徐汇新王牌高二物理彭老师牛顿运动定律.docx

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徐汇新王牌高二物理彭老师牛顿运动定律

第9讲牛顿运动定律

知识梳理

1．什么是牛顿第一定律？

任何物体都保持静止或匀速直线运动，直到其它物体的作用力迫使它改变这种状态为止．这就是牛顿第一定律．

关于牛顿第一定律要理解以下几点：

（1）运动状态指的是速度，惯性就是保持原有速度的本领；

（2）任何物体都具有惯性；（3）静止或匀速直线运动都属于平衡状态，即加速度为零；（4）力是物体间的相互作用；（5）力的作用效果是改变物体运动状态，即产生加速度，而不是保持物体运动状态，就是说不是产生速度；（6）不研究形变时合力为零与没受外力作用等效．

2．什么是伽利略的理想实验？

理想实验是以可靠的事实为基础，经过抽象思维深刻揭示自然规律的一种方法．它是科学研究中的一种重要方法．

伽利略的理想实验依据是：

小球从一个斜面上某处静止起滚下可滚上对接的另一斜面上稍低的位置，而斜面越光滑，该位置就越接近原来位置的高度．推理是，当斜面完全光滑时，小球可以滚到原高度，当减小另一斜面的倾角时，小球就能滚到更远处，当另一斜面变成平面时，小球永远到不了原高度，所以就在平面上保持匀速直线运动．

3．什么是牛顿第二定律？

物体的加速度跟合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度方向和合外力方向相同．这就是牛顿第二定律．数学表达式为F=ma

关于牛顿第二定律要理解以下几点：

（1）它指出了力的瞬时作用规律：

有力就有加速度，力变加速度就变，力没有了加速度也就没有了，力和加速度对应，而不是与速度对应；

（2）力的方向与加速度方向一致，而不是与速度方向一致；

（3）牛顿这一单位是由牛顿第二定律定义的；

（4）首先提出力是改变物体运动状态的原因的是伽利略，动力学的奠基人是牛顿；

（5）式中的F指的是物体所受的合外力，a指的是物体运动的合加速度；

（6）物体所受的每一个外力都可以单独产生一个加速度，这也符合牛顿第二定律，这就是力的独立作用原理．所以，我们也可以把物体所受的每个外力所对应的加速度求出来，然后再求其合加速度．

