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考向 06 牛顿运动定律的综合运用
【重点知识点目录】
1. 超重与失重问题
2. 整体法与隔离法在动力学中的运用
3. 滑块-滑板模型
4. 传送带模型
5. 动力学中的临界极值问题
（多选）1．（2021•乙卷）水平地面上有一质量为m 的长木板，木板的左端上有一质量为
1
m 的物块，如图（a）所示。用水平向右的拉力F作用在物块上，F随时间t的变化关系
2
如图（b）所示，其中F 、F 分别为t 、t 时刻F的大小。木板的加速度a 随时间t的变
1 2 1 2 1
化关系如图（c）所示。已知木板与地面间的动摩擦因数为 ，物块与木板间的动摩擦
1
因数为 。假设最大静摩擦力均与相应的滑动摩擦力相等，μ重力加速度大小为 g。则（
2
） μ
A．F ＝ m g
1 1 1
μ
B．F ＝ （ ﹣ ）g
2 2 1
μ μ
C． ＞
2 1
D．μ在0～t 时间μ段物块与木板加速度相等
2
1
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学科网（北京）股份有限公司【答案】BCD。
【解析】解：A、由图（c）可知，在0～t 时间段物块和木板均静止，在t 时刻木板与
1 1
地面的静摩擦力达到最大值，对物块和木板整体分析可知 F ＝ （m +m ）g，故A错
1 1 1 2
误； μ
B、由图（c）可知，t ～t 时间段物块和木板一起加速运动，在 t 时刻物块和木板开始
1 2 2
相对运动，此时物块和木板间的静摩擦力达到最大值，根据牛顿第二定律，有
对物块和木板F ﹣ （m +m ）g＝（m +m ）a
2 1 1 2 1 2 m
对木板
2
m
2
g﹣
1
（μm
1
+m
2
）g＝m
1
a
m
μ μ
整理可得F ＝ （ ﹣ ）g
2 2 1
μ μ
故B正确；
C、由图（c）可知，对木板 m g﹣ （m +m ）g＝m a
2 2 1 1 2 1 m
μ μ
故 m g＞ （m +m ）g，即 ＞ ，故C正确；
2 2 1 1 2 2 1
μ μ μ μ
D、由上述分析可知，在0～t 时间段物块和木板均静止，t ～t 时间段物块和木板一起
1 1 2
以共同加速度运动，故在0～t 时间段物块与木板加速度相等，故D正确。
2
2．（2022•山东）某粮库使用额定电压U＝380V，内阻R＝0.25 的电动机运粮，如图所
示，配重和电动机连接小车的缆绳均平行于斜坡，装满粮食的Ω小车以速度 v＝2m/s沿斜
坡匀速上行，此时电流I＝40A，关闭电动机后，小车又沿斜坡上行路程 L到达卸粮点
时，速度恰好为零。卸粮后，给小车一个向下的初速度，小车沿斜坡刚好匀速下行。已
知小车质量m ＝100kg，车上粮食质量m ＝1200kg，配重质量m ＝40kg，取重力加速
1 2 0
度g＝10m/s，小车运动时受到的摩擦阻力与车及车上粮食总重力成正比，比例系数为
k，配重始终未接触地面，不计电动机自身机械摩擦损耗及缆绳质量。求：
（1）比例系数k值；
（2）上行路程L值。
2
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学科网（北京）股份有限公司【答案】（1）比例系数k值为0.1；
（2）上行路程L值为 m。
【解析】解：（1）设电动机的牵引绳张力为T ，电动机连接小车的缆绳匀速上行，由
1
能量守恒定律有UI＝I2R+T v
1
解得
T ＝7400N
1
小车和配重一起匀速，设绳的张力为T ，对配重有
2
T ＝m g
2 0
设斜面倾角为 ，对小车匀速有
T
1
+T
2
＝（m
1
+mθ2 ） gsin +k （m
1
+m
2
） g
而卸粮后给小车一个向下θ的初速度，小车沿斜坡刚好匀速下行，有
m gsin ＝m g+km g
1 0 1
联立各θ式解得
