人教版九年级全一册18.4焦耳定律一课一练（有解析）

人教版九年级全一册 18.4 焦耳定律 一课一练
一、单选题
1．下列家用电器中，利用电流热效应工作的是（　　）
A．手机 B．电暖气 C．电冰箱 D．电风扇
2．下图是做电学实验时所用电路的一部分，根据图中两表的示数，一定可以测出灯泡（　　）
A．正常发光时的电阻 B．实际电功率
C．消耗的电能 D．产生的热量
3．图所示四种家用电器中，主要利用电流热效应工作的是（　　）
A． B． C． D．
4．超导是物理世界中最奇妙的现象之一、超导态中材料电阻为零，这对于众多应用科技而言具有巨大的诱惑力。在新超导体研究领域，我国取得了令人瞩目的成就，中国物理学家被推到新超导体研究的最前沿。假如人们已研制出常温下的超导体，则下列家用电器中可以用它制作的是（　　）
A．电烙铁 B．电风扇
C．电炉的电阻丝 D．白炽灯泡的灯丝
5．静电现象在自然界中普遍存在，我国早在西汉末年已有对静电现象的记载，《春秋纬 考异》中就有“玳瑁吸衣若”之说，但下列 不属于静电现象的是（　　）
A．夏季雷雨时，天空中划过的闪电
B．带电小球移至不带电金属球附近，两者相互吸引
C．电路突然短路时，保险丝烧断产生电火花
D．从干燥的地毯上走过，手碰到金属把手时有被电击的感觉
6．已知一电动机的内阻（转子线圈的电阻）为R，两端电压为U时，电动机正常转动，此时通过电动机的电流为I，电动机的电功率为P，当工作时间为t，电动机内阻因为电热产生的热量可以表示为（　　）
A．UIt B．I2Rt C．t D．Pt
7．如图所示是探究“影响电流热效应与哪些因素有关”的实验装置，将R1、R2两电阻丝密封在两只完全相同的烧瓶内，且R1＞R2，瓶内装入等质量的煤油，下列说法错误的是（　　）
A．烧瓶内选用比热容较小的液体，可以使实验现象更明显
B．电阻R1产生的热量大于R2产生的热量
C．该电路可以探究电流产生的热量与电流大小的关系
D．电路串联使通过R1、R2电流相同，实验中运用了控制变量法
8．甲、乙两段实心铁导体的电阻值相等，甲导体比乙导体的长度和横截面积都小，将它们如图所示串联在电路中，通电一段时间后，比较甲、乙导体升高的温度，正确的是（　　）
A．甲导体的温度升高的多
B．乙导体的温度升高的多
C．甲、乙导体升高的温度相同
D．条件不足，无法判断
9．下图是探究电流通过导体产生热量的多少与什么因素有关的实验装置，两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。关于该装置，下列说法正确的是（　　）
A．可探究电流通过导体产生热量的多少与电阻的关系
B．可探究电流通过导体产生热量的多少与通电时间的关系
C．若要探究电流通过导体产生热量的多少与电流的关系，R3的阻值必须是5Ω
D．若将R1换成10Ω的电阻，可探究电流通过导体产生热量的多少与电阻的关系
10．如图所示是某同学设计的探究电流通过导体时产生热的多少与哪些因素有关的实验装置。两个透明容器中密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。下列说法正确的是（　　）
A．通电一段时间，两个透明容器中空气内能增大是通过做功的方式改变的
B．通电一段时间，两个U 形管中液面高度的变化不同说明电流通过导体产生的热量与电阻有关
C．若要探究电流通过导体产生的热量与电流的关系， 右侧透明容器中应接入阻值是 5Ω的电阻
D．若要探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系，右侧透明容器中应接入阻值是 10Ω的电阻
11．如图是一个电加热器的工作原理图，其中R1和R2是阻值不变的发热电阻；表格中是它的部分参数。当电加热器正常工作时，下列说法正确的是（　　）
额定电压 220V
额定加热功率 990W
额定保温功率 110W
A．只闭合开关S，加热器的功率为990W
