摘要:(三)按产生条件分 1.场力:重力.分子力.电场力.磁场力. 场力产生的条件.力的方向.力的大小的规律分别是: (1)重力是物体受到地球的吸引而产生的,重力的方向总是竖直向下的,物体受到的重力跟物体的质量成正比(在地球上同一纬度且同一高度处). (2)分子力是分子之间的距离小于10r0(r0是分子间的平衡距离)才有较明显作用的微观作用.分子间的引力和斥力是同时存在的.我们平常说的分子力是指分子间引力和斥力的合力.分子间的距离大于r0.分子力表现为引力,分子间的距离小于r0.分子力表现为斥力.事实上分子间的引力和斥力都随分子间的距离增大而减小.只不过分子间斥力变化得快些而已. (3)电场力是带电体之间的相互作用力.电荷处在电场中都要受到电场力的作用.电荷间相互作用的规律是:同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引.电荷在电场中受到的电场力等于电荷所带的电量与该点电场强度的乘积. (4)磁场力是磁极在磁场中受到的作用力.其本质是磁场对运动电荷的作用力.更确切地说:磁场力是运动电荷对运动电荷的作用力.这就是磁现象的电本质.高中阶段研究了两种磁场力.这两种力的方向可以由左手定则来判断:伸出左手.四指并拢.拇指和四指垂直并在同一平面内.让磁感线垂直穿过手心.四指指向电流的方向.那么.大拇指所指的方向就是电流受力的方向.电流受到的磁场力即安培力F=IBLsinθ(其中θ为电流与磁感线之间的夹角)f=qBvsinθ(其中θ为电荷的速度与磁感线之间的夹角).这里要特别注意θ=0的情况.即电流不受磁场力的情况. 2.接触力:弹力(拉力.压力.支持力.张力.浮力).摩擦力. 接触力产生的条件.力的方向.力的大小的规律分别是: (1)弹力 ①产生的条件:两个物体直接接触.并发生弹性形变. ②弹力的方向: ⅰ.压力.支持力的方向总是垂直于接触面. ⅱ.绳对物体的拉力总是沿着绳收缩的方向. ⅲ.杆对物体的弹力不一定沿杆的方向.如果轻直杆只有两个端点受力而处于平衡状态.则轻杆两端对物体的弹力的方向一定沿杆的方向. [例1]如图所示.光滑但质量分布不均的小球的球心在O.重心在P.静止在竖直墙和桌边之间.试画出小球所受弹力. 解:由于弹力的方向总是垂直于接触面.在A点.弹力F1应该垂直于球面所以沿半径方向指向球心O,在B点弹力F2垂直于墙面.因此也沿半径指向球心O. 注意弹力必须指向球心.而不一定指向重心.又由于F1.F2.G为共点力.重力的作用线必须经过O点.因此P和O必在同一竖直线上.P点可能在O的正上方.也可能在O的正下方. [例2]如图所示.重力不可忽略的均匀杆被细绳拉住而静止.画出杆所受弹力. 解:A端所受绳的拉力F1沿绳收缩的方向.因此沿绳向斜上方,B端所受的弹力F2垂直于水平面竖直向上. 由于此直杆的重力不可忽略.其两端受的力可能不沿杆的方向. 杆受的水平方向合力应该为零.由于杆的重力G竖直向下.因此杆的下端一定还受到向右的摩擦力f作用. [例3]图中AC为竖直墙面.AB为均匀横梁.其重为G.处于水平位置.BC为支持横梁的轻杆.A. B.C三处均用铰链连接.试画出横梁B端所受弹力的方向. 解:轻杆BC只有两端受力.所以B端所受压力沿杆向斜下方.其反作用力轻杆对横梁的弹力F沿轻杆延长线方向斜向上方. ③弹力的大小 对有明显形变的弹簧.橡皮条等物体.弹力的大小可以由胡克定律计算.对没有明显形变的物体.如桌面.绳子等物体.弹力大小由物体的受力情况和运动情况共同决定. ⅰ.胡克定律可表示为:F=kx.还可以表示成ΔF=kΔx.即弹簧弹力的改变量和弹簧形变量的改变量成正比.其中k是比例常数.即弹簧的劲度系数.劲度系数是一个有单位的量.在国际单位制中.F的单位是N.x的单位是m.k的单位是N/m.劲度系数在数值上等于弹簧伸长单位长度时的弹力.劲度系数跟弹簧的长度.弹簧的材料.弹簧丝的粗细等等都有关系. ⅱ.“硬 弹簧.是指弹簧的k值大.弹簧丝粗的硬弹簧比弹簧丝细的软弹簧劲度系数大.(同样的力F作用下形变量Δx小) ⅲ.一根弹簧剪断成两根后.每根劲度k都比原来的劲度大,两根弹簧串联后总劲度变小,两根弹簧并联后.总劲度变大. [例4]如图所示.两物体重分别为G1.G2.