人教版高中物理(必修三)同步講義+練習(xí)11.2導(dǎo)體的電阻(含解析)_第1頁
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第十一章電路及其應(yīng)用第2節(jié)導(dǎo)體的電阻課程標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)目標(biāo)通過實驗,探究并了解金屬導(dǎo)體的電阻與材料、長度和橫截面積的定量關(guān)系。會測量金屬絲的電阻率。1.理解電阻的定義,會用歐姆定律分析電流、電壓與電阻之間的關(guān)系.2.掌握電阻定律,知道影響電阻率大小的因素.3.能根據(jù)I-U圖像或U-I圖像求導(dǎo)體的電阻.(一)課前閱讀:1.如圖所示的圖像為金屬導(dǎo)體A、B的U-I圖像,思考:(1)對導(dǎo)體A(或?qū)wB)來說,電流與它兩端的電壓有什么關(guān)系?U與I的比值怎樣?(2)對導(dǎo)體A、B,在電壓U相同時,誰的電流???誰對電流的阻礙作用大?答案(1)對導(dǎo)體A(或?qū)wB),電流與它兩端的電壓成正比,導(dǎo)體A或?qū)wB的電壓與電流的比值是定值,但兩者的比值不相等.(2)電壓相同時,A的電流小,說明A對電流的阻礙作用大.2.根據(jù)圖猜想導(dǎo)體電阻大小與哪些因素有關(guān)?答案導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的長度、橫截面積、材料有關(guān).3.探究多個變量之間關(guān)系的方法是什么?答案控制變量法.4.實驗探究:如圖所示,a、b、c、d是四條不同的金屬導(dǎo)體.導(dǎo)體b、c、d在長度、橫截面積、材料三個因素方面,分別只有一個因素與導(dǎo)體a不同.下表所示為四個串聯(lián)導(dǎo)體的各方面因素關(guān)系及導(dǎo)體兩端的電壓關(guān)系.不同導(dǎo)體三個因素及電壓長度橫截面積材料電壓alS鐵Ub2lS鐵2Ucl2S鐵eq\f(U,2)dlS鎳銅合金5U①對比導(dǎo)體a和b說明什么?②對比導(dǎo)體a和c說明什么?③對比導(dǎo)體a和d說明什么?答案①導(dǎo)體電阻和長度成正比②導(dǎo)體電阻和橫截面積成反比③導(dǎo)體電阻和材料有關(guān)(二)基礎(chǔ)梳理一、電阻1.定義:導(dǎo)體兩端電壓與通過導(dǎo)體的電流之比.2.公式:R=eq\f(U,I).3.物理意義:反映了導(dǎo)體對電流的阻礙作用.4.在導(dǎo)體的U-I圖像中,斜率反映了導(dǎo)體電阻的大?。就卣寡a(bǔ)充】兩個表達(dá)式的不同含義1.R=eq\f(U,I)是電阻的定義式,比值表示一段導(dǎo)體對電流的阻礙作用。對給定的導(dǎo)體,它的電阻是一定的,與導(dǎo)體兩端是否加電壓,導(dǎo)體中是否有電流無關(guān)。2.I=eq\f(U,R)是歐姆定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式,表示通過導(dǎo)體的電流I與電壓U成正比,與電阻R成反比,常用于計算一段電路加上一定電壓時產(chǎn)生的電流,適用條件是金屬或電解質(zhì)溶液導(dǎo)電(純電阻電路)。二、導(dǎo)體的電阻率1.電阻定律(1)內(nèi)容:同種材料的導(dǎo)體,其電阻R與它的長度l成正比,與它的橫截面積S成反比;導(dǎo)體電阻還與構(gòu)成它的材料有關(guān).(2)公式:R=ρeq\f(l,S),式中ρ是比例系數(shù),叫作這種材料的電阻率.2.電阻率(1)電阻率是反映導(dǎo)體導(dǎo)電性能好壞的物理量.(2)影響電阻率的兩個因素是材料和溫度.