sin ＝0.5，k＝0.1
（2θ）关闭发动机后小车和配重一起做匀减速直线运动，设加速度为a，对系统由牛顿第
二定律有 （m +m ） gsin +k （m +m ） g﹣m g＝（m +m +m ） a
1 2 1 2 0 1 2 0
根据运动学规律有：v2＝2aθL
联立代入数据解得：L＝ m
（1）超重与失重问题
3
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学科网（北京）股份有限公司解答超重、失重问题时，关键在于从以下几方面来理解超重、失重现象：
1）不论超重、失重或完全失重，物体的重力不变，只是“视重”改变。
2）物体是否处于超重或失重状态，不在于物体向上运动还是向下运动，而在于物体是
有竖直向上的加速度还是有竖直向下的加速度。
3）当物体处于完全失重状态时，重力只产生使物体具有a=g的加速度的效果，不再产
生其他效果。平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失。
4）物体超重或失重的多少是由物体的质量和竖直加速度共同决定的，其大小等于ma。
（2）用整体法和隔离法解决连接体问题
1）解答连接体问题时，决不能把整体法和隔离法对立起来，而应该把这两种方法结合
起来，从具体问题的实际情况出发，灵活选取研究对象，恰当选择使用隔离法和整体
法．
2）在使用隔离法解题时，所选取的隔离对象可以是连接体中的某一个物体，也可以是
连接体中的某部分物体（包含两个或两个以上的单个物体），而这“某一部分”的选
取，也应根据问题的实际情况，灵活处理．
3）选用整体法或隔离法可依据所求的力来决定，若为外力则应用整体法；若所求力为
内力则用隔离法．但在具体应用时，绝大多数的题目要求两种方法结合应用，且应用顺
序也较为固定，即求外力时，先隔离后整体；求内力时，先整体后隔离．先整体或先隔
离的目的都是为了求解共同的加速度．
牛顿定律处理连接体问题时，常常采用隔离法和整体法相结合的方法研究．隔离法选取
受力少的物体研究简单．求内力时，必须用隔离法．求整体的加速度可用整体法．
（4）整体法的选取原则及解题步骤
1) 当只涉及系统的受力和运动情况而不涉及系统内某些物体的受力和运动情况时,一般
采用整体法。
2) 运用整体法解题的基本步骤:
明确所研究系统和运动的全过程
画出系统整体的受力图或运动全过程的示意图
选用适当的物理规律列方程求解
（5）隔离法的选取原则及解题步骤
1) 当涉及系统(连接体)内某个物体的受力和运动情况时,一般采用隔离法。
2) 运用隔离法解题的基本步骤:①明确研究对象或过程、状态。②将某个研究对象或某
段运动过程、某个状态从系统或全过程中隔离出来。③画出某状态下的受力图或运动过
程示意图。④选用适当的物理规律列方程求解。
4
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学科网（北京）股份有限公司（6）传送带模型的解题方法--抓好摩擦力的分析
对于传送带问题,分析物体受到的是滑动摩擦力还是静摩擦力,以及摩擦力的方向,是问题
的要害。分析摩擦力时,先要明确“相对运动”,而不是“绝对运动”。者达到“共速”
的瞬间,是摩擦力发生“突变”的“临界状态”。如果遇到水平匀变速的传送带,或者倾
斜传送带,还要根据牛顿第二定律判断“共速”后的下一时刻物体受到的是滑动摩擦力还
是静摩擦力。
（7）临界与极值问题的"两种”典型分析方法
1) 临界法:分析题目中的物理过程,明确临界状态,直:接从临界状态和相应的临界条件入
手,求出临界值。
2)解析法:明确题目中的变量,求解变量间的数学表达式,根据数学表达式分析临界值。
（1）超重与失重
实重和视重：
实重：物体实际所受的重力，它与物体的运动状态无关。
视重：当物体在竖直方向上有加速度时，物体对弹簧测力计的拉力或对台秤的
压力将不等于物体的重力。此时弹簧测力计的示数或台秤的示数即为视重。