4．什么是牛顿第三定律？

作用力和反作用力大小相等、方向相反、作用在同一直线上．这就是牛顿第三定律．

关于牛顿第三定律要理解以下几点：

（1）作用力和反作用力必定同时产生、同时消灭；

（2）作用力和反作用力必定是同种性质的力；

（3）作用力和反作用力是作用在不同物体上的．

5．作用力和反作用力与平衡力有什么区别？

（1）平衡力是作用在同一物体上的，而作用力和反作用力是作用在不同物体上的．所以作用力和反作用力是不可能平衡的．

（2）作用力和反作用力必定是同种性质的力，而平衡力却不一定是同种性质的力．

（3）不管物体处于什么样的运动中，作用力和反作用力总是大小相等、方向相反的，而平衡力必定要在物体静止或做匀速直线运动时才大小相等、方向相反．

例题精析：

一、对惯性的理解

例1：

下列说法正确的是（）

A、运动得越快的汽车越不容易停下来，是因为汽车运动得越快，惯性越大

B、小球在做自由落体运动时，惯性不存在了

C、把一个物体竖直向上抛出后，能继续上升，是因为物体仍受到一个向上的推力

D、物体的惯性仅与质量有关，质量大的惯性大，质量小的惯性小

例2：

火车在长直水平轨道上匀速行驶，车厢内有一个人向上跳起，发现仍落回到车上原处，这是因为（）

A．人跳起后，车厢内的空气给人一个向前的力，这力使他向前运动

B．人跳起时，车厢对人一个向前的摩擦力，这力使人向前运动

C．人跳起后，车继续向前运动，所以人下落后必定向后偏一些，只是由于时间很短，距离太小，不明显而已

D．人跳起后，在水平方向人和车水平速度始终相同

例3：

如图所示，在光滑水平面上有一密闭水箱，A、B、C三个小球的密度分别为：

ρA＞ρ水，ρB=ρ水，ρC＜ρ水，均用细线系在水箱中，开始时，水箱静止，细线竖直。

现用力向右突然拉动水箱，则（）。

A．细线均竖直

B、A线左倾，C线右倾，B线竖直

C．细线均左倾

D、A线右倾，C线左倾，B线竖直

二、利用惯性分析问题

例4：

如图所示，一个物体用两根轻弹簧固定在竖直向上匀速运动的木箱内，两根弹簧均处于伸长状态，上面弹簧拉力为Fl，下面弹簧拉力为F2。

当木箱竖直向上加速运动时，两弹簧拉力大小的变化情况可能是（）。

A．Fl变大，F2变大B、Fl变小，F2变大

C、Fl变大，F2变小D、Fl变大，F2不变

例5：

如图所示，弹簧下端拴一个小球，手拉住弹簧的上端，使它们匀速上升。

忽然手碰到了障碍物而停止，小球继续上升。

在小球继续上升的过程中，小球的速度变化情况是，加速度变化情况是。

三、利用牛顿第二定律时要注意其矢量性、瞬时性

例6：

一个氢气球和负载的总质量为M，氢气球正在以加速度a匀加速下降。

若将负载不断地抛出，则会使氢气球在空气中上升。

若使氢气球以同样大小的加速度a上升，则抛出负载的质量m为多少？

（设空气阻力不计）

例7：

如图所示，质量为m的人在自动扶梯上，已知鞋底与扶梯间的动摩擦因数为μ，扶梯与水平面间的夹角为θ。

假定人随扶梯以加速度a一起向上加速运动，若此时人恰好不脱离扶梯台阶面，则这时人受到的摩擦力大小是（）。

A．maB．μmg

C．μm（g+asinθ）D．macosθ

例8：

如图所示，质量为M的物体放在车厢底板上，用竖直细线通过定滑轮与质量为m的物体相连。

不计滑轮与线间的摩擦。

车厢以加速度a向右做匀加速直线运动，M始终压在底板上，则（）。

A．细线与竖直方向的夹角满足tanθ=a/g

B．物体M所受细线的拉力T=mgcosθ

C．物体M所受细线的拉力T=

D．物体M所受底板的摩擦力f=Ma

例9：

如图所示，一质量为m的物体系于长度分别为L1,L2的两根细线上，L1的一端固定在天花板上，与竖直方向夹角为θ，L2水平拉直，物体处于平衡状态。

现将L2线剪断，求：

（l）剪断线L2的瞬时，物体m的加速度为多大？

（2）若图中的细线L1改为长度相同、质量不计的轻弹簧，如图所示，其他条件不变，则剪断L2瞬时物体的加速度大小为多少？

四、正确区分平衡力与作用力、反作用力

例10：

物体静止于一斜面上如图所示．则下述说法正确的是（）

A、物体对斜面的压力和斜面对物体的持力是一对平衡力

B、物体对斜面的摩擦力和斜面对物体的摩擦力是一对作用力和反作用力

C、物体所受重力和斜面对物体的作用力是一对作用力和反作用力

D、物体所受重力可以分解为沿斜面向下的力和对斜面的压力

例11：

吊在天花板上的电扇所受的重力为G。

通电后电扇水平地转动起来，当电扇正常转动时天花板对电扇的拉力大小T为（）

A、T=GB、T＞GC、T＜GD、T与叶扇的转动方向有关

例12：

下列说法正确的是（）

A、人走路时，地对脚的力大于脚蹬地的力，所以人才往前走

B、只有你站在地上不动，你对地面的压力和地面对你的支持力，才是大小相等、方向相反的

C、物体A静止在物体B上，A的质量是B的质量的100倍，则A作用于B的力大小等于B作用于A的力的大小

D、以卵击石，石头没损伤而鸡蛋破了，这是因为石头对鸡蛋的作用力大于鸡蛋对石头的作用力

例13：

如图所示，水平放置的小瓶内装有水，其中有气泡，当瓶子从静止状态突然向右加速运动时，小气泡在瓶内将向何方运动？

当瓶子从向右匀速运动状态突然停止时，小气泡在瓶内又将如何运动？

练习精编

1．如图所示，运输液体的槽车中装有液体，液体上有气泡，当车忽然开动时，气泡将向运动，刹车时，气泡将向运动。

2．力F1单独作用在物体A上时，A的加速度a1=5m/s2，力F2单独作用在物体A上时，A的加速度为a2=－1m/s2。

则，力F1和F2同时作用在物体A上时，A的加速度a的范围是

3、某实验小组设计了如图（a）所示的实验装置，通过改变重物的质量，利用计算机可得滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系图像。

