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文檔簡(jiǎn)介
1、專題突破 動(dòng)量守恒定律的常見模型“人船”模型1.“人船”模型問題 兩個(gè)原來靜止的物體發(fā)生相互作用時(shí),若所受外力的矢量和為零,則動(dòng)量守恒, 在相互作用的過程中, 任一時(shí)刻兩物體的速度大小之比等于質(zhì)量的反比。 這樣的 問題歸為“人船”模型問題。2.“人船”模型的特點(diǎn)(1) 兩物體相互作用過程滿足動(dòng)量守恒定律: m1v1m2v20。(2) 運(yùn)動(dòng)特點(diǎn):人動(dòng)船動(dòng),人靜船靜,人快船快,人慢船慢,人左船右;人船位 移比等于它們質(zhì)量的反比;人船平均速度的大小 (瞬時(shí)速率 )比等于它們質(zhì)量的反 比,即 x1v1m2。x2 v2 m1(3) 應(yīng)用此關(guān)系時(shí)要注意一個(gè)問題:公式 v1、v2 和 x一般都是相對(duì)地面而言
2、的。 【例 1】 如圖 1所示,長(zhǎng)為 L、質(zhì)量為 M 的小船停在靜水中,質(zhì)量為 m的人 從靜止開始從船頭走到船尾,不計(jì)水的阻力,求船和人相對(duì)地面的位移各為多 少?圖1解析 設(shè)任一時(shí)刻人與船的速度大小分別為 v1、v2,作用前都靜止。因整個(gè)過程 中動(dòng)量守恒,所以有 mv1 Mv2而整個(gè)過程中的平均速度大小為 v1、v2,則有mv1Mv2。兩邊乘以時(shí)間t 有 mv1t Mv2t,即 mx1Mx2。且 x1x2 L,可求出 x1 M L, x2 m L。 m MmM答案 mmMMLL mM“人船”模型問題應(yīng)注意以下兩點(diǎn)(1) 適用條件系統(tǒng)由兩個(gè)物體組成且相互作用前靜止,系統(tǒng)總動(dòng)量為零。 在系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生
3、相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過程中至少有一個(gè)方向的動(dòng)量守恒 (如水平方向或豎 直方向 )。(2) 畫草圖解題時(shí)要畫出各物體的位移關(guān)系草圖, 找出各長(zhǎng)度間的關(guān)系, 注意兩物體的位移 是相對(duì)同一參考系的位移。子彈打木塊 ”模型1.模型圖2.模型特點(diǎn)(1) 當(dāng)子彈和木塊的速度相等時(shí)木塊的速度最大,兩者的相對(duì)位移(子彈射入木塊的深度 )取得極值。(2) 系統(tǒng)的動(dòng)量守恒,但系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒,摩擦力與兩者相對(duì)位移的乘積等 于系統(tǒng)機(jī)械能的減少,當(dāng)兩者的速度相等時(shí),系統(tǒng)機(jī)械能損失最大。(3) 根據(jù)能量守恒, 系統(tǒng)損失的動(dòng)能 EkmMMEk0,等于系統(tǒng)其他形式能的增加。由上式可以看出,子彈的質(zhì)量越小,木塊的質(zhì)量越大,動(dòng)能損失越
4、多。(4) 解決該類問題,既可以從動(dòng)量、能量?jī)煞矫娼忸},也可以從力和運(yùn)動(dòng)的角度 借助圖象求解。例 2】 (2018·海南高考)(多選)如圖 2(a),一長(zhǎng)木板靜止于光滑水平桌面上, t0時(shí), 小物塊以速度 v0滑到長(zhǎng)木板上,圖 (b)為物塊與木板運(yùn)動(dòng)的 vt 圖象,圖中 t1、v0、v1 已知。重力加速度大小為 g。由此可求得 ()圖2A. 木板的長(zhǎng)度B. 物塊與木板的質(zhì)量之比C. 物塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)D. 從 t0 開始到 t1時(shí)刻,木板獲得的動(dòng)能解析 木板在光滑水平面上,物塊滑上木板后系統(tǒng)動(dòng)量守恒,由圖(b)可知最終12物塊與木板以共同速度 v1 運(yùn)動(dòng),有 mv0(Mm)v