（2）超重、失重和完全失重的比较：
5
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学科网（北京）股份有限公司（2）连接体问题
连接体：两个或两个以上存在相互作用或有一定关联的物体系统称为连接体，在我们运用
牛顿运动定律解答力学问题时经常会遇到．
解连接体问题的基本方法
整体法：把两个或两个以上相互连接的物体看成一个整体，此时不必考虑物体之间的作用
内力．
隔离法：当求物体之间的作用力时，就需要将各个物体隔离出来单独分析．解决实际问题
时，将隔离法和整体法交叉使用，有分有合，灵活处理．
（3）滑块-滑板模型
①模型特点:涉及两个物体,并且物体间存在相对滑动。
②摩擦力方向的特点
1) 若两个物体同向运动,且两个物体“一快一慢”,则“快”的物体受到的另一个物体对它
的摩擦力为阻力,“慢”的物体受到的另一个物体对它的摩擦力为动力。
2) 若两个物体反向运动,则每个物体受到的另一个物体对它的摩擦力均为阻力。
③运动特点
1) 滑块由滑板的一端运动到另一端的过程中,若滑块和滑板同向运动,位移大小之差等于板
长;反向运动时,位移大小之和等于板长。设板长为L,滑块位移大小为x,滑板位移大小为
1
x 同向运动时:如图甲所示,L=x-x
2 1 2
6
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学科网（北京）股份有限公司反向运动时：如图乙所示，L=x+x
1 2
2）若滑块与滑板最终相对静止，则它们的末速度相等。
（4）传送带模型
①水平传送带模型
情景1
可能一直加速，可能先加速后匀速。
情景2
v>v时，可能一直减速，也可能先减速再匀速。
0
v<v时.可能一直加速，也可能先加速再匀速。
0
情景3
传送带较短时,滑块一直减速到达左端；
传送带较长时,滑块还要被传送带传回右端。
其中v>v返回时速度为v,当v。<v返回时速度为v。 。
0
②倾斜传送带模型
情景1
7
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学科网（北京）股份有限公司可能一直加速，可能先加速后匀速。
情景2
可能一直加速，可能先加速后匀速。可能先以a 加速后再以a 加速
1 2
情景3
可能一直加速；可能一直匀速；可能先加速后匀速；可能先减速后匀速；可能先以a 加速
1
后再以a 加速；可能一直减速
2
情景4
可能一直加速；可能一直匀速；可能先减速后反向加速；可能先减速再反向加速最后匀速；
8
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学科网（北京）股份有限公司可能一直减速
（5）临界与极值问题的4类条件
1)接触与脱离的临界条件:两物体相接触或脱离,临界:条件是弹力F=0。
N
2)相对滑动的临界条件:静摩擦力达到最大值。
3)绳子断裂与松弛的临界条件:绳子断裂的临界条件是绳中张力等于它所能承受的最大张力;
绳子松弛的临界条件是Fr=0。
4)最终速度(收尾速度)的临界条件:物体所受合外力为零。
易错题【01】
受力分析时，容易漏掉一些力，致受力分析不全面导致错误
易错题【02】
受力分析时摩擦力的方向容易混淆，以及多过程中摩擦力可能会发生突变，如
果没有分析到位，都会导致错误
易错题【03】
对于整体法，系统分析等方法掌握不到位导致错误
9
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学科网（北京）股份有限公司3．（2022•天心区校级二模）“血沉”是指红细胞在一定条件下沉降的速度，在医学中具
有重要意义。测量“血沉”可将经过处理后的血液放进血沉管内，由于有重力以及浮力
的作用，血液中的红细胞将会下沉，且在下沉的过程中红细胞还会受到血液的粘滞阻力。
已知红细胞下落受到血液的粘滞阻力表达式为 f＝6 rv，其中 为血液的粘滞系数，r