它们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条a—F图线，如图（b）所示。

（l）图线是在轨道左侧抬高的情况下得到的（选填“①”或“②”）

（2）滑块和位移传感器发射部分的总质量m=kg；滑块和轨道间的动摩擦因数μ=。

4．如图所示，A球质量为m，B球质量为3m，两球用细绳悬于车厢顶壁。

当汽车加速运动时，A绳偏离竖直方向300，由此可知，汽车的加速度方向为，此时，B球对侧壁的压力为。

若车顶还悬有C球，在车静止时靠在车右壁，则在上述加速运动情况下，C球所受的压力大小为。

5．用计算机辅助实验系统做验证牛顿第三定律的实验，点击实验菜单中“力的相互作用”。

把两个力探头的挂钩钩在一起，向相反方向拉动，观察显示器屏幕上出现的结果，如图所示。

从两个力传感器的相互作用力随时间变化的曲线中，可以得到以下实验结论（）。

A．作用力与反作用力大小相等

B．作用力与反作用力方向相反

C．作用力与反作用力有时相等有时不等

D．作用力与反作用力作用在同一物体上

6、如图所示，小车内有一个光滑的斜面，当小车在水平轨道上做匀变速直线运动时，小物块A恰好能与斜面保持相对静止。

在小车运动过程中的某时刻，突然使小车停止，则物体A的运动可能（）。

A．沿斜面加速下滑

B．沿斜面减速上滑

C．仍与斜面保持相对静止

D．离开斜面做平抛运动

7、如图所示，质量为1kg的物体在与斜面平行的F=8N的拉力作用下，沿斜面匀加速上滑，加速度大小为2m/s2。

斜面固定，斜面倾角为300。

在突然撤去F的瞬间，物体的加速度大小为（）。

A、4m/s2B、5m/s2C、6m/s2D、8m/s2

8．将一个质量为m、放在光滑水平面上的物体绕过轻滑轮与墙相连，如图所示。

当用水平力F拉动滑轮时，物体产生的加速度大小是。

9．如图所示，质量m=1kg的球穿在细杆上，球与细杆间动摩擦因数

，细杆与水平面夹角为300。

当对球施加竖直向上的拉力F=20N时，球的加速度大小为m/s2。

10、如图所示，一条质量不计的绳子跨过高度在同一水平面的两个光滑的定滑轮，甲、乙两人质量相等，但甲的力气比乙大。

他们各自握紧绳子的一端由静止同时在同一高度开始向上爬，并且两人在爬动过程中尽力爬，则（）。

A．甲先到达顶端

B．乙先到达顶端

C．两人同时到达顶端

D．无法判断

11、如图所示，在做匀变速直线运动的车厢里，有一个用细线悬挂的小球，小球位于车厢底板P点正上方。

现烧断细线，小球落在底板上的Q点，不计空气阻力，则（）。

A．不论车厢加速还是减速，Q点一定在P点右边

B．不论车厢加速还是减速，Q点一定与P点重合

C．如果车厢做减速运动，Q点一定在P点左边

D．如果车厢做加速运动，Q点一定在P点左边

12、如图所示，小车上固定着三角硬杆，杆的端点固定着一个质量为m的小球。

OO’沿杆方向。

当小车有水平向右的加速度且逐渐增大时，杆对小球的作用力的变化（用Fl至F4变化表示）可能是下图中的（）。

13、如图所示，物体A放在固定的斜面B上，在A上施加一个竖直向下的恒力F，下列说法中，正确的是（）。

A．若A原来是静止的，则施加力F后，A仍保持静止

B．若A原来是静止的，则施加力F后，A将加速下滑

C．若A原来是加速下滑的，则施加力F后，A的加速度不变

D．若A原来是加速下滑的，则施加力F后，A的加速度将增大

14、物体从某一高度自由落下，落在直立于地面的轻弹簧上，如图所示。

