《2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第9章 恒定電流 第39講 電路的基本概念和規(guī)律(一)學(xué)案(含解析).doc》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第9章 恒定電流 第39講 電路的基本概念和規(guī)律(一)學(xué)案(含解析).doc(15頁珍藏版)》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
電路的基本概念和規(guī)律(一)
[研讀考綱明方向]
[重讀教材定方法]
(對應(yīng)人教版選修3-1的頁碼及相關(guān)問題)
1.P42[例題1]體會自由電子定向移動(dòng)速率的推導(dǎo)過程;思考電流能瞬間導(dǎo)通的原因。
提示:閉合開關(guān)瞬間,電路中各個(gè)位置迅速建立恒定電場,各處自由電子幾乎同時(shí)開始定向移動(dòng)。
2.P43[問題與練習(xí)]T2:1 s通過導(dǎo)線某橫截面的電子有多少個(gè)?T3:等效電流多大?
提示:T2:n==1.01019(個(gè))。T3:I==。
3.P43閱讀教材,思考:電磁感應(yīng)中的感生電動(dòng)勢和動(dòng)生電動(dòng)勢的“非靜電力”各是什么作用力?
提示:感生電動(dòng)勢中為電場力;動(dòng)生電動(dòng)勢中為洛倫茲力。
4.P45[問題與練習(xí)]T3:EI表示什么?
提示:電源總功率。
5.P46閱讀教材,思考:能否說R與U成正比或R與I成反比?
提示:不能。電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì),不由I、U決定,而是由導(dǎo)體的材料、長度、橫截面積決定,導(dǎo)體電阻的決定式為R=ρ。
6.P47圖2.3-4,滑動(dòng)變阻器的滑片滑到最左端時(shí)燈泡兩端電壓為多少?
提示:為零。
7.P48[問題與練習(xí)]T2~4:UI圖象中什么表示電阻?
提示:由歐姆定律可知,UI圖象中某點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率表示在這一點(diǎn)時(shí)的電阻。
8.P49~50閱讀教材,思考:串聯(lián)電路中其中一個(gè)電阻增大則總電阻增大;并聯(lián)電路中其中一個(gè)電阻增大則總電阻減小,這種說法對嗎?
提示:不對。不論串聯(lián)、并聯(lián),其中一個(gè)電阻增大則總電阻一定增大。
9.P51[例題1][例題2]如何將電流表G改裝成電壓表或大量程電流表?
提示:電流表G串聯(lián)電阻改裝成電壓表,并聯(lián)電阻改裝成大量程電流表。
10.P52[問題與練習(xí)]T1:體會分壓電路的作用。T2:討論甲、乙兩種接法的誤差。T3:分析原因。
提示:T2:甲接法測量值偏小,乙接法測量值偏大。T3:電壓表使被測電阻兩端總電阻偏小,電壓比不接電壓表時(shí)小。
11.P54[例題1]考慮:當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí),I=還成立嗎?
提示:不成立。歐姆定律不適用于非純電阻電路。
12.P55[問題與練習(xí)]T2:S接通和斷開,電飯鍋分別處于哪種狀態(tài)?T3:排列實(shí)際功率大小。
提示:T2:S接通加熱,S斷開保溫。T3:Pa>Pd>Pb>Pc。
13.P58[思考與討論]R1阻值比R2大嗎?
提示:相等。
14.P59[問題與練習(xí)]T4:并聯(lián)或串聯(lián),甲、乙消耗的電功率之比是多少?
提示:R=ρ=ρ,R甲∶R乙=1∶2。并聯(lián)時(shí),P=,P甲∶P乙=2∶1;串聯(lián)時(shí),P=I2R,P甲∶P乙=1∶2。
15.P60~61閱讀“閉合電路的歐姆定律”一部分,思考:電源正負(fù)極實(shí)際電壓就是電源電動(dòng)勢嗎?