(3)純金屬電阻率較小,合金的電阻率較大.由于用電器的電阻通常遠(yuǎn)大于導(dǎo)線電阻,一般情況下,可認(rèn)為導(dǎo)線電阻為0.3.超導(dǎo)現(xiàn)象一些金屬在溫度特別低時電阻可以降到0,這種現(xiàn)象叫作超導(dǎo)現(xiàn)象.【即學(xué)即練】判斷下列說法的正誤.(1)導(dǎo)體的電阻由導(dǎo)體本身的性質(zhì)決定,跟導(dǎo)體兩端的電壓及流過導(dǎo)體的電流的大小無關(guān).(√)(2)由R=ρeq\f(l,S)知,材料相同的兩段導(dǎo)體,長度大的導(dǎo)體的電阻一定比長度小的導(dǎo)體的電阻大.(×)(3)電阻率是反映材料導(dǎo)電性能好壞的物理量,電阻率越大的導(dǎo)體導(dǎo)電性能越差.(√)電阻【典例精析】例1.根據(jù)歐姆定律,下列說法中正確的是()A.由關(guān)系式U=IR可知,導(dǎo)體兩端的電壓U由通過它的電流I和它的電阻R共同決定B.由關(guān)系式I=eq\f(U,R)可知,導(dǎo)體中電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比,跟導(dǎo)體的電阻成反比C.由關(guān)系式R=eq\f(U,I)可知,導(dǎo)體的電阻跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比,跟導(dǎo)體中的電流成反比D.由R=eq\f(U,I)可知,導(dǎo)體兩端電壓為0時,導(dǎo)體的電阻也為0答案B解析由U=IR知,對于一個確定的導(dǎo)體來說,通過的電流越大,則導(dǎo)體兩端的電壓也越大,但是,不能說導(dǎo)體兩端的電壓U由通過它的電流I和它的電阻R共同決定,A錯誤;由I=eq\f(U,R)知,導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比,跟導(dǎo)體的電阻成反比,B正確;關(guān)系式R=eq\f(U,I)是定義式,導(dǎo)體電阻由導(dǎo)體本身決定,與導(dǎo)體兩端的電壓和通過導(dǎo)體的電流無關(guān),C、D錯誤.二、電阻定律電阻率1.導(dǎo)體電阻的決定式R=ρeq\f(l,S)l是導(dǎo)體的長度,S是導(dǎo)體的橫截面積,ρ是比例系數(shù),與導(dǎo)體材料有關(guān),叫作電阻率.2.電阻率(1)電阻率是一個反映導(dǎo)體材料導(dǎo)電性能的物理量,是導(dǎo)體材料本身的屬性,與導(dǎo)體的形狀、大小無關(guān).(2)電阻率與溫度的關(guān)系及應(yīng)用①金屬的電阻率隨溫度的升高而增大,可用于制作電阻溫度計.②大部分半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而減小,半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的變化較大,可用于制作熱敏電阻.③有些合金,電阻率幾乎不受溫度變化的影響,常用來制作標(biāo)準(zhǔn)電阻.④一些導(dǎo)體在溫度特別低時電阻率可以降到零,這個現(xiàn)象叫作超導(dǎo)現(xiàn)象.3.R=eq\f(U,I)與R=ρeq\f(l,S)的區(qū)別與聯(lián)系區(qū)別與聯(lián)系定義式:R=eq\f(U,I)決定式:R=ρeq\f(l,S)區(qū)別適用于純電阻元件適用于粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體或濃度均勻的電解液、等離子體聯(lián)系R=ρeq\f(l,S)是對R=eq\f(U,I)的進(jìn)一步說明,即導(dǎo)體的電阻與U和I無關(guān),而是取決于導(dǎo)體本身的材料、長度和橫截面積【典例精析】例2.