B．开关S闭合，S1由断开到闭合，电路中电流变大，R2消耗的功率变小
C．加热器在保温状态下工作5min，产生3.3×104J的热量
D．电阻R1与R2的阻值之比为1:8
12．如图所示，甲、乙、丙、丁四个相同容器里装有质量和初温相同的水，每个容器放入同种材料绕成的导电线圈，其电阻R1=R3，R2=R4，R2=1.5R1，若同时通电，经过一段时间后这四个容器中的水温从高到低的顺序是（　　）。
A．甲、乙、丙、丁 B．丁、丙、乙、甲
C．丙、丁、乙、甲 D．甲、乙、丁、丙
二、填空题
13．走进温馨的物理考场，请写出你学过的两个电学物理定律的表达式：______和______。
14．如图所示电路中，定值电阻R的阻值为20Ω，电动机线圈电阻为2Ω；闭合开关S，电流表A1的示数为0.8A，电流表A2的示数0.3A，则10min内电流通过电动机产生的热量为_______J。
15．在一次探险活动中，探险队需要生火，在没有打火机等取火工具的情况下，探险队长将口香糖的锡箔纸剪成了类似图所示的形状，然后将M、N分别接在从手电筒中取出的干电池正负两极上。根据你的判断，温度最高最适合点火的位置是______，理由是______。
16．如图所示，电源电压不变，先闭合开关S1，电流表示数为0.5A， 再闭合开关S2，电流表示数增加了0.3 A，则R1、R2两端电压之比为___________，R1、R2电阻值之比为___________，若电阻R2=5Ω，通电1min 电阻R1产生的热量为___________J。
三、综合题
17．冬天，王丽同学买了一个额定电压是220V的电热宝来暖手，如图甲所示，她和学校科技小组的同学研究发现这是一个简易的三挡位的“电热宝”，大家画出了电热宝的电路图，如图乙所示，R1、R2都是发热电阻。将此电暖器接入家庭电路中，当S1闭合，S2接a时为中温挡，电热宝的功率为220W；当S1闭合，S2接b时为高温挡，已知此时电热宝的功率为440W。
（1）求高温挡时电路中的总电流______和R1、R2的电阻各是多少______；______？
（2）电热宝在低温挡时，开关S1______（选填“断开”或“闭合”）、S2接______（选填“a”或“b”），此时电热宝每1min放出的热量是多少______？
（3）若电热宝里面的液体是水，质量为1kg，正常工作时用高温挡从40℃加热到80℃时，用时为7min，则电热宝的效率为多少______（百分号前整数）？
18．小明在观察小轿车的车窗玻璃时发现，汽车的后挡风玻璃与其他玻璃有一处明显不同，就是后挡风玻璃上有一条条“细线”，如图甲所示。对于这些细线的作用，小明咨询了维修店的工人师傅，工人师傅告诉小明，这些“细线”是用来除霜的，汽车驾驶室有一个按键，当外界气温降低时，它就自动闭合，这时玻璃上的细线就会发热，小明想知道玻璃上的“细线”的除霜能力与哪些因素有关，于是他从维修师傅那里要来了两块厚薄不同带“细线”的玻璃带到实验室，并设计了如图丙所示的电路进行实验。
（1）“细线”在除霜的过程中是利用电流的______效应工作的；
（2）先把两块玻璃的A、B接线柱分别接在电路的M、N处，调节滑动变阻器滑片，当电压表示数相同时，电流表的示数也相同，由此现象分析可知：厚薄不同玻璃中的“细线”对电流的阻碍作用是______（选填“相同”或“不同”）的；
（3）分别取质量相同的碎冰放在面积相同的玻璃上，闭合开关，调节MN两端的电压，记录冰块全部熔化所需的时间，相关数据如下表所示：
次数 玻璃 冰块质量/g 电压/V 熔化时间/min
1 薄 100 6 3
2 薄 100 9 2
3 薄 100 12 1.5
4 厚 100 6 6
5 厚 100 9 4.5
6 厚 100 12 3
①实验中取相同质量冰块的目的是______；
②本实验是通过比较______来判断玻璃除霜能力的强弱的；
③比较1、2、3次实验，可以得到结论是：玻璃厚度一定时，______；