提示:不一定,只有當(dāng)外電路斷開時(shí)才是。
16.P62[思考與討論]討論UI圖象回答課本問題。
提示:外電路斷開時(shí),I=0,U=E,對應(yīng)圖象中縱軸截距,故E影響圖象的縱截距;電源短路時(shí),U=0,對應(yīng)圖象的橫軸截距,因電流很大,故應(yīng)快速讀出電流后立即斷開電路;短路電流I=,故r影響圖象斜率大小。
17.P64仔細(xì)觀察圖2.8-2歐姆表電路,思考:當(dāng)用歐姆表粗測導(dǎo)體的電阻時(shí),電流是從紅表筆流出還是從黑表筆流出?
提示:黑表筆。“紅入黑出”,不論多用電表是作歐姆表、電壓表還是電流表使用,電流都是從紅表筆流入、黑表筆流出。
18.P69[問題與練習(xí)]T4:請畫出黑箱內(nèi)的電路結(jié)構(gòu)圖。
提示:如圖所示。
19.P104學(xué)習(xí)使用游標(biāo)卡尺和螺旋測微器并掌握讀數(shù)方法。
第39講 電路的基本概念和規(guī)律(一)
考點(diǎn)一 電流和電源
一、電流
1.電流
(1)定義:電荷的定向移動(dòng)形成電流。
(2)公式:I=(注意:如果是正、負(fù)離子同時(shí)反向移動(dòng)形成電流,q是兩種電荷電荷量絕對值之和)。
(3)方向:規(guī)定和正電荷定向移動(dòng)的方向相同,和負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反。
(4)性質(zhì):電流既有大小也有方向,但它的運(yùn)算遵守代數(shù)運(yùn)算規(guī)則,是標(biāo)量。
(5)單位:國際單位制單位是安培(A),常用單位還有毫安(mA)、微安(μA)。
(6)微觀表達(dá)式:I=nqSv,n是單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù),q是每個(gè)自由電荷的電荷量,S是導(dǎo)體的橫截面積,v是自由電荷定向移動(dòng)的速率。
2.形成電流的三種微粒:自由電子、正離子和負(fù)離子,其中金屬導(dǎo)體導(dǎo)電中定向移動(dòng)的電荷是自由電子,液體導(dǎo)電中定向移動(dòng)的電荷是正離子和負(fù)離子,氣體導(dǎo)電中定向移動(dòng)的電荷是自由電子、正離子和負(fù)離子。
3.形成電流的條件:導(dǎo)體兩端存在電壓。
4.電流的分類:方向不改變的電流叫直流電流;方向和大小都不改變的電流叫恒定電流;方向隨時(shí)間周期性變化的電流叫交變電流。
二、電源的電動(dòng)勢
1.電源:通過非靜電力做功使導(dǎo)體兩端存在持續(xù)電壓,將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。
2.電動(dòng)勢
(1)定義:電動(dòng)勢在數(shù)值上等于非靜電力把1 C的正電荷在電源內(nèi)從負(fù)極移送到正極所做的功。
(2)表達(dá)式:E=。
(3)物理意義:反映電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能的本領(lǐng)大小的物理量。
注意:電動(dòng)勢由電源中非靜電力的特性決定,跟電源的體積無關(guān),跟外電路無關(guān)。
(4)方向:電動(dòng)勢雖然是標(biāo)量,但為了研究電路中電勢分布的需要,規(guī)定由負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部指向正極的方向(即電勢升高的方向)為電動(dòng)勢的方向。
1.如圖所示,一根橫截面積為S的均勻長直橡膠棒上均勻分布著負(fù)電荷,每米電荷量為q。當(dāng)此棒沿軸線方向做速度為v的勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),由于棒運(yùn)動(dòng)而形成的等效電流大小為( )
A.qv B. C.qvS D.