5、1,mgx2(Mm)v211v0 v1 v112mv02,x(v 2 v2 )t1,由 式可求物塊與木板的質(zhì)量之比, B 項(xiàng)正確; 由 式可求物塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù), C 項(xiàng)正確;木板質(zhì)量未知,獲得的動(dòng) 能不可求, D 項(xiàng)錯(cuò)誤。答案 BC“子彈打木塊 ” 模型解題思路(1) 應(yīng)用系統(tǒng)的動(dòng)量守恒。(2) 在涉及子彈 (滑塊 )或平板的作用時(shí)間時(shí),優(yōu)先考慮用動(dòng)量定理。(3) 在涉及子彈 (滑塊 )或平板的位移時(shí),優(yōu)先考慮用動(dòng)能定理。(4) 在涉及子彈 (滑塊 )的相對(duì)位移時(shí),優(yōu)先考慮用系統(tǒng)的能量守恒。(5) 滑塊恰好不滑出時(shí),有滑塊與平板達(dá)到共同速度時(shí)相對(duì)位移為板長(zhǎng)L滑塊彈簧”模型模型特點(diǎn)對(duì)兩個(gè)(
6、或兩個(gè)以上 )物體與彈簧組成的系統(tǒng)在相互作用的過程中,應(yīng)注意以下四 點(diǎn):(1)在能量方面,由于彈簧的形變會(huì)具有彈性勢(shì)能,系統(tǒng)的總動(dòng)能將發(fā)生變化, 若系統(tǒng)所受的外力和除彈簧彈力以外的內(nèi)力不做功,系統(tǒng)機(jī)械能守恒。 (2)在相互作用過程中,系統(tǒng)動(dòng)量守恒。(3) 彈簧處于最長(zhǎng) (最短 )狀態(tài)時(shí)兩物體速度相等,彈性勢(shì)能最大,系統(tǒng)滿足動(dòng)量守 恒,機(jī)械能守恒。(4) 彈簧處于原長(zhǎng)時(shí),彈性勢(shì)能為零?!纠?3】 (2019 ·石家莊二中一模 )如圖 3 甲所示,物塊 A、B 的質(zhì)量分別是 mA 4.0 kg和 mB3.0 kg。用輕彈簧拴接,放在光滑的水平地面上,物塊 B右側(cè)與 豎直墻壁相接觸。另有一
7、物塊 C 從 t0 時(shí)以一定速度向右運(yùn)動(dòng),在 t4 s 時(shí)與 物塊 A相碰,并立即與 A粘在一起不再分開, C的 vt圖象如圖乙所示。求:圖3(1)C 的質(zhì)量 mC ;(2)B 離開墻后的運(yùn)動(dòng)過程中彈簧具有的最大彈性勢(shì)能 Ep。解析 (1)由題圖乙知, C 與 A 碰前速度為 v19 m/s,碰后速度為 v23 m/s, C 與 A 碰撞過程動(dòng)量守恒。mCv1(mAmC)v2解得 mC2 kg。(2)由題圖可知, 12 s時(shí) B離開墻壁,此時(shí) A、C的速度大小 v33 m/s,之后 A、B、C 及彈簧組成的系統(tǒng)動(dòng)量和機(jī)械能守恒,且當(dāng) A、C與 B的速度相等時(shí),彈 簧彈性勢(shì)能最大(mAmC)v3
8、(mAmBmC)v41 2 1 22(mAmC)v32(mAmBmC)v4Ep解得 Ep 9 J。答案 (1)2 kg (2)9 J圓?。ɑ蛐泵妫┸壍阑瑝K (或小球)”模型1. 模型圖2. 模型特點(diǎn)(1)最高點(diǎn):m與 M 具有共同水平速度,且 m不可能從此處離開軌道,系統(tǒng)水平11 方向動(dòng)量守恒,系統(tǒng)機(jī)械能守恒。 mv0 (M m)v 共,2mv202(M m)v2共mgh。mv0mv1(2)最低點(diǎn): m與 M分離點(diǎn)。水平方向動(dòng)量守恒,系統(tǒng)機(jī)械能守恒,Mv2,12mv2012mv21 21M v22【例 4】 如圖 4所示,在足夠長(zhǎng)的光滑水平面上有一靜止的質(zhì)量為 M 的斜面, 斜面表面光滑、高度