两弹簧劲度分别为k1.k2.弹簧两端与物体和地面相连.用竖直向上的力缓慢向上拉G2.最后平衡时拉力F=G1+2G2.求该过程系统重力势能的增量. 解:关键是搞清两个物体高度的增量Δh1和Δh2跟初.末状态两根弹簧的形变量Δx1.Δx2.Δx1′.Δx2′间的关系. 无拉力F时:Δx1=(G1+G2)/k1.Δx2= G2/k2.(Δx1.Δx2为压缩量) 加拉力F时:Δx1′=G2/k1.Δx2′=(G1+G2)/k2.(Δx1′.Δx2′为伸长量) 而Δh1=(x1+Δx1′)-(x1-Δx1)=Δx1+Δx1′.Δh2=(Δx1′+Δx2′)+(Δx1+Δx2) 系统重力势能的增量ΔEp= G1žΔh1+G2žΔh2 整理后可得: (2)摩擦力 ①摩擦力的产生条件为:两物体直接接触.相互挤压.接触面粗糙.有相对运动或相对运动的趋势.这四个条件缺一不可. 两物体间有弹力是这两物体间有摩擦力的必要条件.(没有弹力不可能有摩擦力) ②滑动摩擦力大小 ⅰ.在接触力中.必须先分析弹力.再分析摩擦力. ⅱ.只有滑动摩擦力才能用公式F=μFN.其中的FN表示正压力.不一定等于重力G. [例5]如图所示.用跟水平方向成α角的推力F推重量为G的木块沿天花板向右运动.木块和天花板间的动摩擦因数为μ.求木块所受的摩擦力大小. 解:由竖直方向合力为零可得FN=Fsinα-G.因此有:f =μ(Fsinα-G) ③静摩擦力大小 ⅰ.必须明确.静摩擦力大小不能用滑动摩擦定律F=μFN计算.只有当静摩擦力达到最大值时.其最大值一般可认为等于滑动摩擦力.既Fm=μFN.其中μ是比例常数.叫做动摩擦因数.动摩擦因数是由制成物体的材料决定的.材料不同.两个物体间的动摩擦因数也不同,动摩擦因数还跟接触面的粗糙程度有关.在相同的压力下.动摩擦因数越大.滑动摩擦力就越大.动摩擦因数是两个力的比值.没有单位. ⅱ.静摩擦力的大小要根据物体的受力情况和运动情况共同确定.其可能的取值范围是0<Ff≤Fm 其最大值一般可认为等于滑动摩擦力.既fm=μN [例6] 求:1)f如何变化? 2)是哪个图象?(动f≤fm) [例6]如图所示.A.B为两个相同木块.A.B间最大静摩擦力Fm=5N.水平面光滑.拉力F至少多大.A.B才会相对滑动? 解:A.B间刚好发生相对滑动时.A.B间的相对运动状态处于一个临界状态.既可以认为发生了相对滑动.摩擦力是滑动摩擦力.其大小等于最大静摩擦力5N.也可以认为还没有发生相对滑动.因此A.B的加速度仍然相等.分别以A和整体为对象.运用牛顿第二定律.可得拉力大小至少为F=10N. (研究物理问题经常会遇到临界状态.物体处于临界状态时.可以认为同时具有两个状态下的所有性质.) ④摩擦力方向 ⅰ.摩擦力的方向总是阻碍相对运动,摩擦力的方向总是平行接触面,和物体间相对运动的方向相反. ⅱ.摩擦力的方向和物体的运动方向可能成任意角度.通常情况下摩擦力方向可能和物体运动方向相同.可能和物体运动方向相反.可能和物体速度方向垂直(作为匀速圆周运动的向心力).在特殊情况下.可能成任意角度. [例7]小车向右做初速为零的匀加速运动.物体恰好沿车后壁匀速下滑.试分析下滑过程中物体所受摩擦力的方向和物体速度方向的关系. 解:物体受的滑动摩擦力始终和小车的后壁平行.方向竖直向上.而物体的运动轨迹为抛物线.相对于地面的速度方向不断改变(竖直分速度大小保持不变.水平分速度逐渐增大).所以摩擦力方向和运动方向间的夹角可能取90°和180°间的任意值. 由.的分析可知:无明显形变的弹力和静摩擦力都是被动力.就是说:弹力.静摩擦力的大小和方向都无法由公式直接计算得出.而是由物体的受力情况和运动情况共同决定的. (3)弹力和静摩擦力都是被动力. --为平衡而生.遇平衡而隐. [例]两个物体A和B,质量分别为M和m,用跨过定滑轮的轻绳相连,A静止于水平地面上,如图1所示.不计摩擦, A对绳的作用力的大小与地面对A的作用力的大小分别为( ) A.mg,(M-m)g; B.mg,Mg; C.g,(M-m)g [例]小物块下滑时.斜面体静止.问: 1)大物体受到的摩擦力大小.方向? ----学生讨论小物体匀速下滑.加速下滑.匀速上滑. 2)两接触面的摩擦系数与0的关系?----摩擦系数与f.N无关