答案 A
解析 t秒內(nèi)橡膠棒通過的長度l=vt,總電荷量Q=ql=qvt,I===qv,故A正確。
2.(2018重慶一中期末)如圖所示的電解池接入電路后,在t秒內(nèi)有n1個(gè)一價(jià)正離子通過溶液內(nèi)某截面S,有n2個(gè)一價(jià)負(fù)離子通過溶液內(nèi)某截面S,設(shè)e為元電荷,以下說法正確的是( )
A.當(dāng)n1=n2時(shí),電流為零
B.當(dāng)n1>n2時(shí),溶液中電流方向從A→B,電流為I=
C.當(dāng)n1
Re。
在圖乙中,圖線上的點(diǎn)與O點(diǎn)連線的斜率表示電阻倒數(shù)的大小,斜率越大,電阻越小,Rdb>c。電流沿以下方向流過該金屬電阻,其中電阻的阻值最小的是( )
答案 A
解析 根據(jù)電阻定律R=ρ可知,RA=ρ,RB=ρ,RC=ρ,RD=ρ,結(jié)合a>b>c可得:RC=RD>RB>RA,故RA最小,A正確。
3.[教材母題] (人教版選修3-1 P48T5)初中數(shù)學(xué)課中已經(jīng)學(xué)過,正比例函數(shù)可以表示為y=kx的形式,它的圖象是一條過原點(diǎn)的直線,k的大小描述直線的傾斜程度,叫做直線的斜率。請證明:當(dāng)導(dǎo)體的伏安特性曲線是一條通過原點(diǎn)的直線時(shí),其斜率等于這個(gè)導(dǎo)體的電阻的倒數(shù)。
[變式子題] 小燈泡通電后其電流I隨所加電壓U變化的圖線如圖所示,P為圖線上一點(diǎn),PN為圖線在P點(diǎn)的切線,PQ為U軸的垂線,PM為I軸的垂線,則下列說法中正確的是( )
A.隨著所加電壓的增大,小燈泡的電阻減小
B.對應(yīng)P點(diǎn),小燈泡的電阻為R=
C.對應(yīng)P點(diǎn),小燈泡的電阻為R=
D.對應(yīng)P點(diǎn),小燈泡的功率為圖中矩形PQOM的面積
答案 D
解析 由圖可知小燈泡的電阻隨所加電壓的增大而逐漸增大,A錯(cuò)誤;根據(jù)歐姆定律,對應(yīng)P點(diǎn),小燈泡的電阻應(yīng)為R=,B、C錯(cuò)誤;對應(yīng)P點(diǎn),小燈泡的功率為P=U1I2,也就是圖中矩形PQOM的面積,D正確。
考點(diǎn)三 電功和電熱
1.電功:電流做功的實(shí)質(zhì)是電場力對電荷做功。電場力對電荷做功,電荷的電勢能減少,電勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。因此電功W=qU=UIt,這是計(jì)算電功普遍適用的公式。
2.電功率:單位時(shí)間內(nèi)電流所做的功叫電功率。P==UI,這是計(jì)算電功率普遍適用的公式。
3.焦耳定律
(1)電熱:由于導(dǎo)體的電阻,使電流流過導(dǎo)體時(shí)消耗的電能中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的那一部分叫電熱。
(2)電熱計(jì)算公式(焦耳定律):Q=I2Rt,這是普遍適用的電熱計(jì)算公式。
焦耳定律是電流熱效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,凡是要計(jì)算電熱,都應(yīng)首選焦耳定律。
焦耳定律說明了有電阻才能產(chǎn)生電熱,如果一段電路上的電阻R=0,這段電路上將無電熱產(chǎn)生。如電流流過超導(dǎo)體時(shí)。
(3)熱功率
①定義:單位時(shí)間內(nèi)電流產(chǎn)生的熱量。
②公式:P=I2R。
4.純電阻電路與非純電阻電路
1.(多選)關(guān)于三個(gè)公式P=UI、P=I2R、P=的適用范圍,下列說法正確的是( )