（4）小明在完成实验后，一不小心弄断了玻璃中的一根“细线”。小明把这块玻璃接入电路中，发现电流表和电压表都有示数，说明玻璃中的各“细线”的连接方式是______（选填“串联”或“并联”）的。由此分析可知：该玻璃中其他未断“细丝”的除霜能力将______（选填“保持不变”或“消失”）。
19．阅读下面的短文，回答问题：
智能晾衣机
小米科技推出了一款米家智能晾衣机，它采用的是无线射频的遥控器，除了遥控器操控之外，作为一款智能晾衣机，米家产品还支持“米家”APP和小爱同学的声控。通过手机就能实现升、降、暂停、照明等操作，并支持远程控制。米家智能晾衣机的LED照明灯，照明额定功率为22W，利用人体传感器，夜间有人走到阳台时智能晾衣机自动开灯，方便夜间在阳台行动；如果离开阳台无人移动，则晾衣机会自动关灯。该晾衣机有定时风干（冷风）和烘干（热风）功能，风干额定功率为20W，烘干额定功率为220W。还可定时消毒，开启消毒功能，运行20分钟后自动关闭；请回答以下问题：
（1）人体传感器在电路中相当于一个_______，人体传感器与LED照明灯是_______（选填“串联”或“并联”）连接的。夜晚只开照明灯时，电路中的电流是_______。
（2）如图所示是米家智能晾衣机内部部分电路，R是发热电阻。由图可知：闭合开关S，开关S1接通BC位置，此时晾衣机开启_______功能（选填“风干”或“烘干”），连续使用2h，R产生的热量为_______J。
20．第四代电光源——LED光源
如图甲是时下较为流行的LED手电筒和LED吸顶灯，它的主要部分是高亮度白色发光二极管，这种发光二极管主要由硅、砷等半导体材料制成，具有光效高、耗电少，寿命长、易控制、免维护、安全环保等优点，是继白炽灯、卤素灯和节能荧光灯后新兴的第四代电光源，是极具发展前途的新光源。LED的发光原理与白炽灯先发热后发光的原理截然不同，是直接把电能转换成光能的器件，因而其发光效率较高，是新代固体冷光源，将逐步取代传统光源。图乙是LED的元件实物及符号由于二极管具有单导电性，使用时必须将它的正极与电源正极相连，二极管才能处于导通状态，否则处于截止状态。利用图丙所示电路可以研究发光二极管的工作特性：把一个正常工作电压为3V的LED接入电源电压恒为4.5V的电路，闭合开关S，LED即处于导通状态，调节变阻器滑片，改变LED两端的电压和电路中电流，记录多组电压、电流数据，可以得到电压表与电流表示数关系，如丁所示：
（1）LED灯主要由半导体材料制成：它之所以节能，被称为冷光源，是因为它将电能转换热能损耗的能量较白炽灯______（高/低）；
（2）在图丙中，闭合S，调节滑动变阻器，使LED正常发光：断开S，改变电源的正负极后再闭合S，LED______（能/不能）发光；
（3）一个LED灯中的电流与其两端电压______（成/不成）正比。
21．有一款电饭锅，能自动控制不同时间段的烹任温度，获得最佳营养和口感。其电路示意图如图甲所示，电热丝R1和R2（R1(1)只闭合开关S，电饭锅处于_____（选填“加热”或“保温”）状态。
(2)在15min~30min时间内，电饭煲产生的总热量为_____J。
(3)该电饭锅的电热丝R1和R2的比值为_____。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．B
【详解】
A．手机是将电能主要转化为光能，故A不符合题意；
B．电暖气将电能转化为内能，利用电流的热效应工作的，故B符合题意；
C．电冰箱是利用电能转化为机械能，让压缩机工作，故C不符合题意；
D．电风扇将电能转化为机械能，故D不符合题意。
故选B。
2．B
【详解】
A．电压表测小灯泡两端实际电压，电流表测流过小灯泡的实际电流。但小灯泡的电阻受温度影响，正常工作时的电阻不能由该电路测出，故A不符合题意；
B．小灯泡的实际功率，由该电路可以测出小灯泡的实际功率，故B符合题意；