9、為 h、傾角為 。一質(zhì)量為 m(m<M)的小物塊以一定的初速 度沿水平面向左運(yùn)動(dòng), 不計(jì)沖上斜面時(shí)的機(jī)械能損失。 如果斜面固定, 則小物塊恰能沖到斜面的頂端。 如果斜面不固定, 則小物塊沖上斜面后能達(dá)到的最大高度A.hmhB.mMC.MD. MhD.mM解析 斜面固定時(shí),由動(dòng)能定理得mgh012mv02所以 v0 2gh 斜面不固定時(shí),由水平方向動(dòng)量守恒得mv0(Mm)v 由機(jī)械能守恒得 解得 hMMmh,選項(xiàng) D 正確 答案 D21mv0221(Mm)v2mgh科學(xué)思維的培養(yǎng) 與圖象結(jié)合的動(dòng)量守恒定律的綜合類問題 動(dòng)量守恒定律往往與圖象結(jié)合, 比較常見的就是速度圖象、 位移圖象。 解題
10、時(shí)從 兩種圖象中讀出物體運(yùn)動(dòng)的速度或初、末速度并結(jié)合動(dòng)量守恒定律作答。 【典例】 質(zhì)量為 m11 kg 和 m2(未知 )的兩個(gè)物體在光滑的水平面上正碰,碰 撞時(shí)間極短,其 xt 圖象如圖 5 所示,則 ( )圖5A. 此碰撞一定為彈性碰撞B. 被碰物體質(zhì)量為 2 kgC. 碰后兩物體速度相同D. 此過程有機(jī)械能損失解析 xt 圖象的斜率表示物體的速度,由題圖求出 m1、m2 碰撞前后的速度分 別為 v14 m/s,v20,v12 m/s,v22 m/s;由動(dòng)量守恒定律得 m1v1m1v1 m2v2,得 m23 kg;根據(jù)動(dòng)能表達(dá)式以及以上數(shù)據(jù)計(jì)算碰撞前、后系統(tǒng)總動(dòng) 能均為 8 J,機(jī)械能無損
11、失,因此是彈性碰撞, B、C、D 項(xiàng)錯(cuò)誤, A 項(xiàng)正確。 答案 A變式訓(xùn)練】 (2019·濰坊名校模擬 )在光滑的水平面上有 a、b 兩球,其質(zhì)量分 別為 ma、mb,兩球在 t0 時(shí)刻發(fā)生正碰,并且在碰撞過程中無機(jī)械能損失,兩球()A. ma>mbB.ma<mbC. ma mbD.無法判斷解析 由題圖圖象知, a 球以某一初速度向原來靜止的 b 球運(yùn)動(dòng),碰后 a 球反彈 且速度大小小于其初速度大小,根據(jù)動(dòng)量守恒定律知, a 球的質(zhì)量小于 b 球的質(zhì) 量,故 B 項(xiàng)正確。答案 B1. (2018 南·京模擬 )下列說法錯(cuò)誤的是 ()A. 火箭靠噴出氣流的反沖作用
12、而獲得巨大速度B. 體操運(yùn)動(dòng)員在著地時(shí)屈腿是為了減小地面對(duì)運(yùn)動(dòng)員的作用力C. 用槍射擊時(shí)要用肩部抵住槍身是為了減少反沖的影響D. 為了減輕撞車時(shí)對(duì)司乘人員的傷害程度,發(fā)動(dòng)機(jī)艙越堅(jiān)固越好 解析 火箭靠噴出氣流的反沖作用而獲得巨大速度,故 A 項(xiàng)正確;體操運(yùn)動(dòng) 在著地時(shí)屈腿可以延長(zhǎng)著地時(shí)間,從而可以減小地面對(duì)運(yùn)動(dòng)員的作用力,故 項(xiàng)正確;用槍射擊時(shí)要用肩部抵住槍身是可以防止槍身快速后退而造成傷害, 是為了減少反沖的影響,故 C 項(xiàng)正確;為了減輕撞車時(shí)對(duì)司乘人員的傷害程度, 發(fā)動(dòng)機(jī)艙應(yīng)有彈性,從而延長(zhǎng)作用時(shí)間而減小傷害,故 D 項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案 D2. (2019 黑·龍江大慶模擬 )兩球在水