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(1)利用单摆验证小球平抛运动规律,设计方案如图a所示,在悬点O正下方有水平放置的炽热的电热线P,当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断;MN为水平木板,已知悬线长为L,悬点到木板的距离OO′=h(h>L).
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①将小球向左拉起后自由释放,最后小球落到木板上的C点,O′C=s,则小球做平抛运动的初速度为v0=
 

②在其他条件不变的情况下,若改变释放小球时悬线与竖直方向的夹角θ,小球落点与O'点的水平距离s将随之改变,经多次实验,以s2为纵坐标、cosθ为横坐标,得到如图b所示图象.则当θ=30°时,s为
 
m;若悬线长L=1.0m,悬点到木板间的距离OO′为
 
m.
(2)某学校实验室新进了一批低电阻的电磁螺线管.已知螺线管使用的金属丝电阻率ρ=1.7×10-8Ω?m.课外活动小组的同学设计了一个试验来测算螺线管使用的金属丝长度.他们选择了多用电表、电流表、电压表、开关、滑动变阻器、螺旋测微器(千分尺)、导线和学生电源等.
①他们使用多用电表粗测金属丝的电阻,操作过程分以下三个步骤:(请填写第II步操作)
Ⅱ.
 

Ⅲ.把红黑表笔分别与螺线管金属丝的两端相接,多用表的示数如图c所示.
②根据多用电表示数,为了减少实验误差,并在实验中获得较大的电压调节范围,应从图d的A、B、C、D四个电路中选择
 
电路来测量金属丝电阻;
③他们使用千分尺测量金属丝的直径,示数如图e所示,金属丝的直径为
 
mm;
④根据多用电表测得的金属丝电阻值,可估算出绕制这个螺线管所用金属丝的长度约为
 
m.(结果保留两位有效数字)
⑤用电流表和电压表测量金属丝的电阻时,由于电压表、电流表内阻的影响,不论使用电流表内接法还是电流表外接法,都会产生系统误差.按如图f所示的电路进行测量,可以消除由于电表内阻造成的系统误差.利用该电路进行实验的主要操作步骤是:
第一步:先将R2的滑动头调到最左端,单刀双掷开关S2向1闭合,闭合开关S1,调节滑动变阻器R1和R2,使电压表和电流表的示数尽量大些(在不超过量程的情况下),读出此时电压表和电流表的示数U1、I1
第二步:保持两滑动变阻器滑动头位置不变,将单刀双掷开头S2向2闭合,读出此时电压表和电流表的示数U2、I2
请写出由以上记录数据计算被测电阻Rx的表达式Rx=
 
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第Ⅰ卷(选择题 共31分)

一、单项选择题.本题共5小题,每小题3分,共计15分.每小题只有一个选项符合题意.

