆与连线和垂线分别交于a、c和b、d,如图4所示.以下说法正确的是A.a点电势低于O点B.b点电势低于c点C.该试探电荷在a点的电势能大于在b点的电势能D.该试探电荷在c点的电势能小于在d点的电势能
解析 作出两个固定点电荷分别在O点附近的电场线,由题意知,O点的场强EO=0,则两点电荷分别在O点处产生电场的电场线疏密相
同,进而推知O点左侧的电场方向向右,O点右侧的电场方向向左.可以判定:a点电势高于O点,b点电势低于c点,故A错误,B正确;由Ep=φq可知,a点的电势高于b点,试探电荷(带负电)在a点的电势能比在b点的电势能小,故C错误;c点电势高于d点,试探电荷(带负电)在c点的电势能小于在d点的电势能,故D正确.
例5 (多选)(2020·全国卷Ⅲ·21)如图5,∠M是锐角三角形PMN最大的内角,电荷量为q(q>0)的点电荷固定在P点.下列说法正确的是A.沿MN边,从M点到N点,电场强度的大小逐渐增大B.沿MN边,从M点到N点,电势先增大后减小C.正电荷在M点的电势能比其在N点的电势能大D.将正电荷从M点移动到N点,静电力所做的总功为负
解析 该点电荷形成的电场过M、N两点的等势面如图所示.距P越近,电场强度越大,沿MN边,从M点到N点,与P点的距离先变小后变大,电场强度先增大后减小,故A错误;
沿电场线方向电势降低,沿MN边,从M点到N点,电势先增大后减小,故B正确;由图可知,M点电势高于N点电势,根据Ep=qφ知,正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能,故C正确;将正电荷从M点移动到N点,即从高电势移动到低电势,静电力所做的总功为正,故D错误.
1.必须记住的三个公式
2.掌握两个重要结论(1)电容器与电路(或电源)相连,则两端电压取决于电路(或电源),稳定时相当于断路,两端电压总等于与之并联的支路电压.(2)充电后电容器与电路断开,电容器所带电荷量不变,此时若只改变两板间距离,则板间电场强度大小不变.
3.注意一个特例当有电容器的回路接有二极管时,因二极管的单向导电性,将使电容器的充电或放电受到限制.
例6 如图6所示,平行板电容器带有等量异种电荷,与静电计相连,静电计金属外壳和电容器下极板都接地,在两极板间有一固定在P点的点电荷,以E表示两板间的电场强度,Ep表示点电荷在P点的电势能,θ表示静电计指针的偏角.若保持下极板不动,将上极板向下移动一小段距离至图中虚线位置,则A.θ增大,E增大 B.θ增大,Ep不变C.θ减小,Ep增大 D.θ减小,E不变
例7 (多选)(2017·江苏卷·8)在x轴上有两个点电荷q1、q2,其静电场的电势φ在x轴上分布如图7所示.下列说法正确的有A.q1和q2带有异种电荷B.x1处的电场强度为零C.负电荷从x1移到x2,电势能减小D.负电荷从x1移到x2,受到的电场力增大
解析 由题图可知,两点电荷q1和q2带有异种电荷,A正确;在φ-x图像中,图像切线的斜率大小表示电场强度大小,则x1处的电场强度不为零,B错误;
从x1到x2电场强度逐渐减小,负电荷受到的电场力逐渐减小,D错误;由Ep=φq可知,负电荷在电势高处的电势能小,则负电荷从x1移到x2,电势能减小,C正确.
例8 (多选)(2021·安徽合肥市高三(上)第一次教学质量调研)沿电场中某条电场线方向建立x轴,该电场线上各点电场强度E随x的变化规律如图8所示,坐标轴上的点0、x1、x2和x3分别与x轴上O、A、B、C四点相对应,相邻两点间距相等.一个带正电的粒子从O点由静止释放,运动到A点的动能为Ek,仅考虑静电力作用,则下列说法正确的是A.从O点到C点,电势先升高后降低B.粒子先做匀加速运动,后做变加速运动C.粒子运动到C点时动能大于3EkD.粒子在AB段电势能减少量大于BC段电势能减少量
解析 从O点到C点,电场强度方向保持不变,由于开始场强方向沿x轴正方向,所以沿电场线方向电势逐渐降低,则从O点到C点,电势逐渐降低,A错误;
由题图图像可知场强先增大后减小,则静电力也是先增大后减小,所以粒子的加速度先增大后减小,一直做变加速运动,B错误;由图像可知图像的面积表示电势差,则有UOC>3UOA,由动能定理有qUOA=Ek,qUOC=EkC,由以上几式可得EkC>3Ek,所以粒子运动到C点时动能大于3Ek,C正确;粒子在AB段图像的面积大于BC段图像的面积,则UAB>UBC,所以粒子在AB段电势能减少量大于BC段电势能减少量,D正确.