A.第一個(gè)公式普遍用于求電功率,后兩式普遍用于求熱功率
B.在純電阻電路中,三個(gè)公式既可用于求電功率,又可用于求熱功率
C.在非純電阻電路中,第一個(gè)公式可用于求電功率,第二個(gè)公式可用于求熱功率
D.由U=IR可知,三個(gè)公式?jīng)]有任何區(qū)別,它們表達(dá)相同的意義,所以P即電功率
答案 BC
解析 首先要明確,公式U=IR只適用于純電阻電路,因此三個(gè)公式在純電阻電路中沒有區(qū)別,但在非純電阻電路中它們各不相同。其次,P=UI表示電功率,而 P=I2R表示熱功率。因此,在純電阻電路中UI=I2R,消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;而在非純電阻電路中UI>I2R,即消耗的電能中只有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。故選B、C。
2.規(guī)格為“220 V 36 W”的排氣扇,線圈的電阻為40 Ω,求:
(1)接上220 V的電壓后,排氣扇轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率和發(fā)熱功率;
(2)如果接上電源后,扇葉被卡住,不能轉(zhuǎn)動(dòng),求電動(dòng)機(jī)消耗的功率和熱功率。
答案 (1)35 W 1 W (2)1210 W 1210 W
解析 (1)排氣扇在220 V的電壓下正常工作時(shí)的電流為:I== A≈0.16 A,
發(fā)熱功率為P熱=I2R=(0.16)240 W≈1 W。
轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率為
P機(jī)=P-P熱=36 W-1 W=35 W。
(2)扇葉被卡住不能轉(zhuǎn)動(dòng)后,電動(dòng)機(jī)成為純電阻電路,電流做功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,此時(shí)電動(dòng)機(jī)中的電流為
I′== A=5.5 A,
電動(dòng)機(jī)消耗的功率即電功率等于熱功率為
P電′=P熱′=UI′=2205.5 W=1210 W。
課后作業(yè)
[鞏固強(qiáng)化練]
1.關(guān)于電流,下列說法中正確的是( )
A.通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多,電流越大
B.電子運(yùn)動(dòng)的速率越大,電流越大
C.單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量越多,導(dǎo)體中的電流越大
D.因?yàn)殡娏饔蟹较颍噪娏魇鞘噶?
答案 C
解析 電流的大小等于單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量,故A錯(cuò)誤,C正確;電流的微觀表達(dá)式I=neSv,電流的大小由單位體積的電荷數(shù)、每個(gè)電荷所帶電荷量、導(dǎo)體的橫截面積和電荷定向移動(dòng)的速率共同決定,故B錯(cuò)誤;矢量運(yùn)算遵循平行四邊形定則,標(biāo)量的運(yùn)算遵循代數(shù)運(yùn)算規(guī)則,電流的運(yùn)算遵循代數(shù)運(yùn)算規(guī)則,故電流是標(biāo)量,D錯(cuò)誤。
2.銅的摩爾質(zhì)量為m,密度為ρ,每摩爾銅原子中有n個(gè)自由電子。今有一根橫截面積為S的銅導(dǎo)線,當(dāng)通過的電流為I時(shí),電子平均定向移動(dòng)的速率為( )
A.光速c B.