1. 关于科学家和他们的贡献,下列说法中正确的是[来源:Www..com]

A.安培首先发现了电流的磁效应

B.伽利略认为自由落体运动是速度随位移均匀变化的运动

C.牛顿发现了万有引力定律,并计算出太阳与地球间引力的大小

D.法拉第提出了电场的观点,说明处于电场中电荷所受到的力是电场给予的

2.如图为一种主动式光控报警器原理图,图中R1R2为光敏电阻,R3R4为定值电阻.当射向光敏电阻R1R2的任何一束光线被遮挡时,都会引起警铃发声,则图中虚线框内的电路是

A.与门                  B.或门               C.或非门                  D.与非门

 


3.如图所示的交流电路中,理想变压器原线圈输入电压为U1,输入功率为P1,输出功率为P2,各交流电表均为理想电表.当滑动变阻器R的滑动头向下移动时

A.灯L变亮                                    B.各个电表读数均变大

C.因为U1不变,所以P1不变                              D.P1变大,且始终有P1= P2

4.竖直平面内光滑圆轨道外侧,一小球以某一水平速度v0A点出发沿圆轨道运动,至B点时脱离轨道,最终落在水平面上的C点,不计空气阻力.下列说法中不正确的是

A.在B点时,小球对圆轨道的压力为零

B.BC过程,小球做匀变速运动

C.在A点时,小球对圆轨道压力大于其重力

D.AB过程,小球水平方向的加速度先增加后减小

5.如图所示,水平面上放置质量为M的三角形斜劈,斜劈顶端安装光滑的定滑轮,细绳跨过定滑轮分别连接质量为m1m2的物块.m1在斜面上运动,三角形斜劈保持静止状态.下列说法中正确的是

A.若m2向下运动,则斜劈受到水平面向左摩擦力

B.若m1沿斜面向下加速运动,则斜劈受到水平面向右的摩擦力

C.若m1沿斜面向下运动,则斜劈受到水平面的支持力大于(m1+ m2+Mg

D.若m2向上运动,则轻绳的拉力一定大于m2g

二、多项选择题.本题共4小题,每小题4分,共计16分.每小题有多个选项符合题意.全部选对的得4分,选对但不全的得2分,错选或不答的得0分.

6.木星是太阳系中最大的行星,它有众多卫星.观察测出:木星绕太阳作圆周运动的半径为r1 周期为T1;木星的某一卫星绕木星作圆周运动的半径为r2 周期为T2.已知万有引力常量为G,则根据题中给定条件

A.能求出木星的质量

B.能求出木星与卫星间的万有引力

C.能求出太阳与木星间的万有引力

D.可以断定

7.如图所示,xOy坐标平面在竖直面内,x轴沿水平方向,y轴正方向竖直向上,在图示空间内有垂直于xOy平面的水平匀强磁场.一带电小球从O点由静止释放,运动轨迹如图中曲线.关于带电小球的运动,下列说法中正确的是

A.OAB轨迹为半圆

B.小球运动至最低点A时速度最大,且沿水平方向

C.小球在整个运动过程中机械能守恒

D.小球在A点时受到的洛伦兹力与重力大小相等

8.如图所示,质量为M、长为L的木板置于光滑的水平面上,一质量为m的滑块放置在木板左端,滑块与木板间滑动摩擦力大小为f,用水平的恒定拉力F作用于滑块.当滑块运动到木板右端时,木板在地面上移动的距离为s,滑块速度为v1,木板速度为v2,下列结论中正确的是

A.上述过程中,F做功大小为            

B.其他条件不变的情况下,F越大,滑块到达右端所用时间越长

C.其他条件不变的情况下,M越大,s越小

D.其他条件不变的情况下,f越大,滑块与木板间产生的热量越多

9.如图所示,两个固定的相同细环相距一定的距离,同轴放置,O1O2分别为两环的圆心,两环分别带有均匀分布的等量异种电荷.一带正电的粒子从很远处沿轴线飞来并穿过两环.则在带电粒子运动过程中

A.在O1点粒子加速度方向向左

B.从O1O2过程粒子电势能一直增加

C.轴线上O1点右侧存在一点,粒子在该点动能最小

D.轴线上O1点右侧、O2点左侧都存在场强为零的点,它们关于O1O2连线中点对称

 


第Ⅱ卷(非选择题 共89分)

三、简答题:本题分必做题(第lO、11题)和选做题(第12题)两部分,共计42分.请将解答填写在答题卡相应的位置.