1.(2021·山东滨州市高三期末)某静电场中电场线分布如图9所示,N、P、Q为电场中三点,其中P、Q两点关于点电荷q1左右对称,下列说法正确的是A.P、Q两点电场强度的大小EQ>EPB.P点的电势φP一定高于Q点电势φQC.负电荷从N点移到Q点静电力做正功D.负电荷从P点移到N点电势能一定变小
解析 根据电场线的疏密反映电场强度的大小,P点的电场线密,所以P、Q两点电场强度的大小EP>EQ,选项A错误;沿电场线方向电势降低,电场线越密的电势降落的越
快,反之逆着电场线的方向电势升高,电场线越密的电势升高的越快,所以P点的电势φP一定高于Q点电势φQ,选项B正确;负电荷从N点移到Q点,静电力方向与运动方向成钝角,静电力做负功,选项C错误;无法比较P点的电势与N点电势的高低,所以无法判断负电荷从P点移到N点电势能的变化情况,选项D错误.
2.(2021·湖北宜昌市高三联考)如图10所示,真空中有三个电荷量相等的点电荷a、b和c,分别固定在水平面内正三角形的顶点上,其中a、b带正电,c带负电,O为三角形中心,A、B、C为三条边的中点.则A.B、C两点场强相同B.a、b、c所受库仑力大小之比为1∶1∶C.将某一正试探电荷从B点移动到C点,电势能减小D.在O点自由释放电子(不计重力),会沿OA方向一直 运动下去
B、C两点关于AO连线对称,根据对称性知两点的电势相等,将某一正试探电荷从B点移动到C点,电势能不变,故C错误;
解析 电场强度是矢量,场强的合成满足平行四边形定则.通过对B、C两点的矢量合成可得,B、C点的场强大小相同,但方向不同,故A错误;
O点到a、b、c三点的距离相等,故三个电荷在O点的场强大小相同,根据等量同种点电荷的特点可知,a、b两个点电荷在O点的合场强方向向下,点电荷c在O点的场强方向也向下,所以O点的场强大小不为
0,合场强的方向向下,故电子受到向上的静电力,会沿OA直线向上运动,当通过A点之后,a、b电荷对电子的合力向下,当a、b电荷对电子的作用力大于c电荷对电子的作用力时,电子开始减速,减速为零后又反向加速,故电子沿着OA方向先加速运动,然后减速为零,接着沿AO方向加速,又减速为零,如此往复运动,故D错误.
3.如图11所示,两个固定的半径均为r的细圆环同轴放置,O1、O2分别为两细圆环的圆心,且O1O2=2r,两环分别带有均匀分布的等量异种电荷+Q、-Q(Q>0).一带正电的粒子(重力不计)从O1处由静止释放,静电力常量为k,下列说法正确的是A.粒子在O2处动能最大B.粒子在O1O2中点处动能最大
4.(2021·山西朔州市怀仁市高三期末)如图12甲所示,Q1、Q2为两个固定点电荷,其中Q1带正电,它们连线的延长线上有a、b两点.一带正电的试探电荷以一定的初速度沿直线从b点开始经a点向远处运动,其速度-时间图像如图乙所示.则下列说法正确的是A.在Q1、Q2之间放置一个点电荷, 该点电荷可能处于平衡状态B.从b到a场强逐渐减小,且a点场强为零C.b点右侧电势逐渐升高D.在Q1左侧的连线延长线上存在场强为零的点
解析 速度—时间图像的斜率表示加速度,由题图知,试探电荷经过a点时的加速度为零,由牛顿第二定律得知,电荷所受的静电力为零,则a点的合场强必为零,Q1、Q2在a点产生的场强大小相等、方向相反,故Q2一定带负电,在Q1、Q2之间电场强度向右,放置一个点电荷,不能处于平衡状态,故A错误;分析图像可知,从b到a的加速度逐渐减小,则场强逐渐减小,a点的场强为零,故B正确;
分析图像可知,试探电荷从b点向右侧运动的过程中,速度先减小后增大,则动能先减小后增大,只有静电力做功,动能和电势能之和恒定,则电势能先增大后减小,由于试探电荷为正,则b点右侧的电势先升高后降低,故C错误;a点的场强为零,根据库仑定律可知,电荷量Q1>Q2,在Q1左侧的连线延长线上,场强方向向左,不存在场强为零的位置,故D错误.