为红细胞半径，v为红细胞运动的速率。设血沉管竖π直η放置且足η够深，红细胞的形状为
球体，若某血样中半径为r的红细胞，由静止下沉直到匀速运动的速度为 v ，红细胞密
m
度为 ，血液的密度为 。以下说法正确的是（ ）
1 2
A．该ρ红细胞先做匀加速ρ运动，后做匀速运动
B．该红细胞的半径可表示为r＝
C．若血样中红细胞的半径较大，则红细胞匀速运动的速度较小
D．若采用国际单位制中的基本单位来表示 的单位，则其单位为
η
4．（2022春•浙江期中）如图所示，两个半径不同的竖直圆环相切于O点，圆心O 、O
1 2
连线正好沿竖直方向。现有长度可伸缩的光滑杆刚好过O点放置，调节杆的长度，两端
始终与环接触，上下两接触点分别记作a、b。一大小不计的光滑小圆环（图中未画出）
从a点由静止释放后沿杆下滑。当慢慢增大杆与竖直方向夹角 时，小圆环沿杆下滑的
时间t将（ ） θ
A．增大
B．减小
C．不变
D．因角度与两竖直圆环的半径均未知，故无法确定
5．（2022•梁河县校级开学）如图所示，自由下落的小球下落一段时间后，与弹簧接触，
1
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0
学科网（北京）股份有限公司从它接触弹簧开始，到弹簧压缩到最短的过程中，则（ ）
A．小球一直做减速运动
B．小球一直处于超重状态
C．小球所受的弹簧弹力等于重力时，小球速度最大
D．小球处于先超重后失重状态
6．（2022•辽宁开学）商场安装了的智能化的自动扶梯，无人乘行时扶梯运转得很慢，有
人站上扶梯时，它会先慢慢加速，再匀速运转，一顾客乘扶梯上楼，恰好经历了这两个
过程，如图所示，下列说法中正确的是（ ）
A．顾客始终处于超重状态
B．顾客始终受到三个力的作用
C．顾客受到扶梯摩擦力的方向指向右上方
D．顾客受到扶梯作用力的方向先指向右上方，再竖直向上
7．（2022春•浦东新区校级期中）高空滑索是勇敢者的运动。如图所示一个人用轻绳通过
轻质滑环悬吊在足够长的倾斜钢索上运动（设钢索是直的），下滑过程中到达图中 A位
置时轻绳与竖直线有夹角，到达图中B位置时轻绳竖直向下。不计空气阻力，下列说法
正确的是（ ）
A．在A位置时，人的加速度可能为零
B．在A位置时，钢索对轻绳的作用力大于人的重力
1
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1
学科网（北京）股份有限公司C．若轻环在B位置突然被卡住，则此时轻绳对人的拉力大于人的重力
D．在B位置时，钢索对轻环的摩擦力为零
8．（2022•桃源县校级模拟）如图所示，台秤上有一质量为M，倾角为 的粗糙斜面体，
现将一质量为m的滑块放上斜面体同时施加一与竖直方向成 向下的θ恒力F，使物块沿
斜面向下加速，则台称的示数为（ ） α
A．（M+m）g B．（M+m）g+Fcos ﹣masin
C．（M+m）g+Fcos ﹣macos D．（M+m）g+Fsinα﹣macosθ
9．（2022•岳阳三模）如α 图所示，θ 一竖直轻弹簧静止上在水平面上，α其上端位θ于O点，重
力均为G的a、b两物体叠放在轻弹簧上并处于静止状态。现用一恒力F竖直向上拉b，
将a、b视为质点，则下列说法正确的是（ ）
A．若F＝G，则a、b恰好在O点分离
B．若F＝2G，则a、b恰好在图示的初始位置分离
C．若F＝ ，则a、b在O点正下方某一位置分离
D．若F＝ ，则a、b在0点正上方某一位置分离
10．（2022•甘肃模拟）如图所示，水平匀速转动的传送带左右两端相距 L＝3.5m，物块A
（可看做质点）以水平速度v ＝4m/s滑上传送带左端，物块与传送带间的动摩擦因数
0
μ
1
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2