13、平面上相向運(yùn)動(dòng),發(fā)生正碰后都變?yōu)殪o止???以肯定的是,碰前兩球的 ( )A. 質(zhì)量相等B.動(dòng)能相等C.動(dòng)量大小相等D.速度大小相等解析 兩球組成的系統(tǒng)碰撞過程中滿足動(dòng)量守恒, 兩球在水平面上相向運(yùn)動(dòng), 生正碰后都變?yōu)殪o止,故根據(jù)動(dòng)量守恒定律可以判斷碰前兩球的動(dòng)量大小相等、 方向相反,選項(xiàng) C 正確。答案 C3. 如圖 7,質(zhì)量為 M 的小船在靜止水面上以速率 v0 向右勻速行駛,一質(zhì)量為 的救生員站在船尾, 相對(duì)小船靜止。 若救生員以相對(duì)水面速率 v 水平向左躍入 中,則救生員躍出后小船的速率為 ( )圖7mA. v0MvmB.v0MvC.v0M(v0v)D. v0M(v0v)解析 設(shè)水平向右
14、為正方向,根據(jù)動(dòng)量守恒定律,對(duì)救生員和船有 mvMv,解得 vv0Mm(v0v),選項(xiàng) C 正確。答案 C4. 如圖 8所示,一質(zhì)量為 M3.0 kg的長(zhǎng)木板 B放在光滑水平地面上,在其右端 放一個(gè)質(zhì)量為 m1.0 kg的小木塊 A。給 A和 B以大小均為 4.0 m/s、方向相反的 初速度,使 A開始向左運(yùn)動(dòng), B開始向右運(yùn)動(dòng), A始終沒有滑離 B。在 A做加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間內(nèi), B 的速度大小可能是 (圖8D.3.0 m/sB 做減速運(yùn)動(dòng),最終A.解析 A 先向左減速到零,再向右做加速運(yùn)動(dòng),在此期間, 它們保持相對(duì)靜止,設(shè) A 減速到零時(shí), B 的速度為 v1,最終它們的共同速度為8v2,取水
15、平向右為正方向,則 MvmvMv1,Mv1(M m)v2,可得 v13 m/s,8 v22 m/s,所以在 A 做加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間內(nèi), B 的速度大小應(yīng)大于 2 m/s 且小于 3 m/s,只有選項(xiàng) B 正確。答案 B活頁作業(yè)(時(shí)間: 30分鐘)一、單項(xiàng)選擇題1.靜止的實(shí)驗(yàn)火箭, 總質(zhì)量為 M,當(dāng)它以對(duì)地速度為 v0噴出質(zhì)量為 m 的高溫氣 體后,火箭的速度為 ( )A. mv0B. mv0C.m v0D.mv0A. MmB. M mC. MD. M解析 由動(dòng)量守恒定律得 mv0(Mm)v0,火箭的速度為 v Mmvm選項(xiàng) B 正確。答案 B2.如圖 1 所示,一內(nèi)外側(cè)均光滑的半圓柱槽置于光滑的
16、水平面上。槽的左側(cè)有一 豎直墻壁。現(xiàn)讓一小球 (可認(rèn)為質(zhì)點(diǎn) )自左端槽口 A 點(diǎn)的正上方從靜止開始下落, 與半圓槽相切并從 A 點(diǎn)進(jìn)入槽內(nèi),則下列說法正確的是 ( )A. 小球離開右側(cè)槽口以后,將做豎直上拋運(yùn)動(dòng)B. 小球在槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)的全過程中,只有重力對(duì)小球做功C. 小球在槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)的全過程中,小球與槽組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒D. 小球在槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)的全過程中,小球與槽組成的系統(tǒng)水平方向上的動(dòng)量守恒 解析 小球從下落到最低點(diǎn)的過程中, 槽沒有動(dòng), 與豎直墻之間存在擠壓, 動(dòng)量 不守恒;小球經(jīng)過最低點(diǎn)往上運(yùn)動(dòng)的過程中, 斜槽與豎直墻分離, 水平方向動(dòng)量 守恒;全過程中有一段時(shí)間系統(tǒng)受豎直墻彈力的作用, 故全