必做题

10.测定木块与长木板之间的动摩擦因数时,采用如图所示的装置,图中长木板水平固定.

(1)实验过程中,电火花计时器应接在  ▲  (选填“直流”或“交流”)电源上.调整定滑轮高度,使  ▲ 

(2)已知重力加速度为g,测得木块的质量为M,砝码盘和砝码的总质量为m,木块的加速度为a,则木块与长木板间动摩擦因数μ=  ▲ 

(3)如图为木块在水平木板上带动纸带运动打出的一条纸带的一部分,0、1、2、3、4、5、6为计数点,相邻两计数点间还有4个打点未画出.从纸带上测出x1=3.20cm,x2=4.52cm,x5=8.42cm,x6=9.70cm.则木块加速度大小a=  ▲  m/s2(保留两位有效数字).

 


11.为了测量某电池的电动势 E(约为3V)和内阻 r,可供选择的器材如下:

A.电流表G1(2mA  100Ω)             B.电流表G2(1mA  内阻未知)

C.电阻箱R1(0~999.9Ω)                      D.电阻箱R2(0~9999Ω)

E.滑动变阻器R3(0~10Ω  1A)         F.滑动变阻器R4(0~1000Ω  10mA)

G.定值电阻R0(800Ω  0.1A)               H.待测电池

I.导线、电键若干

(1)采用如图甲所示的电路,测定电流表G2的内阻,得到电流表G1的示数I1、电流表G2的示数I2如下表所示:

I1(mA)

0.40

0.81

1.20

1.59

2.00

I2(mA)

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

 


根据测量数据,请在图乙坐标中描点作出I1I2图线.由图得到电流表G2的内阻等于

  ▲  Ω.

(2)在现有器材的条件下,测量该电池电动势和内阻,采用如图丙所示的电路,图中滑动变阻器①应该选用给定的器材中  ▲  ,电阻箱②选  ▲  (均填写器材代号).

(3)根据图丙所示电路,请在丁图中用笔画线代替导线,完成实物电路的连接.

 


12.选做题(请从A、B和C三小题中选定两小题作答,并在答题卡上把所选题目对应字母后的方框涂满涂黑.如都作答,则按A、B两小题评分.)

A.(选修模块3-3)(12分)

(1)下列说法中正确的是  ▲ 

A.液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离,液体表面存在张力

B.扩散运动就是布朗运动

C.蔗糖受潮后会粘在一起,没有确定的几何形状,它是非晶体

D.对任何一类与热现象有关的宏观自然过程进行方向的说明,都可以作为热力学第二定律的表述

(2)将1ml的纯油酸加到500ml的酒精中,待均匀溶解后,用滴管取1ml油酸酒精溶液,让其自然滴出,共200滴.现在让其中一滴落到盛水的浅盘内,待油膜充分展开后,测得油膜的面积为200cm2,则估算油酸分子的大小是  ▲  m(保留一位有效数字).

(3)如图所示,一直立的汽缸用一质量为m的活塞封闭一定量的理想气体,活塞横截面积为S,汽缸内壁光滑且缸壁是导热的,开始活塞被固定,打开固定螺栓K,活塞下落,经过足够长时间后,活塞停在B点,已知AB=h,大气压强为p0,重力加速度为g

①求活塞停在B点时缸内封闭气体的压强;

②设周围环境温度保持不变,求整个过程中通过缸壁传递的热量Q(一定量理想气体的内能仅由温度决定).