在A点，物体与弹簧接触。

到B点时，物体速度恰为零，然后被弹回。

则以下结论中，正确的是（）。

A．物体从A下降到B的过程中，速率不断变小

B．物体从B上升到A的过程中，速率不断变大

C．物体在B点时，所受合力为零

D．物体从A下降到B，再从B上升到A的过程中，速率均先增大，后减小

15、如图所示，m=0.1kg的物体用两个完全一样的竖直轻弹簧固定在升降机内，当升降机和物体都以4m/s2的加速度匀加速上升时，上面的弹簧的拉力为0.4N，当升降机和物体都以8m/s2的加速度向上运动时，上面弹簧的拉力为（）。

A、0.6NB、0.8N

C、1.0ND、1.2N

16．总质量为M的热气球由于故障在空中以速度v0匀速下降。

为了阻止继续下降，在t=0时刻，从热气球中释放了一个质量为m的沙袋。

不计沙袋所受的空气阻力，当经过的时间t为多少时，热气球停止下降？

这时，沙袋的速度为多少？

第10讲牛顿运动定律应用

（一）

例题精析

一、利用超失重现象分析问题

例1：

质量为M、倾角为α的斜面静止在水平地面上，一个质量为m的物体在斜面上，求下列情况下地面对斜面的支持力和摩擦力的大小．

（1）物体以加速度a沿斜面加速下滑；

（2）物体在平行于斜面向上的、大小为F的力作用下静止起以加速度a沿斜面加速上滑．

例2：

“蹦极”就是跳跃者把一端固定的长弹性绳绑在踝关节等处，从几十米高处跳下的一种极限运动。

某人做蹦极运动，所受绳子拉力F的大小随时间t变化的情况如图所示。

将蹦极过程近似为在竖直方向的运动，重力加速度为g。

据图可知，此人在蹦极过程中最大加速度约为（）

A．gB．2g

C．3gD．4g

二、非平衡下的动态变化问题

例1：

如图所示，质量为m的木块A放置在升降机中的斜面上，斜面倾角为θ，木块和升降机保持相当升降机以加速度a匀加速向上运动时，木块A所受的支持力N、摩擦力f的变化情况是（）。

A、若a增大，则N变大，f变大

B、若a增大，则N变大，f不变

C、若θ增大，则N变大，f变小

D、若θ增大，则N变小，f变大

例2：

在静止的小车内，用细绳a和b系住一个小球，绳a与竖直方向成θ角，拉力为Fa，绳b为水平状态，拉力为Fb，如图所示。

现让小车从静止开始向左做匀加速运动，此时，小球相对于车厢的位置仍保持不变，则两根细绳的拉力与静止时相比，将是（）。

A．Fa变大，Fb不变

B、Fa变大，Fb变小

C、Fa变大，Fb变大

D、Fa不变，Fb变小

三、整体法与隔离法的应用

例1：

如图所示，固定在水平面上的斜面倾角θ=370，长方体木块A的MN面上钉着一颗小钉，质量m=1.5kg的小球B通过一细线与小钉相连接，细线与斜面垂直，木块与斜面间的动摩擦因数μ=0.50。

现将木块由静止释放，木块将沿斜面下滑。

求在木块下滑的过程中，小球对木块MN面的压力。

例2：

如图所示，斜面质量为M，倾角为α。

一个质量为m的人以加速度a在斜面上跑动，斜面静止。

则地面所受的压力为多大？

地面所受的摩擦力为多少？

方向如何？

练习精编

1、某人在地面上最多能举起质量为60kg的物体，在一部加速下降的电梯里最多能举起质量为80kg的物体，则电梯的加速度为m/s2，如果电梯以这个加速度匀加速上升，这个人在电梯内最多能举起质量为kg的物体。

2、如图所示，质量为M的木板上放一个质量为m的圆柱，圆柱与木板间的动摩擦因数为μ1，木板和地面间的动摩擦因数为μ2，则加在木板上的力F为时，才能将木板从圆柱和地面间抽离出来。