5.(多选)(2021·辽宁抚顺市六校高三期末联考)如图13甲所示,AB是某电场中的一条电场线,有一电子仅在静电力作用下,以某一初速度沿AB由A点运动到B点,该电子的电势能Ep随它与A点的距离x的变化规律如图乙所示,下列说法正确的是A.电场线的方向由A指向BB.A点的电场强度比B点的大C.A点的电势比B点的低D.该电子在A点时的速度比它在B点时的大
解析 由题图乙可知电子的电势能Ep随它与A点的距离x的增大而减小,根据Ep=-eφ,可知电子所在位置的电势逐渐升高,电场线的方向由B指向A,A错误,C正确.图乙的斜率表示静电力,斜率变小,静电力变小,则电场强度变小,即A点的电场强度比B点的大,B正确;
电势能减小,则静电力做正功,动能增大,电子在A点时的速度比它在B点时的速度小,D错误.
1.(多选)(2021·全国甲卷·19)某电场的等势面如图1所示,图中a、b、c、d、e为电场中的5个点,则A.一正电荷从b点运动到e点,电场力做正功B.一电子从a点运动到d点,电场力做功为4 eVC.b点电场强度垂直于该点所在等势面,方向向右D.a、b、c、d四个点中,b点的电场强度大小最大
解析 由题图可知φb=φe,则正电荷从b点运动到e点,电场力不做功,A错误;由题图可知φa=3 V,φd=7 V,根据电场力做功与电势能的变化关系有Wad=Epa-Epd=(φa-φd)·(-e)=4 eV,B正确;沿电场线方向电势逐渐降低,则b点处的场强方向向左,C错误;等差等势面越密的地方电场强度越大,由题图可看出a、b、c、d四个点中,b处的等势面最密集,则b点处的电场强度大小最大,D正确.
2.空心球形导体壳内放置一正点电荷,球壳内、外电场线分布如图2所示.a、d两点分别位于球壳内、外,b、c两点均位于球壳的内表面.则A.a点的场强等于d点的场强B.a点的电势等于d点的电势C.电子在c点的电势能大于在d点的电势能D.电子从a点分别运动到b点和c点,静电力做功相等
解析 电场线的疏密表示电场的强弱,电场线越密的地方,电场越强,所以a点的场强大于d点的场强,A错误;沿电场线方向电势逐渐降低,所以a点的电势高于d点的电势,B错误;
电子带负电,负电荷在电势高的地方电势能小,所以电子在c点的电势能小于在d点的电势能,C错误;处于电场中的导体是一个等势体,因此b点电势和c点电势相等,所以电子从a点分别运动到b点和c点,静电力做功相等,D正确.
3.(2021·广东卷·6)图3是某种静电推进装置的原理图,发射极与吸极接在高压电源两端,两极间产生强电场,虚线为等势面,在强电场作用下,一带电液滴从发射极加速飞向吸极,a、b是其路径上的两点,不计液滴重力,下列说法正确的是A.a点的电势比b点的低B.a点的电场强度比b点的小C.液滴在a点的加速度比在b点的小D.液滴在a点的电势能比在b点的大=
解析 高压电源左侧为正极,则所加强电场的场强向右,而沿着电场线电势逐渐降低,可知φa>φb,故A错误;等势面的疏密反映场强的大小,由题图可知a处的等势面较密,则Ea>Eb,故B错误;
液滴在电场力作用下向右加速,则电场力做正功,动能增大,电势能减小,即Epa>Epb,故D正确.
4.(2021·广东省1月适应性测试·4)如图4所示,在某静电除尘器产生的电场中,带等量负电荷的两颗微粒只受静电力作用,分别从p点沿虚线pm、pn运动,被吸附到金属圆筒上.下列说法正确的是A.p点的电势高于n点的电势B.微粒在p点的电势能小于在m点的电势能C.微粒从p到n的动能变化量大于从p到m的动能变化量D.微粒从p到n的电势能变化量等于从p到m的电势能变化量
解析 沿着电场线,电势逐渐降低,则有φn>φp,故A错误;负电荷从p运动到m的过程中,静电力做正功,电势能减小,有Epp>Epm,故B错误;
两微粒从p到n和从p到m的过程中,均只受静电力作用,由动能定理有qU=ΔEk,因Upn=Upm,电荷量q相等,所以两微粒的动能变化量相等,故C错误;由于W=-ΔEp,静电力做正功相等,所以微粒从p到n和从p到m电势能的变化量相等,故D正确.