C．小灯泡消耗的电能，要测出小灯泡消耗的电能，必须要测量小灯泡的通电的时间，该电路不能测出小灯泡消耗的电能，故C不符合题意；
D．要测小灯泡产生的热量，需要测量通电时间，该电路不能测出小灯泡产生的热量，故D不符合题意。
故选B。
3．A
【详解】
A．电饼铛工作时，消耗的电能主要转化为内能，是利用电流热效应工作的，故A符合题意；
B．电风扇工作时，消耗的电能主要转化为机械能，不是利用电流热效应工作的，故B不符合题意；
C．平板电视工作时，消耗的电能主要转化为光能和声能，不是利用电流热效应工作的，故C不符合题意；
D．洗衣机工作时，消耗的电能主要转化为机械能，不是利用电流热效应工作的，故D不符合题意。
故选A。
4．B
【详解】
电烙铁、电炉丝和灯丝都是用电流的热效应工作的，电阻为零时无法将电能转化为内能，因此不能用超导体制作；而电风扇是把电能转化成机械能，因此可以用超导体制作，故ACD不符合题意，B符合题意。
故选B。
5．C
【详解】
A．闪电是带正、负电荷的云层之间相互碰撞形成的静电现象，故A不符合题意；
B．带电体吸引不带电的物体属于静电现象，故B不符合题意；
C．保险丝被烧断是电流的热效应现象，不属于静电现象，故C符合题意；
D．从干燥的地毯上走过，会由于摩擦而带电，是静电现象，故D不符合题意。
故选C。
6．B
【详解】
电动机为非纯电阻，线圈产生的热量为
电动机消耗的电能为
电动机输出的机械能为
故选B。
7．C
【详解】
A．在液体质量相同、吸收热量相同的情况下，比热容小的物质温度要升高的多，所以用比热容小的液体可以使实验现象更明显，故A正确，不符合题意；
B．由图可知，该电路为串联电路，通过两个电阻的电流和通电时间是相同的，电阻R1＞R2，所以电阻R1产生的热量大于R2产生的热量，故B正确，不符合题意；
C．由图可知，该电路为串联电路，通过两个电阻的电流是相同的，所以该电路不可以探究电流产生的热量与电流大小的关系，故C错误，符合题意；
D．电流热效与电流、电阻和时间有关，本实验中电路串联使通过R1、R2电流相同，控制了电流因素一样，探究其他因素对电流热效应的影响，所以采用的是控制变量法，故D正确，不符合题意；
故选C。
8．A
【详解】
由题意可知，两者的电阻相同，因两电阻串联，所以通过的电流相等；根据Q=I2Rt可知，相同时间内产生的热量相等；甲的长度和截面积都小，则甲的体积小，因甲、乙为同种物质，根据密度变形公式m=ρV可知，甲的质量小；因同种物质比热容相同，根据可知，产生热量相同时，质量越小，升高的温度就高，则甲导体的温度升高的多。故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
9．B
【详解】
A．容器中两加热电阻相等，所以探究的是电流通过导体产生的热量与电流的关系，故A错误；
B．只观察一侧容器，通电时间越长，U型管内液面高度差越大，说明电阻产生的热量与通电时间有关，故B正确；
C．R3不一定是5Ω，R3可以是任何阻值的电阻，都满足流过R1的电流大于流过R2的电流，从而可以探究电流通过导体产生热量的多少与电流的关系，故C错误；
D．若R1=10Ω，则R1不等于R2，流过R1的电流不等于流过R2的电流，没有控制电流大小不变，所以无法探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系，故D错误。
故选B。
10．C
【详解】
A．通电一段时间后，透明容器中的电阻丝发热产生热量，热量通过热传递的方式传递给容器内的空气，使得空气内能增大，故A错误；
B．要探究电流产生的热量与电阻的关系，应控制两电阻丝中电流的大小相同，而由图中可知，左侧电阻丝中的电流为干路电流，右侧容器中的电阻丝中的电流为支路电流，流过两电阻丝的电流不同，通电一段时间后，两个U形管中液面高度的变化不同，无法说明电流通过导体产生的热量与电阻有关，故B错误；