学科网（北京）股份有限公司＝0.1，设A到达传送带右端时的瞬时速度为v，g取10m/s2，下列说法不正确的是（
）
A．若传送带速度等于2m/s，物块不可能先减速运动后匀速运动
B．若传送带速度等于3.5m/s，v可能等于3m/s
C．若A到达传送带右端时的瞬时速度v等于3m/s，传送带可能沿逆时针方向转动
D．若A到达传送带右端时的瞬时速度v等于3m/s，则传送带的速度不大于3m/s
11．（2022•南通四模）如图所示，足够长的倾斜传送带以恒定速率v 顺时针运行。一小
0
木块以初速度v 从传送带的底端滑上传送带。木块在传送带上运动全过程中，关于木块
1
的速度v随时间t变化关系的图像不可能的是（ ）
A． B．
1
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3
学科网（北京）股份有限公司C． D．
12．（2022•衡阳三模）如图所示，在粗糙的水平地面上有一斜面，轻绳绕过两光滑的定滑
轮，左端与粗糙斜面上的物块P相连。右端与小球相连，轻绳PC恰好与斜面垂直。现
将小球从A处由静止释放，小球在AB间摆动过程中，斜面体和物块P始终保持静止不
动，则小球从A→O→B的运动过程中（ ）
A．斜面对物块的摩擦力先减小后增大
B．地面对斜面体的摩擦力先增大后减小
C．若小球运动到O点，轻绳断裂，小球将做自由落体运动
D．若小球运动到O点，轻绳断裂，物块P可能会沿斜面运动
13．（2022•郑州三模）粗糙水平地面上有一质量为m＝50kg的物块，在F＝500N的水平
恒力作用下运动。物块与地面间的动摩擦因数 恒定，物块受到的空气阻力与速度v成
正比，比例系数为k。从某时刻开始计时，测得μ物块运动的v﹣t图象如图中的实线所示。
图中虚线a是运动图象的渐近线，虚线b是运动图象在纵轴交点的切线，切线上一点A
的坐标为（4，15），g取10m/s2，下列说法正确的是（ ）
1
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4
学科网（北京）股份有限公司A．0～4s内，物块做的是加速度逐渐减小曲线运动
B．0时刻，物块的加速度大小为a＝3.75m/s2
C．物块与地面间的动摩擦因数 ＝0.1
D．比例系数k＝25N•s/m μ
14．（2022•兴庆区校级三模）如图所示，水平面上有一固定着轻质定滑轮O的木块A，它
的上表面与水平面平行，它的右侧是一个倾角 ＝37°的斜面。放置在A上的物体B和
物体C通过一轻质细绳相连，细绳的一部分与水θ平面平行，另一部分与斜面平行。现对
A施加一水平向右的恒力 F。使A、B、C恰好保持相对静止。已知 A的质量为2m，
B、C的质量均为m，重力加速度为g，不计一切摩擦（sin37°＝0.6，cos37°＝0.8），则
恒力F的大小为（ ）
A．mg B． mg C． mg D． mg
15．（2022春•宿城区校级月考）长木板上表面的一端放有一个木块，木块与木板接触面
上装有摩擦力传感器，如图甲所示，木板由水平位置缓慢向上转动（即木板与地面的夹
角 变大），另一端不动，摩擦力传感器记录了木块受到的摩擦力F 随角度 的变化图
f
像如θ图乙所示。下列判断正确的是（ ） θ
1
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5
学科网（北京）股份有限公司A．木块与木板间的动摩擦因数 ＜tan
1
μ θ
B．木块与木板间的动摩擦因数 ＝
μ
C．木板与地面的夹角为 时，木块将做自由落体运动
2
D．木板由
1
转到
2
的过θ程中，木块的速度越来越大、加速度越来越小
16．（2022•怀θ仁市校θ级四模）如图所示，木块A置于木板B上，木板B置于水平面上。A
的质量m＝1.5kg，B的质量M＝2.0kg，A、B间动摩擦因数 ＝0.2，B与地面间动摩擦
1
因数 ＝0.4。某时刻（t＝0）水平力F作用于B上，其随时μ 间变化的规律为F＝5t+4
2