17、過程系統(tǒng)水平方向動(dòng) 量不守恒,選項(xiàng) D 錯(cuò)誤;小球離開右側(cè)槽口時(shí),水平方向有速度,將做斜拋運(yùn) 動(dòng),選項(xiàng) A 錯(cuò)誤;小球經(jīng)過最低點(diǎn)往上運(yùn)動(dòng)的過程中,斜槽往右運(yùn)動(dòng),斜槽對(duì) 小球的支持力對(duì)小球做負(fù)功, 小球?qū)π辈鄣膲毫?duì)斜槽做正功, 系統(tǒng)機(jī)械能守恒, 選項(xiàng) B錯(cuò)誤,C 正確。答案 C3. 如圖 2所示,具有一定質(zhì)量的小球 A固定在輕桿一端, 另一端掛在小車支架的 O 點(diǎn)。用手將小球拉至水平,此時(shí)小車靜止于光滑水平面上,放手讓小球擺下與 B 處固定的橡皮泥碰擊后粘在一起,則在此過程中小車將 ( )圖2A.向右運(yùn)動(dòng)B. 向左運(yùn)動(dòng)C. 靜止不動(dòng)D.小球下擺時(shí),車向左運(yùn)動(dòng)后又靜止解析 水平方向上,系統(tǒng)不受外
18、力, 因此在水平方向上動(dòng)量守恒。 小球下落過程 中,水平方向具有向右的分速度,因此為保證動(dòng)量守恒,小車要向左運(yùn)動(dòng)。當(dāng)撞 到橡皮泥,是完全非彈性碰撞, A 球和小車大小相等、方向相反的動(dòng)量恰好抵消 掉,小車會(huì)靜止,選項(xiàng) D 正確。答案 D4. 如圖 3所示,氣球下面有一根長(zhǎng)繩, 一個(gè)質(zhì)量為 m150 kg 的人抓在氣球下方, 氣球和長(zhǎng)繩的總質(zhì)量為 m220 kg,長(zhǎng)繩的下端剛好和水平面接觸,當(dāng)靜止時(shí)人 離地面的高度為 h 5 m。如果這個(gè)人開始沿繩向下滑,當(dāng)他滑到繩下端時(shí),他 離地面高度是 (可以把人看做質(zhì)點(diǎn) )()圖3解析 當(dāng)人滑到繩下端時(shí), 如圖所示,由動(dòng)量守恒定律,得 m1ht1m2ht2
19、, 且 h1h2 h。解得 h11.4 m;所以他離地高度 Hhh13.6 m,故 選項(xiàng) B 正確。答案 B5. (2018海·南高考)如圖 4,用長(zhǎng)為 l的輕繩懸掛一質(zhì)量為 M的沙箱,沙箱靜止。 一質(zhì)量為 m 的彈丸以速度 v 水平射入沙箱并留在其中,隨后與沙箱共同擺動(dòng)一 小角度。不計(jì)空氣阻力。對(duì)子彈射向沙箱到與其共同擺過一小角度的過程 ( )圖4A.若保持 m、v、l 不變,M 變大,則系統(tǒng)損失的機(jī)械能變小B. 若保持 M、v、l 不變, m 變大,則系統(tǒng)損失的機(jī)械能變小C. 若保持 M、m、l 不變, v 變大,則系統(tǒng)損失的機(jī)械能變大D. 若保持 M、m、v 不變, l 變大,
20、則系統(tǒng)損失的機(jī)械能變大11解析 動(dòng)量守恒 mv(Mm)V,系統(tǒng)損失的機(jī)械能 Ek2mv22(M m)V22Mmv2mv2Mv22(Mm) 2(1mvMm)2(MmMv 1),所以 A、B、D項(xiàng)錯(cuò)誤,C項(xiàng)正確。答案 C二、多項(xiàng)選擇題6. A、 B 兩球沿同一條直線運(yùn)動(dòng),如圖 5 所示的 xt 圖象記錄了它們碰撞前后的 運(yùn)動(dòng)情況,其中 a、b 分別為 A、B 碰撞前的 xt 圖象。 c 為碰撞后它們的 x t 圖象。若 A 球質(zhì)量為 1 kg,則 B 球質(zhì)量及碰后它們的速度大小為 ( )A.2 kgB.3 kgC.4 m/sD.1 m/s410402m/s2 m/s,碰撞后二者連在起做勻速直線運(yùn)動(dòng)