如圖所示為一塊長方體銅塊,使電流沿I1,I2兩個方向通過該銅塊,則兩次銅塊的電阻之比為()A.1B.eq\f(a2,c2)C.eq\f(a2,b2)D.eq\f(b2,c2)答案B解析當(dāng)電流沿I1方向時,銅塊的長度為a,橫截面積為bc,其電阻R1=ρeq\f(a,bc);當(dāng)電流沿I2方向時,銅塊的長度為c,橫截面積為ab,其電阻R2=ρeq\f(c,ab),故eq\f(R1,R2)=eq\f(a2,c2).選B.例3.R1和R2是材料相同、厚度相同的正方形導(dǎo)體片,R1的邊長為R2邊長的2倍.在兩導(dǎo)體片加上相同的電壓,通過兩導(dǎo)體片的電流方向如圖所示,則通過兩者的電流的大小之比I1∶I2為()A.1∶1B.2∶1C.1∶2D.4∶1答案A解析根據(jù)電阻定律可得導(dǎo)體的電阻為R=eq\f(ρL,S)=ρeq\f(L,Ld)=eq\f(ρ,d),則可知R與邊長L無關(guān),又R1與R2厚度d相同,知R1=R2,根據(jù)I=eq\f(U,R),由題意可得I1∶I2=1∶1,B、C、D錯誤,A正確.三、導(dǎo)體的伏安特性曲線1.伏安特性曲線:用縱坐標(biāo)表示電流I,用橫坐標(biāo)表示電壓U,這樣畫出的導(dǎo)體的I-U圖像叫作導(dǎo)體的伏安特性曲線.2.線性元件和非線性元件(1)線性元件:伏安特性曲線是一條過原點的直線,歐姆定律適用的元件,如金屬導(dǎo)體、電解質(zhì)溶液.3.I-U圖像與U-I圖像比較內(nèi)容I-U圖線U-I圖線坐標(biāo)軸橫坐標(biāo)表示電壓U、縱坐標(biāo)表示電流I橫坐標(biāo)表示電流I、縱坐標(biāo)表示電壓U斜率圖線上的點與坐標(biāo)原點連線的斜率表示導(dǎo)體電阻的倒數(shù)圖線上的點與坐標(biāo)原點連線的斜率表示導(dǎo)體的電阻線性元件圖線的形狀R1>R2R1<R2非線性元件圖線的形狀電阻隨U的增大而增大電阻隨I的增大而減小【典例精析】例4.(多選)兩個電阻R1、R2的伏安特性曲線如圖所示,由圖可知()A.R1為線性元件,R2為非線性元件B.R1的電阻R1=tan45°Ω=1ΩC.R2的電阻隨電壓的增大而減小D.當(dāng)U=1V時,R2的電阻等于R1的電阻答案AD解析由題圖可知R1的伏安特性曲線為過原點的直線,故R1為線性元件,R2的伏安特性曲線為曲線,故R2是非線性元件,故A正確;R1的電阻為2Ω,故B錯誤;由題圖可知,當(dāng)U=1V時,R2的電阻等于R1的電阻,都為2Ω,故D正確;I-U圖像上的點與坐標(biāo)原點連線的斜率表示電阻的倒數(shù),由題圖可知R2的電阻隨電壓的增大而增大,故C錯誤.1.R=eq\f(U,I)是電阻的定義式,比值表示一段導(dǎo)體對電流的阻礙作用。對給定的導(dǎo)體,它的電阻是一定的,與導(dǎo)體兩端是否加電壓,導(dǎo)體中是否有電流無關(guān)。2.I=eq\f(U,R)是歐姆定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式,表示通過導(dǎo)體的電流I與電壓U成正比,與電阻R成反比,常用于計算一段電路加上一定電壓時產(chǎn)生的電流,適用條件是金屬或電解質(zhì)溶液導(dǎo)電(純電阻電路)。3.在導(dǎo)體的U-I圖像中,斜率反映了導(dǎo)體電阻的大小。4.R=ρeq\f(l,S)中ρ、l、S的含義(1)ρ表示導(dǎo)體材料的電阻率,與材料和溫度有關(guān)。反映了導(dǎo)體的導(dǎo)電性能,ρ越大,說明導(dǎo)電性能越差;ρ越小,說明導(dǎo)電性能越好。