C. D.
答案 D
解析 由電流表達(dá)式I=n′eSv可得v=,其中n′==,故v=,D正確。
3.下列關(guān)于電功、電功率和焦耳定律的說法中不正確的是( )
A.電功率越大,電流做功越快,電路中產(chǎn)生的焦耳熱一定越多
B.W=UIt適用于任何電路,而W=I2Rt=t只適用于純電阻的電路
C.在非純電阻的電路中,UIt>I2Rt
D.焦耳熱Q=I2Rt適用于任何電路
答案 A
解析 電功率越大,電流做功越快,但產(chǎn)生的熱量不一定越多,故A錯(cuò)誤;W=UIt適用于任何電路,而W=I2Rt=t只適用于純電阻的電路,故B正確;在非純電阻的電路中,電功大于電熱,即UIt>I2Rt,故C正確;任何電路中求焦耳熱都要用Q=I2Rt,故D正確。
4.(多選)如圖所示,定值電阻R1=20 Ω,電動(dòng)機(jī)繞線電阻R2=10 Ω,當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí),電流表的示數(shù)是I1=0.5 A,當(dāng)開關(guān)合上后,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來,電路兩端的電壓不變,電流表的示數(shù)I和電路消耗的電功率P應(yīng)是( )
A.I=1.5 A B.I<1.5 A
C.P=15 W D.P<15 W
答案 BD
解析 當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí),由歐姆定律得U=I1R1=10 V,當(dāng)開關(guān)閉合后,通過R1的電流仍為0.5 A,通過電動(dòng)機(jī)的電流I2<=1 A,故電流表示數(shù)I<0.5 A+1 A=1.5 A,B正確;電路中電功率P=UI<15 W,D正確。
5.如圖所示,電源的電動(dòng)勢為30 V,內(nèi)阻為1 Ω,一個(gè)標(biāo)有“6 V 12 W”的電燈與一個(gè)繞線電阻為2 Ω的電動(dòng)機(jī)串聯(lián)。開關(guān)閉合后,電路中的電燈正常發(fā)光,則電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率為( )
A.36 W B.44 W C.48 W D.60 W
答案 A
解析 電路中電燈正常發(fā)光,所以UL=6 V,電路中電流為I== A=2 A,則電動(dòng)機(jī)兩端的電壓UM=E-Ir-UL=22 V,故電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率P出=P電-P熱=UMI-I2RM=36 W,A正確。
6.如圖為某臺電風(fēng)扇的銘牌,如果已知該電風(fēng)扇在額定電壓下工作,轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率等于電動(dòng)機(jī)消耗電功率的98%,則在額定電壓下工作,通過電動(dòng)機(jī)的電流及電動(dòng)機(jī)線圈的電阻R分別是( )
A.I=2.5 A,R=11 Ω B.I=2.5 A,R=88 Ω
C.I=0.4 A,R=11 Ω D.I=0.4 A,R=550 Ω
答案 C
解析 從銘牌上可得額定功率為88 W,額定電壓為220 V,故根據(jù)公式I=可得額定電流為I= A=0.4 A,轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率等于電動(dòng)機(jī)消耗的電功率的98%,根據(jù)能量守恒定律可知線圈電阻消耗功率為2%P,故2%P=I2R,解得R==11 Ω,C正確。
7.隨著中國通訊業(yè)的發(fā)展,國產(chǎn)手機(jī)在手機(jī)市場上已經(jīng)占有了相當(dāng)大的市場份額。如圖所示的是中國某股份有限公司生產(chǎn)的一塊手機(jī)電池外殼的文字說明。由此可知,此電池的電動(dòng)勢和待機(jī)狀態(tài)下的平均工作電流分別是( )
A.4.2 V,14.58 mA B.4.2 V,700 mA
C.3.7 V,14.58 mA D.3.7 V,700 mA
答案 C
解析 由題圖知電池電動(dòng)勢為3.7 V,而不是充電電壓4.2 V,A、B錯(cuò)誤。又因?yàn)殡姵氐娜萘繛?00 mAh,待機(jī)時(shí)間為48 h,所以平均工作電流為 mA≈14.58 mA,故C正確,D錯(cuò)誤。