3．如图所示，在空饮料瓶底四周钻几个小孔，盛满水。

让盛满水的饮料瓶自由下落，则下落过程中不可能出现的图是（）。

4、直升机悬停在空中向地面投放装有救灾物资的箱子，如图所示。

设投放时初速度为零，箱子所受的空气阻力与箱子下落速度的平方成正比，且运动过程中箱子始终保持图示姿态。

则在箱子下落过程中，下列说法中，正确的是（）。

A．箱内物体对箱子底部始终没有压力

B．箱子刚从飞机上投下时，箱内物体受到的支持力最大

C．箱子接近地面时，箱内物体受到的支持力比刚投下时大

D．若下落距离足够长，箱内物体所受支持力有可能等于它的重力

5、压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小。

某同学利用压敏电阻设计了判断电梯运动状态的装置，原理示意图如图（a）所示，不计电源内阻。

将压敏电阻平放在电梯内，受压面朝上，在上面放物体m。

电梯静止时电流表的示数为I0，电梯在其他不同的运动过程中，电流表的示数分别如图（b）之甲、乙、丙、丁图所示，则下列说法中，正确的是（）。

A．甲图表示电梯可能做匀速直线运动

B．乙图表示电梯可能做匀加速上升运动

C．丙图说明电梯内的物体处于超重状态

D．丁图说明电梯内的物体处于失重状态

6．两个完全相同的条形磁铁，放在平板AB上，磁铁的N、S极如图所示，开始时，平板及磁铁皆处于水平位置，且静止不动。

甲：

现将AB突然竖直向上平移（平板与磁铁之间始终接触），并使之停在A’’B’’处，结果发现两个条形磁铁吸在了一起；乙：

如果将AB从原来位置突然竖直向下平移（平板与磁铁之间始终接触），并使之停在位置A'B’处，结果发现两条形磁铁也吸在了一起，则下列说法中，正确的是（）。

A．开始时两磁铁静止不动说明磁铁间的作用力是排斥力

B．开始时两磁铁静止不动说明磁铁间的吸引力等于静摩擦力

C．甲过程中磁铁开始滑动时，平板正在向上减速

D．乙过程中磁铁开始滑动时，平板正在向下减速

7．3个质量相同、形状也相同的斜面体放在粗糙地面上，另有3个质量相同的小物体从斜面顶端沿斜面滑下，由于小物体与斜面间的摩擦力不同，第一个物体作匀加速下滑，第二个物体匀速下滑，第三个物体初速v0匀减速下滑，如图所示。

以三个斜面均保持不动。

则下滑过程中斜面对地面的压力大小关系是（）。

A、N1=N2=N3

B、N1＞N2＞N3

C、N1＜N2＜N3

D、N1=N2＞N3

8．如图所示，一辆有动力驱动的小车上有一个水平放置的弹簧，其左端固定在小车上，右端与一小球相连。

设在某一段时间内小球与小车相对静止且弹簧处于压缩状态，若忽略小球与小车间的摩擦力，则在此段时间内，小车可能是（）。

A．向右做加速运动

B．向右做减速运动

C．向左做加速运动

D．向左做减速运动

9．在小车的车顶串联悬挂着两个质量不同的小球，上面小球的质量比下面小球质量大。

小车在水平轨道上向右做匀加速直线运动。

空气阻力不计。

达到相对稳定后，图所示中，可能的是（）

10．如图所示，一只光滑小球被放置在车厢的光滑斜面上，当小车匀速向右运动时，车厢前壁对小球的弹力为F1、斜面对小球的弹力为F2。

在下列运动中，小球相对车厢的位置不变，则下列叙述中，正确的是（）。

A．小车开始向右做匀加速直线运动时，F1保持不变

B．小车开始向右做匀减速直线运动时，F2保持不变

C．小车开始向右做匀加速直线运动时，F1与F2的合力将增大

D．小车开始向右做匀减速直线运动时，F1与F2的合力将减小

11、如图所示，质量为m的物体A放置在质量为M的物体B上，B与弹簧相连。

它们一起在光滑水平面上作简谐振动。

振动过程中，A、B之间无相对运动。

设弹簧的劲度系数为k。

当物体离开平衡位置的位移为x时，A、B间摩擦力的大小等于（）。

A、0

B、kx

C、kmx/M

D．kmx/（M+m）

12．如图所示，质量为M的小车放在光滑水平面上，小车上用细线悬挂一个质量为m的小球，M>m。

用一力F水平向右拉小球，使小球和车一起以加速度a向右运动时，细线与竖直方向成α角，细线的拉力为F1。

若用一力F’水平向左拉小车，使小球和车一起以加速度a’向左运动时，细线与竖直方向也成α角，细线的拉力为F1’，则（）。

A、a’=a，F1’=F1

B、a'>a，F1’=F1

C、a'