（N）μ（F、t均取国际单位）。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10m/s2。求：
（1）经过多长时间B开始滑动；
（2）经过多长时间A开始相对B滑动；
（3）t＝3s时AB间的摩擦力大小F（结果保留两位有效数字）。
17．（2022•凉州区校级开学）皮带传输装置示意图的一部分如下图所示，传送带与水平地
面的夹角 ＝37°，以恒定的速率v ＝2m/s逆时针运转。质量为1kg的煤块无初速度地放
0
在传送带的θ 顶端P，经时间t ＝0.2s煤块速度与传送带相同，再经t ＝1s到达传送带底
1 2
端Q点，已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度 g＝10m/s2，sin37°＝0.6，
cos37°＝0.8，求：
（1）煤块与传送带间的动摩擦因数 ；
（2）传送带PQ的长度L； μ
（3）煤块从P点到达Q点的过程中在传送带上留下的划痕长度Δl。
1
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学科网（北京）股份有限公司18．（2022春•长安区校级月考）4个相同的木板紧挨在一起，静置在地面上，每块木板的
质量为m＝1kg，长l＝1.5m，它们与地面间的动摩擦因数 ＝0.1，木板与地面的最大
1
静摩擦力等于滑动摩擦力。在第一块木板左端放置一个质量μ为M＝2.5kg的小铅块B，
可视为质点，当时间t＝0时，铅块B具有水平向右的初速度v ＝4m/s，铅块与木板间的
0
动摩擦因数 ＝0.2，g＝10m/s2。
2
（1）经过多μ长时间木板开始运动？
（2）最终铅块会滑下木板吗？如果会，t为多久时滑下？如果不会，t为多久时铅块和
木板共速？
19．（2017•新课标Ⅲ）如图，两个滑块A和B的质量分别为m ＝1kg和m ＝5kg，放在
A B
静止于水平地面上的木板的两端，两者与木板间的动摩擦因数均为 ＝0.5；木板的质
1
量为m＝4kg，与地面间的动摩擦因数为 ＝0.1．某时刻A、B两滑μ块开始相向滑动，
2
初速度大小均为v ＝3m/s。A、B相遇时，μ A与木板恰好相对静止。设最大静摩擦力等
0
于滑动摩擦力，取重力加速度大小g＝10m/s2．求
（1）B与木板相对静止时，木板的速度；
（2）A、B开始运动时，两者之间的距离。
1
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学科网（北京）股份有限公司20．（2021•辽宁）机场地勤工作人员利用传送带从飞机上卸行李。如图所示，以恒定速率
v ＝0.6m/s运行的传送带与水平面间的夹角 ＝37°，转轴间距L＝3.95m。工作人员沿传
1
送方向以速度v ＝1.6m/s从传送带顶端推下α一件小包裹（可视为质点）。小包裹与传送
2
带间的动摩擦因数 ＝0.8。取重力加速度g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。求：
（1）小包裹相对传μ送带滑动时加速度的大小a；
（2）小包裹通过传送带所需的时间t。
21．（2020•新课标Ⅱ）如图，一竖直圆管质量为M，下端距水平地面的高度为H，顶端塞
有一质量为m的小球。圆管由静止自由下落，与地面发生多次弹性碰撞，且每次碰撞时
间均极短；在运动过程中，管始终保持竖直。已知M＝4m，球和管之间的滑动摩擦力
大小为4mg，g为重力加速度的大小，不计空气阻力。
（1）求管第一次与地面碰撞后的瞬间，管和球各自的加速度大小；
（2）管第一次落地弹起后，在上升过程中球没有从管中滑出，求管上升的最大高度；
（3）管第二次落地弹起的上升过程中，球仍没有从管中滑出，求圆管长度应满足的条
件。
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