5.(2021·安徽蚌埠市一模)如图5所示,水平放置的平行金属板A、B通过开关与电池相连.开关闭合后,一带电小球在A、B板之间的P点处于静止,则A.小球带负电B.将A板向下移动一小段距离,小球仍能静止C.将A板向下移动一小段距离,金属板带电荷量减少D.断开开关,将B板向下移动一小段距离,小球仍能静止
解析 由题图可知,A板带负电,B板带正电,两板间的电场方向竖直向上,由于小球处于静止状态,则小球的重力与静电力等大反向,所以小球带正电,故A错误;
由题意可知,两板间的电压不变,将A板向下移动一小段距离,即两板间距减小,由公式E= 可知,场强增大,小球受到的静电力增大,则小球向上运动,故B错误;
由题意可知,两板间的电压不变,将A板向下移动一小段距离,即两板间距减小,由公式C= 可知,电容增大,由公式C= 可知,金属板带电荷量增大,故C错误;
6.(多选)(2021·广西北海市高三一模)两个点电荷q1、q2固定在x轴上,一带正电粒子的电势能Ep随位置x的变化规律如图6所示,当粒子只在静电力作用下在x1~x2之间运动时,以下判断正确的是A.x1~x2之间的电场强度沿x轴负方向B.x1处的电场强度为零C.从x1到x2带电粒子的速度一直减小D.从x1到x2带电粒子的加速度一直增大
解析 由题图可得x1~x2粒子电势能增大,则静电力做负功,因为正电荷受静电力方向与电场强度方向一致,则x1~x2之间的电场强度沿x轴负方向,故A正确;
Ep-x图像中直线或曲线某处切线的斜率大小表示静电力的大小,由题图可知x1处的切线斜率不为零,故该处的电场强度也不为零,故B错误;只在静电力作用下粒子的动能与电势能之和不变,可知从x1到x2粒子的动能一直减小,其速度一直减小,故C正确;从x1到x2图线的斜率逐渐减小,所以粒子受到的静电力逐渐减小,其加速度也逐渐减小,故D错误.
此时每个点电荷所受库仑力的合力均为零.若将P沿x轴向右略微移动后,由静止释放,以下判断正确的是
7.(2021·山东卷·6)如图7甲所示,边长为a的正方形,四个顶点上分别固定一个电荷量为+q的点电荷;在0≤x< 区间,x轴上电势φ的变化曲线如图乙所示.现将一电荷量为-Q的点电荷P置于正方形的中心O点,
解析 对y轴正向的点电荷,由平衡知识可得
8.(多选)(2020·江苏卷·9)如图8所示,绝缘轻杆的两端固定带有等量异号电荷的小球(不计重力).开始时,两小球分别静止在A、B位置.现外加一匀强电场E,在静电力作用下,小球绕轻杆中点O转到水平位置.取O点的电势为0.下列说法正确的有A.电场E中A点电势低于B点B.转动中两小球的电势能始终相等C.该过程静电力对两小球均做负功D.该过程两小球的总电势能增加
解析 沿电场线的方向是电势降落的方向,可知A点的电势低于B点,故A正确;由于O点的电势为0,故由对称可知,两小球所在位置的电势总是一对相反数,且A点处的电势为负值,B点处的电势为正值,故转动中,两小球的电势能始终相等,故B正确;
该过程静电力对两小球均做正功,两小球的总电势能减小,故C、D错误.
A.先断开开关S,再适当上移P极板,该粒子仍落在Q板上原位置B.先断开开关S,再适当左移P极板,该粒子可能从Q板上的小孔B射出C.保持开关S闭合,适当上移P极板,该粒子仍落在Q板上原位置D.保持开关S闭合,适当左移P极板,该粒子可能从Q板上的小孔B射出
9.(2021·安徽安庆市一模)一带电粒子(不计粒子重力)从小孔A以一定的初速度射入平行板P和Q之间的真空区域,经偏转后打在Q板上如图9所示的位置.则下列说法中正确的是
根据A选项可知,当适当左移P极板时,两极板的正对面积减小,场强变大,故粒子加速度变大,故运动时间缩短,水平分位移减小,故不可能从Q板上的小孔B射出,B错误;
由选项C可知,当适当左移P极板,极板间的场强不变,则粒子加速度不变,运动轨迹不变,该粒子仍落在Q板上原位置,D错误.