D、a'>a，F1’＞F1

13、如图所示，质量M=6kg,m=4㎏的物体用细线相连，放在倾角为300的光滑斜面上。

m离地h=8m。

从静止开始运动，则M能沿斜面向上滑行的最长时间是多少？

能力提升

1．一个质量为M、倾角为θ的楔形木块，静置在水平桌面上，与桌面间的动摩擦因数为μ。

一个质量为m的物块A，置于楔形木块的斜面上，物块与斜面的接触是光滑的。

为了保持物块相对斜面静止，可用一水平力F推楔形木块，如图所示。

此水平力的大小等于

2．如图所示，光滑斜面上用弹簧系住一个木块，整个装置以加速度a向右做匀加速直线运动。

当a增大时，斜面对木块的弹力N将，弹簧的弹力将。

若装置原来向左做加速直线运动，之后加速度a增大为另一值时，斜面对木块的弹力N，弹簧的弹力（填变大、变小、不变）。

3．如图所示，球和夹板在水平方向上一起作变加速直线运动，其加速度水平向右且不断增大，球和夹板始终保持相对静止，则下列说法中，正确的是（）。

A、1板对小球压力不断增大

B、2板对小球压力不断增大

C、3板对小球压力不变

D、4板对小球压力不变

4．如图所示，质量为M的箱子静止在水平地面上，箱顶用质量不计的弹簧挂有一个质量为m的物体。

将物体向下拉下一小段距离，然后由静止释放，物体便上下振动。

空气阻力不计，则物体在振动过程中，箱子对地面的压力大小（）。

A．不会小于（m＋M）g

B．不会等于（m＋M）g

C．不会大于（m＋M）g

D．以上说法都不对

5、两个重叠在一起的滑块，置于固定的、倾角为θ的斜面上，如图所示，滑块A，B的质量分别为M、m，A与斜面间的动摩擦因数为μ1，B与A间的动摩擦因数为μ2，两滑块都从静止开始以相同的加速度从斜面滑下，滑块B受到的摩擦力（）。

A．等于零

B．方向沿斜面向上

C．大小等于μ1mgcosθ

D、大小等于μ2mgcosθ

6．如图所示，一个斜面固定在水平地面上，质量不相等的物体A、B叠放于斜面后，一起沿斜面下滑。

物体B的上表面水平。

则下列判断中，正确的是（）。

A．若A、B一起匀速下滑，增加A的质量，A、B仍一起匀速下滑

B．若A、B一起匀速下滑，给A施加一个竖直向下的力F，A、B会加速下滑

C．若A、B一起加速下滑，增加A的质量，A、B仍保持原来的加速度一起加速下滑

D．若A、B一起加速下滑，给A施加一个竖直向下的力F，A、B仍保持原来的加速度一起加速下滑

7、某实验小组，利用DIS系统，观察超重和失重现象。

他们在学校电梯房内做实验，在电梯天花板上固定一个力传感器，测量挂钩向下，并在钩上悬挂一个重为10N的钩码，在电梯运动过程中，计算机显示屏上显示出如图所示的图线，根据图线分析可得出的正确说法是（）。

A．该图线显示了钩码对力传感器的拉力大小随时间的变化情况

B．从时刻t1到t2，钩码处于失重状态；从时刻t3到t4，钩码处于超重状态

C．电梯可能开始停在15楼，先加速向下，接着匀速向下，再减速向下，最后停在1楼

D．电梯可能开始停在1楼，先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后停在5楼

8、如图所示，置于光滑水平面上的木块A和B，质量分别为mA和mB。

当水平力F作用于A左端时，两物体一起匀加速运动，A,B间相互作用力大小为Nl；当水平力F作用于B右端时，两物体一起做匀加速运动，A,B间相互作用力大小为N2。

则下列说法中，正确的是（）。

A．两次物体运动的加速度大小相等

B、Nl＋N2＜F

C、Nl＋N2=F

D、Nl：