(2)l表示沿電流方向?qū)w的長度。(3)S表示垂直于電流方向?qū)w的橫截面積。5.常見材料的電阻率與溫度的關(guān)系(1)金屬的電阻率隨溫度升高而增大。(2)有些半導(dǎo)體的電阻率隨溫度升高而減小,且隨溫度的改變變化較大,常用于制作熱敏電阻。(3)有些合金,如錳銅合金、鎳銅合金的電阻率幾乎不受溫度變化的影響,常用于制作標(biāo)準(zhǔn)電阻。(4)當(dāng)溫度降低到絕對零度附近時,某些材料的電阻率突然降低到零,成為超導(dǎo)體。一、單選題1.2019年3月19日,復(fù)旦大學(xué)科研團(tuán)隊宣稱已成功制備出具有較高電導(dǎo)率的砷化銀納米帶材料,據(jù)介紹該材料的電導(dǎo)率是石墨烯的1000倍。電導(dǎo)率SKIPIF1<0就是電阻率SKIPIF1<0的倒數(shù),即SKIPIF1<0。下列說法正確的是()A.電導(dǎo)率的單位是Ω·mB.材料的電導(dǎo)率越大,其導(dǎo)電性能越強(qiáng)C.材料的電導(dǎo)率只與材料本身有關(guān),與溫度等因素?zé)o關(guān)D.材料的電導(dǎo)率大小與材料的長度、橫截面積等因素有關(guān)【答案】B【解析】A.電阻率的單位是Ω·m,電導(dǎo)率的單位是(Ω·m)-1,選項A錯誤;B.材料的電導(dǎo)率越大,電阻率越小,則其導(dǎo)電性能越強(qiáng),選項B正確;C.材料的電導(dǎo)率與材料本身以及溫度等因素都有關(guān),選項C錯誤;D.材料的電導(dǎo)率大小由材料本身決定,與材料的長度、橫截面積等因素?zé)o關(guān),選項D錯誤。故選B。2.某電路中用到了一個特殊的滑動變阻器,其截面示意圖如圖甲所示,其主體為兩段長度相同、材料相同的圓柱形導(dǎo)體拼接成的電阻,滑片P可以自由滑動,A、B間的電阻R與電阻右端到P間的距離x的關(guān)系如圖乙所示,則左、右兩側(cè)的圓柱形導(dǎo)體橫截面的半徑之比為()

A.3:4 B.1:2 C.SKIPIF1<0 D.SKIPIF1<0【答案】C【解析】根據(jù)題意可知,當(dāng)SKIPIF1<0時,由電阻定律有SKIPIF1<0當(dāng)SKIPIF1<0時,由電阻定律有SKIPIF1<0結(jié)合圖像可得SKIPIF1<0SKIPIF1<0又有SKIPIF1<0聯(lián)立解得SKIPIF1<0可得左、右兩側(cè)的圓柱形導(dǎo)體橫截面的半徑之比為SKIPIF1<0。故選C。3.如圖所示,一根長為L、橫截面積為S的金屬棒,其材料的電阻率為ρ,棒內(nèi)單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n,電子的質(zhì)量為m、電荷量為e。在棒兩端加上恒定的電壓時,棒內(nèi)產(chǎn)生電流,自由電子定向運動的平均速率為v,則金屬棒內(nèi)的電場強(qiáng)度大小為()

A.SKIPIF1<0 B.SKIPIF1<0C.SKIPIF1<0 D.SKIPIF1<0【答案】B【解析】根據(jù)電流的微觀定義式有SKIPIF1<0根據(jù)電阻的定義式有SKIPIF1<0根據(jù)歐姆定律有SKIPIF1<0則金屬棒內(nèi)的電場強(qiáng)度大小SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0故選B。4.將碳均勻涂在圓柱形實心瓷棒的外側(cè)面形成均勻的碳膜,做成碳膜電阻。已知碳的電阻率為SKIPIF1<0,瓷棒的長為l,瓷棒橫截面的直徑為D,所涂碳膜的厚度為d。將該電阻沿軸線方向接入電路時,阻值為()A.SKIPIF1<0 B.SKIPIF1<0 C.SKIPIF1<0 D.SKIPIF1<0【答案】A【解析】根據(jù)電阻定律SKIPIF1<0SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0故選A。5.在實驗室中有兩個定值電阻R1和R2,小明同學(xué)對兩個電阻串聯(lián)和并聯(lián)的伏安特性進(jìn)行了測量,分別為圖中的圖線1和2,則以下定值電阻R1和R2滿足要求的是()