8.如圖甲所示為一測量電解液電阻率的玻璃容器,P、Q為電極,設(shè)a=1 m,b=0.2 m,c=0.1 m,當(dāng)里面注滿某電解液,且P、Q加上電壓后,其UI圖象如圖乙所示,當(dāng)U=10 V時(shí),求電解液的電阻率ρ。
答案 40 Ωm
解析 由題圖乙可求得電解液的電阻為
R== Ω=2000 Ω。
由題圖甲可知電解液長為:l=a=1 m,
橫截面積為:S=bc=0.02 m2。
結(jié)合電阻定律R=ρ
得ρ== Ωm=40 Ωm。
[真題模擬練]
9.(2018棗莊模擬)(多選)如圖所示,R1和R2是同種材料、厚度相同、表面為正方形的導(dǎo)體,但R1的尺寸比R2的尺寸大。在兩導(dǎo)體上加相同的電壓,通過兩導(dǎo)體的電流方向如圖所示,則下列說法中正確的是( )
A.R1中的電流小于R2中的電流
B.R1中的電流等于R2中的電流
C.R1中自由電荷定向移動(dòng)的速率大于R2中自由電荷定向移動(dòng)的速率
D.R1中自由電荷定向移動(dòng)的速率小于R2中自由電荷定向移動(dòng)的速率
答案 BD
解析 設(shè)正方形的邊長為L、厚度為d,由I=,R=ρ=ρ=,得I=,故R1、R2中的電流相等,A錯(cuò)誤,B正確。由I=nqSv=nqLdv得,L大則v小,C錯(cuò)誤,D正確。
10.(2018襄陽模擬)如圖所示,一個(gè)電阻R和一個(gè)燈泡L串聯(lián)接在電壓恒為U的電源上,電路中的電流為I。電阻兩端的電壓為U1,電功率為P1;燈泡兩端的電壓為U2,電功率為P2,則下列關(guān)系式正確的是( )
A.P1=UI B.P2=
C.U2=U-IR D.U1=U-IR
答案 C
解析 R消耗的功率應(yīng)為P1=U1I,故A錯(cuò)誤;根據(jù)串聯(lián)電路規(guī)律U1+U2=U,而電阻兩端的電壓U1=IR,故U2=U-IR,故C正確,D錯(cuò)誤;燈泡的功率應(yīng)為P2=U2I=,故B錯(cuò)誤。
11.(2018湖南長沙調(diào)研)改革開放以來,人們的生活水平和生活質(zhì)量有了較大的改善,電冰箱、空調(diào)機(jī)、電視機(jī)等家用電器得到了普遍使用。根據(jù)下圖中銘牌上提供的信息,判斷在12小時(shí)內(nèi)正常使用的電冰箱與連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電風(fēng)扇消耗電能的情況是( )
A.電冰箱比電風(fēng)扇多
B.電風(fēng)扇比電冰箱多
C.電風(fēng)扇與電冰箱一樣多
D.電冰箱比電風(fēng)扇可能多,也可能少
答案 B
解析 依據(jù)電冰箱銘牌可知,電冰箱在12 h內(nèi)消耗電能0.25 kWh,而電風(fēng)扇在12 h內(nèi)消耗電能W=Pt=0.78 kWh,B項(xiàng)正確。
12.(2018江西南昌調(diào)研)(多選)如圖所示是某型號電吹風(fēng)的電路圖,它主要由電動(dòng)機(jī)M和電熱絲R構(gòu)成。已知電吹風(fēng)的額定電壓為220 V,吹冷風(fēng)時(shí)的功率為120 W,吹熱風(fēng)時(shí)的功率為1000 W。關(guān)于該電吹風(fēng),下列說法正確的是( )
A.若S1、S2閉合,則電吹風(fēng)吹冷風(fēng)
B.電熱絲的電阻為55 Ω
C.電動(dòng)機(jī)工作時(shí)輸出的機(jī)械功率為880 W
D.當(dāng)電吹風(fēng)吹熱風(fēng)時(shí),電動(dòng)機(jī)每秒鐘消耗的電能為120 J
答案 BD
解析 開關(guān)均閉合時(shí),電動(dòng)機(jī)、電熱絲均工作,電吹風(fēng)吹熱風(fēng),A項(xiàng)錯(cuò)誤;電動(dòng)機(jī)工作時(shí)輸出的機(jī)械功率為電動(dòng)機(jī)消耗的電功率減去其自身產(chǎn)熱的功率,其數(shù)值一定小于120 W,C項(xiàng)錯(cuò)誤;電吹風(fēng)吹熱風(fēng)時(shí)電熱消耗的功率為P=1000 W-120 W=880 W,對電熱絲,由P=可得電熱絲電阻R== Ω=55 Ω,B項(xiàng)正確;電吹風(fēng)吹熱風(fēng)、冷風(fēng)時(shí)電動(dòng)機(jī)消耗的電功率不變,均為120 W,故每秒鐘消耗的電能為120 J,D項(xiàng)正確。
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