C．若要探究电流通过导体产生的热量与电流的关系，应控制电阻大小不变，故右侧透明容器中应接入阻值是5Ω的电阻，此时两容器中的电阻阻值相同，而流过两电阻丝的电流大小不同，故可以探究电流通过导体产生的热量与电流的关系，故C正确；
D．若要探究电流通过导体产生的热量与电阻的关系，则应控制两电阻中电流的大小相同，同时使两电阻丝的阻值不同，故右侧透明容器中接入阻值不为5Ω的电阻丝，同时断开右侧阻值为10Ω的电阻丝，与左侧容器中的电阻丝串联即可，不一定非要接入阻值为10Ω的电阻丝，故D错误。
故选C。
11．C
【详解】
A．只闭合开关S，电路中R1、R2串联，闭合开关S和S1时，只有R2工作，根据公式可知，总电压U一定，由于R1、R2串联的总电阻比R2的电阻大，所以只闭合开关S时电功率小，为保温挡，功率为110W，闭合开关S和S1时为加热挡，功率为990W，故A错误；
B．开关S闭合，S1由断开到闭合时，总电阻变小，所以总电流变大，即通过R2的电流变大，根据可知，R2的功率变大，故B错误；
C．加热器在保温状态下工作5min产生的热量
故C正确；
D．处于加热挡时R2单独工作，所以R2的电阻
保温挡时R1、R2串联，电路中的总电阻
则R1的电阻
电阻R1与R2的阻值之比为
故D错误。
故选C。
12．C
【详解】
左图中，R1与R2串联，根据串联电路特点和焦耳定律Q=I2Rt可知，在电流和通电时间相同的情况下，电阻大的产生的热量多。因为
R2=1.5R1
所以
Q2>Q1
右图中，R3与R4并联，根据并联电路特点和焦耳定律公式的变形式可知，在电压和通电时间相同的情况下，电阻小的产生的热量多。因为
R1=R3，R2=R4，R2=1.5R1
则
R4>R3
所以
Q3>Q4
左图中，通过R2的电流是
所以
右图中，通过R4的电流是
所以
因为
R2=R4
且通电时间相同，所以电流大的产生的热量多。因为
I4>I2
所以
Q 4> Q 2
这样我们得出了这四个电阻产生的热量关系是
Q 3>Q 4>Q 2>Q 1
不考虑热量损失，最后根据可知，水温从高到底应该是丙、丁、乙、甲。故ABD不符合题意，C符合题意。
故选C。
13．
【详解】
[1]欧姆定律：通过导体的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比，定律表达式：。
[2]焦耳定律：导体产生的热量与通过导体电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比，定律表达式：。
14．300
【详解】
由图可知，当开关S闭合时，定值电阻R与电动机并联，电流表A1测干路电流，电流表A2测定值电阻R的电流，则电动机的电流为
10min内电流通过电动机产生的热量为
15． c 见解析
【详解】
[1]锡箔纸剪成中间狭窄的形状，中间部分横截面积小、电阻大。温度最高最适合点火的位置是c。
[2]锡箔纸是导体，用锡箔纸接在电池的两极形成了电源短路，此时电路中迅速产生大量热量，根据焦耳定律Q＝I2Rt知，在电流和时间相同时，锡箔纸中间狭窄的地方，即c处电阻较大，产生的热量多，使温度先达到锡箔纸的着火点而使之燃烧。
16． 1:1 3:5 45
【详解】
[1]先闭合S1时，电路为R1的简单电路，电流表测量通过R1的电流；若再闭合S2时，两电阻并联，电流表测干路电流，电流表示数增加了0.3A，根据并联电路的电流关系可知，通过R2的电流为
I2=0.3A
并联电路中各支路两端的电压都等于电源电压，所以R1、R2两端电压之比为1:1。
[2][3]根据可知，在电压相同时，电流之比等于电阻之比的倒数，则R1、R2电阻值之比为
R1: R2=I2:I1=0.3A:0.5A =3:5
则R1的阻值为
R1=3Ω
通电1min 电阻R1产生的热量
17． 2A 220Ω 220Ω 断开 a 6600 91%
【详解】
（1）[1][2][3]当S1闭合，S2接a时为中温挡，R2被短路，只有R1的简单电路，R1的阻值