B.(选修模块3-4)(12分)

(1)下列说法中正确的是  ▲ 

A.照相机、摄影机镜头表面涂有增透膜,利用了光的干涉原理

B.光照射遮挡物形成的影轮廓模糊,是光的衍射现象

C.太阳光是偏振光

D.为了有效地发射电磁波,应该采用长波发射

(2)甲、乙两人站在地面上时身高都是L0, 甲、乙分别乘坐速度为0.6c和0.8cc为光速)的飞船同向运动,如图所示.此时乙观察到甲的身高L  ▲  L0;若甲向乙挥手,动作时间为t0,乙观察到甲动作时间为t1,则t1  ▲  t0(均选填“>”、“ =” 或“<”).

(3)x=0的质点在t=0时刻开始振动,产生的波沿x轴正方向传播,t1=0.14s时刻波的图象如图所示,质点A刚好开始振动.

①求波在介质中的传播速度;

②求x=4m的质点在0.14s内运动的路程.

   C.(选修模块3-5)(12分)

(1)下列说法中正确的是  ▲ 

A.康普顿效应进一步证实了光的波动特性

B.为了解释黑体辐射规律,普朗克提出电磁辐射的能量是量子化的

C.经典物理学不能解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征

D.天然放射性元素衰变的快慢与化学、物理状态有关

(2)是不稳定的,能自发的发生衰变.

①完成衰变反应方程    ▲ 

衰变为,经过  ▲  α衰变,  ▲  β衰变.

(3)1919年,卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子.科学研究表明其核反应过程是:α粒子轰击静止的氮核后形成了不稳定的复核,复核发生衰变放出质子,变成氧核.设α粒子质量为m1,初速度为v0,氮核质量为m2,质子质量为m0, 氧核的质量为m3,不考虑相对论效应.

α粒子轰击氮核形成不稳定复核的瞬间,复核的速度为多大?

②求此过程中释放的核能.

四、计算题:本题共3小题,共计47分.解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位.

13.如图所示,一质量为m的氢气球用细绳拴在地面上,地面上空风速水平且恒为v0,球静止时绳与水平方向夹角为α.某时刻绳突然断裂,氢气球飞走.已知氢气球在空气中运动时所受到的阻力f正比于其相对空气的速度v,可以表示为f=kvk为已知的常数).则

(1)氢气球受到的浮力为多大?

(2)绳断裂瞬间,氢气球加速度为多大?

(3)一段时间后氢气球在空中做匀速直线运动,其水平方向上的速度与风速v0相等,求此时气球速度大小(设空气密度不发生变化,重力加速度为g).

 


14.如图所示,光滑绝缘水平面上放置一均匀导体制成的正方形线框abcd,线框质量为m,电阻为R,边长为L.有一方向竖直向下的有界磁场,磁场的磁感应强度为B,磁场区宽度大于L,左边界与ab边平行.线框在水平向右的拉力作用下垂直于边界线穿过磁场区.

(1)若线框以速度v匀速穿过磁场区,求线框在离开磁场时ab两点间的电势差;

(2)若线框从静止开始以恒定的加速度a运动,经过t1时间ab边开始进入磁场,求cd边将要进入磁场时刻回路的电功率;

(3)若线框以初速度v0进入磁场,且拉力的功率恒为P0.经过时间Tcd边进入磁场,此过程中回路产生的电热为Q.后来ab边刚穿出磁场时,线框速度也为v0,求线框穿过磁场所用的时间t

      

15.如图所示,有界匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直纸面向里,MN为其左边界,磁场中放置一半径为R的圆柱形金属圆筒,圆心OMN的距离OO1=2R,圆筒轴线与磁场平行.圆筒用导线通过一个电阻r0接地,最初金属圆筒不带电.现有范围足够大的平行电子束以速度v0从很远处沿垂直于左边界MN向右射入磁场区,已知电子质量为m,电量为e

(1)若电子初速度满足,则在最初圆筒上没有带电时,能够打到圆筒上的电子对应MN边界上O1两侧的范围是多大?

(2)当圆筒上电量达到相对稳定时,测量得到通过电阻r0的电流恒为I,忽略运动电子间的相互作用,求此时金属圆筒的电势φ和电子到达圆筒时速度v(取无穷远处或大地电势为零).

(3)在(2)的情况下,求金属圆筒的发热功率.

 


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