21、,解析 由圖象可知碰撞前二者都做勻速直線運(yùn)動(dòng), va 2 m/s 3 m/s, vb24vcm/s 1 m/s。4 2碰撞過程中動(dòng)量守恒,即 mAvamBvb(mAmB)vc2可解得 mB3 kg由以上可知選項(xiàng) B、D 正確。答案 BD7. 如圖 6 所示,木塊 A 的質(zhì)量 mA1 kg,足夠長(zhǎng)的木板 B 的質(zhì)量 mB 4 kg,質(zhì) 量為 mC4 kg的木塊 C置于木板 B上,水平面光滑, B、C之間有摩擦?,F(xiàn)使 A 以 v012 m/s的初速度向右運(yùn)動(dòng),與 B碰撞后以 4 m/s的速度彈回,則 ()圖6A.B運(yùn)動(dòng)過程中的最大速度為 4 m/sB. B 運(yùn)動(dòng)過程中的最大速度為 8 m/sC.
22、C 運(yùn)動(dòng)過程中的最大速度為 4 m/sD. C 運(yùn)動(dòng)過程中的最大速度為 2 m/s解析 A與 B碰后瞬間, C的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)未變,此時(shí) B的速度最大,由 A、B組成 的系統(tǒng)動(dòng)量守恒 (取向右為正方向 ),有 mAv0 mAv A mBvB,代入數(shù)據(jù)得 vB 4 m/s ,選項(xiàng) A 正確, B 錯(cuò)誤; B 與 C 相互作用使 B 減速, C 加速,由于 B 足夠 長(zhǎng),所以 B和 C能達(dá)到相同速度,二者共速后, C速度最大,由 B、C組成的系 統(tǒng)動(dòng)量守恒,有 mBvB(mBmC)vC,代入數(shù)據(jù)得 vC2 m/s,選項(xiàng) C 錯(cuò)誤, D 正 確。答案 AD8. (2019 徐·州三中月考 )光滑
23、水平地面上, A、 B 兩物體質(zhì)量都為 m,A 以速度 v 向右運(yùn)動(dòng), B 原來靜止,左端有一輕彈簧,如圖 7 所示,當(dāng) A 撞上彈簧,彈簧被 壓縮最短時(shí) ( )圖7A.A、B 系統(tǒng)總動(dòng)量仍然為 mvB. A 的動(dòng)量變?yōu)榱鉉. B 的動(dòng)量達(dá)到最大值D. A、B 的速度相等解析 系統(tǒng)水平方向動(dòng)量守恒, A 項(xiàng)正確;彈簧被壓縮到最短時(shí) A、B 兩物體具 有相同的速度, D 項(xiàng)正確,B 項(xiàng)錯(cuò)誤;但此時(shí) B的速度并不是最大的,因?yàn)閺椈?還會(huì)彈開,故 B 物體會(huì)繼續(xù)加速, A物體會(huì)繼續(xù)減速, C 項(xiàng)錯(cuò)誤。答案 AD9. 如圖 8所示,箱子放在水平地面上, 箱內(nèi)有一質(zhì)量為 m的鐵球以速度 v 向左壁 碰去,來回碰幾次后停下來,而箱子始終靜止,則整個(gè)過程中 ( )圖8A.鐵球?qū)ο渥拥臎_量為零B. 鐵球和箱子受到的沖量大小相等C. 箱子對(duì)鐵球的沖量大小為 mv,向右D. 摩擦力對(duì)箱子的沖量大小為 mv,向右解析 根據(jù)動(dòng)量定理,鐵球受到的沖量為 I0mv mv,而箱子受到的沖量 始終為零,故B 項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)動(dòng)量定理,
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