A.R1=10ΩR2=10Ω B.R1=10ΩR2=20ΩC.R1=20ΩR2=30Ω D.R1=30ΩR2=40Ω【答案】A【解析】由伏安特性曲線可知,定值電阻R1和R2串聯(lián)、并聯(lián)后的阻值之比為4:1,則可知SKIPIF1<0解得R1=R2故選A。6.晶體二極管是一種半導(dǎo)體元件,在生產(chǎn)和生活中有著廣泛的應(yīng)用,某二極管的伏安特性曲線如圖所示,下列說法正確的是(

A.二極管是非線性元件B.加正向電壓時,二極管阻值不變C.加正向電壓時,二極管阻值隨著電壓的增大而增大D.加反向電壓時,無論加多大電壓,電流都很小【答案】A【解析】根據(jù)歐姆定律有SKIPIF1<0可知I—U圖線的斜率表示電阻的倒數(shù)。由題圖可知,二極管加正向電壓時電流較大,電阻較小,且隨電壓的增大,圖線與原點連線的斜率在增大,故電阻在減小,則二極管是非線性元件;加反向電壓時開始電流很小,但當(dāng)反向電壓很大時,二極管被擊穿,電流劇增。故選A。7.一長方體金屬電阻,邊長分別為a、b、c,且a>b>c。電流分別沿以下圖方向流過該金屬電阻,則()

A.(1)(2)(3)圖電阻相等 B.(1)圖電阻最小C.(2)圖電阻最小 D.(3)圖電阻最小【答案】D【解析】根據(jù)電阻定律可得SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0由此可知,(1)圖電阻R1最大,(3)圖電阻R3最小。故選D。8.兩根相同的金屬裸導(dǎo)線,如果把其中一根均勻拉長到原來的2倍,把另一根對折,則它們的電阻之比為()A.16:1 B.8:1 C.4:1 D.2:1【答案】A【解析】把其中一根均勻拉長到原來的2倍,橫截面積變?yōu)樵瓉淼腟KIPIF1<0,根據(jù)電阻定律SKIPIF1<0可知電阻變?yōu)樵瓉淼?倍,把另一根對折,橫截面積變?yōu)樵瓉淼?倍,長度變?yōu)樵瓉淼腟KIPIF1<0,根據(jù)電阻定律SKIPIF1<0可知電阻變?yōu)樵瓉淼腟KIPIF1<0倍,則它們的電阻之比為16:1。故選A。二、多選題9.如圖甲所示,電源電壓恒為5V,滑動變阻器的最大阻值為SKIPIF1<0,電流在0.2A~0.8A之間時電子元件均能正常工作。若通過此電子元件的電流I與其兩端電壓U的關(guān)系如圖乙所示。下列說法正確的是()

A.通過電子元件的電流為0.4A時,其電阻為SKIPIF1<0B.當(dāng)滑動變阻器滑片P在中點時,電子元件與滑動變阻器的兩端電壓之比為1:1C.電子元件處于正常工作狀態(tài)時,電子元件的電阻隨電流的增大而減小D.為使電子元件處于正常工作狀態(tài),滑動變阻器的阻值范圍應(yīng)控制在SKIPIF1<0【答案】CD【解析】A.電壓電流圖像上某一點與原點連線的斜率表示電阻,根據(jù)圖像可知,當(dāng)電子元件的電流為0.4A時,其電壓為SKIPIF1<0,則電阻為SKIPIF1<0故A錯誤;B.當(dāng)滑動變阻器滑片P在中點時,滑動變阻器的電阻為SKIPIF1<0,滑動變阻器與電子元件串聯(lián),所以電壓之比等于電阻之比,若電子元件與滑動變阻器的電壓之比為SKIPIF1<0,則滑動變阻器兩端的電壓應(yīng)為2.5V,根據(jù)歐姆定律SKIPIF1<0此時電子元件兩端電壓應(yīng)為SKIPIF1<0,通過電子元件的電流應(yīng)為SKIPIF1<0,根據(jù)圖像可知電流為SKIPIF1<0時,對應(yīng)電壓小于SKIPIF1<0,故B錯誤;C.