10.(2021·北京市朝阳区高三期末)金属导电是一个典型的导电模型,值得深入研究.一金属直导线电阻率为ρ,若其两端加电压,自由电子将在静电力作用下定向加速,但电子加速运动很短时间就会与晶格碰撞而发生散射,紧接着又定向加速,这个周而复始的过程可简化为电子以速度v沿导线方向匀速运动.我们将导线中电流与导线横截面积的比值定义为电流密度,其大小用j表示,可以“精细”描述导线中各点电流的强弱.设该导线内电场强度为E,单位体积内有n个自由电子,电子电荷量为e,电子在导线中定向运动时受到的平均阻力为f.则下列表达式正确的是A.j=nvρ B.ρ=nev C.E=ρj D.f=nevρ
电子匀速运动,有f=Ee=ρje=ρne2v,D错误.
11.(多选)(2021·湖南卷·9)如图10,圆心为O的圆处于匀强电场中,电场方向与圆平面平行,ab和cd为该圆直径.将电荷量为q(q>0)的粒子从a点移动到b点,电场力做功为2W(W>0);若将该粒子从c点移动到d点,电场力做功为W.下列说法正确的是A.该匀强电场的场强方向与ab平行B.将该粒子从d点移动到b点,电场力做功为0.5WC.a点电势低于c点电势D.若只受电场力,从d点射入圆形电场区域的所有 带电粒子都做曲线运动
解析 由于该电场为匀强电场,可采用矢量分解的思路.沿cd方向建立x轴,垂直于cd方向建立y轴,如图所示从c到d有W=Exq·2R
电场方向与水平方向成60°角,则场强方向与ab平行,且由a指向b,A正确;
将该粒子从d点移动到b点,电场力做的功为
沿电场线方向电势逐渐降低,则a点电势高于c点电势,C错误;若粒子从d点射入圆形电场区域的速度方向与ab平行,则粒子做匀变速直线运动,D错误.
12.(2021·江苏南通市一模)如图11所示,两个等大、平行放置的均匀带电圆环相距l0,所带电荷量分别为+Q、-Q,圆心A、B连线垂直于圆环平面.以A点为坐标原点,沿AB方向建立x轴,将带正电的粒子(重力不计)从A点静止释放.粒子由A运动到B的过程中,下列关于电
势φ、电场强度E、粒子的动能Ek和电势能Ep随位移x的变化图线中,可能正确的是
解析 两圆环可等效成固定在A、B点的正、负电荷,正、负电荷在AB中点产生的电势绝对值相同,相差一个负号,故AB中点的电势为零,故A错误;
AB中点的电场强度是两个圆环产生电场的叠加值,x轴上A点电场强度是带-Q的圆环产生的,方向向右,B点电场强度是带+Q的圆环产生的,方向向右,所以A、B两点电场强度不为零,且方向相同,故B错误;带正电的粒子在A、B之间受到的静电力方向一直向右,在A点由静止释放,它将沿AB连线向右加速运动,静电力先增大后减小,故Ek-x图线的斜率先增大后减小,故C正确;
Ep-x图像的斜率大小表示静电力的大小,粒子沿AB连线向右加速运动,静电力先增大后减小,故斜率应该先增大后减小,故D错误.
13.(多选)(2021·山东青岛市高三期末)如图12,一电子以某一初速度进入电荷量为Q的某点电荷的电场中,a、b为电子运动轨迹上的两点,a、b两点间的直线距离为d,已知a点场强方向所在直线与ab连线间夹角α=30°,b点场强方向所在直线与ab连线间夹角β=60°.电子的电荷量为e,点电荷周围某点的电势φ= ,其中r为该点到点电荷的距离.电子仅受静电力作用,下列说法正确的是A.b点电势高于a点电势B.电子在a点的电势能小于在b点的电势能C.电子从a到b过程中,静电力做的功为D.电子先后经过a、b两点时的加速度大小之比为1∶3
解析 电子仅受静电力作用做曲线运动,可知受的库仑力是吸引力,则场源电荷为正电荷,如图所示
根据电势能Ep=qφ可知,电子的电荷量q=-e,则Epb
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