電子元件處于正常工作狀態(tài)時,它的U-I圖像的斜率表示電阻R,由圖像可知它的斜率越來越小,故電子元件的電阻隨電流的增大而減小,故C正確;D.電子元件處于正常工作狀態(tài)時,電路最小電流為0.2A,電子元件兩端的最小電壓為1.0V,因串聯(lián)電路中總電壓等于各部分電路電壓之和,所以滑動變阻器兩端的最大電壓SKIPIF1<0此時滑動變阻器接入電路的電阻最大SKIPIF1<0電路電流最大為0.8A時,電子元件兩端的電壓最大為2.0V,則滑動變阻器兩端的最小電壓SKIPIF1<0滑動變阻器接入電路的電阻最小SKIPIF1<0所以滑動變阻器的阻值范圍應(yīng)控制在SKIPIF1<0,故D正確。故選CD。10.一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,PN為圖線的切線,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,小燈泡的電阻增大B.隨著所加電壓的增大,小燈泡的電阻減小C.對應(yīng)P點,小燈泡的電阻為SKIPIF1<0D.對應(yīng)P點,小燈泡的電阻為SKIPIF1<0【答案】AD【解析】AB.根據(jù)電阻的定義SKIPIF1<0電阻等于圖線上的點與原點連線的斜率的倒數(shù),圖線上的點與原點連線的斜率逐漸減小,說明電阻逐漸增大,故A正確,B錯誤;CD.對應(yīng)P點,由圖可知,小燈泡兩端的電壓是U1,流過小燈泡的電流是I2,所以電阻SKIPIF1<0故C錯誤,D正確。故選AD。11.我國已經(jīng)于2012年10月1日起禁止銷售100W及以上的白熾燈,以后將逐步淘汰白熾燈.假設(shè)某同學(xué)研究白熾燈得到某白熾燈的U-I圖線如圖所示.圖象上A點與原點的連線與橫軸成α角,A點的切線與橫軸成β角,則()A.白熾燈的電阻隨電壓的增大而增大 B.在A點,白熾燈的電阻可表示為tanβC.在A點,白熾燈的電功率小于SKIPIF1<0 D.在A點,白熾燈的電阻可表示為SKIPIF1<0【答案】AD【解析】ABD.根據(jù)歐姆定律可知白熾燈的電阻SKIPIF1<0,可知白熾燈的電阻隨電壓的增大而增大,在A點,白熾燈的電阻可表示為SKIPIF1<0,故AD正確,B錯誤;C.在A點,白熾燈的電功率SKIPIF1<0,故C錯誤;故選AD。12.如圖甲所示的電路,小燈泡通電后其兩端電壓U隨所通過的電流I變化的圖線如圖乙所示(圖中U1、I1、I2均為已知量),P為圖線上一點,PN為圖線的切線,PM為U軸的垂線,PQ為I軸的垂線,定值電阻的阻值R0為已知量,下列說法中正確的是()A.隨著所通電流的增大,小燈泡的電阻增大B.對應(yīng)P點,小燈泡的電阻為R=SKIPIF1<0C.在電路中燈泡L兩端的電壓為U1時,電阻R0兩端的電壓為I1R0D.對應(yīng)P點,小燈泡的電功率為圖中矩形PQOM所圍的面積【答案】ABD【解析】A.由歐姆定律知,U-I圖像中任意一點的電阻可用該點與坐標(biāo)原點的連線的斜率表示,由圖乙并結(jié)合數(shù)學(xué)知識可知,隨著所加電壓的增大,小燈泡的電阻增大,故A正確;B.對應(yīng)P點,小燈泡的電阻可用O、P兩點連線的斜率表示,即SKIPIF1<0故B正確;C.在電路中燈泡L兩端電壓為U1時,通過電阻R0的電流為I2,則電阻R0兩端的電壓為I2R0,故C錯誤;D.對應(yīng)P點,小燈泡的電功率為SKIPIF1<0,即圖像中矩形PQOM所圍成的面積,故D正確。故選ABD。三、解答

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