当S1闭合，S2接b时为高温挡，R1和R2并联，电热宝的功率为P=440W，高温挡时电路中的总电流
R2的电功率
P2=P-P1=440W-220W=220W
R2的阻值
（2）[4][5][6]电热宝在低温挡时，开关S1断开、S2接a，R1和R2串联，由串联电路的电阻特点可知
R串=R1+R2=220Ω+220Ω=440Ω
每1min放出的热量
（3）[7]水吸收的热量
Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×1kg×(80℃-40℃)=1.68×105J
消耗的电能
W=Pt=440W×7×60s=1.848×105J
电热宝的效率为
18． 热 相同 使冰块吸收热量相同 冰全部熔化所需要的时间 加在细线两端的电压越大，除霜能力越强 并联 保持不变
【详解】
（1）[1]当外界气温降低时，它就自动闭合，这时玻璃上的细线就会发热，由此判断这些“细线”工作时，相当于电路中的电阻丝，“细线”在除霜的过程中是利用电流的热效应工作的。
（2）[2]把两块玻璃的A、B接线柱分别接在电路的M、N处，调节滑动变阻器滑片，当电压表示数相同时，电流表的示数也相同，由欧姆定律，“细线”的电阻相同，由此现象分析可知：厚薄不同玻璃中的“细线”对电流的阻碍作用是相同的。
（3）①[3]为了使冰块吸收的热量相同，实验中取相同质量冰块。
②[4]根据转换法，本实验是通过比较冰全部熔化所需要的时间来判断玻璃除霜能力的强弱的。
③[5]比较1、2、3次实验，可以得到结论：玻璃厚度相同，“细线”的电压越大，熔化时间越短，玻璃厚度相同时，电阻的电压越大，玻璃除霜能力越强。
（4）[6]一不小心弄断了玻璃中的一根“细线”。小明把这块玻璃接入电路中，发现电流表和电压表都有示数，即各“细线”互不影响，说明玻璃中的各“细线”的连接方式是并联。
[7]由并联电路的特点可知，各支路互不影响，所以该玻璃中其他未断“细丝”的除霜能力将保持不变。
19． 开关 串联 0.1A 烘干 1.44×106
【详解】
（1）[1][2]由短文知，智能晾衣机利用人体传感器，夜间有人走到阳台时智能晾衣机自动开灯；如果离开阳台无人移动，则晾衣机会自动关灯。所以人体传感器在电路中起到控制LED照明灯的作用，即它相当于一个开关，与LED照明灯是串联的。
[3]照明额定功率为22W，由P=UI知，夜晚只开照明灯时，电路中的电流
（2）[4]由晾衣机内部部分电路知，闭合开关S，开关S1接通BC位置时，发热电阻R与电动机并联，两者同时工作，所以此时晾衣机开启烘干功能。
[5]晾衣机风干额定功率为20W，烘干额定功率为220W，所以R的功率
PR=P烘干-P风干=220W-20W=200W
连续使用2h，R产生的热量
Q=W=PRt=200W×2×3600s=1.44×106J
20． 低 不能 不成
【详解】
（1）[1]由材料可知：二极管是由半导体做成的器件；发光二极管主要由硅、砷等半导体材料制成，具有光效高、耗电少，寿命长、易控制、免维护、安全环保等优点，所以LED灯主要由半导体材料制成；节能被称为冷光源，是因为电热转换损耗的能量较白炽灯低。
（2）[2]闭合开关S，LED发光；断开S，改变电源的正负极后闭合S，LED由于具有单向导电性，所以电路处于开路状态，LED不能发光。
（3）[3]由图像可知，通过LED灯的电流与LED灯两端的电压不是正比例函数，故两者不成正比的关系。
21． 保温 3∶2
【详解】
(1)[1]由图可知，当S1S2均闭合时，R1、R2并联接入电路，此时电路总电阻最小，总功率最大，为加热状态；当只闭合S时，仅R1接入电路，此时电路总电阻最大，总功率最小，为保温状态。
(2)[2]在15min~30min时间内，电饭锅在15min~20min内功率为1100W下加热状态下工作5min，在20min~30min内功率为440W下保温状态下工作10min。则电饭煲产生的总热量为
(3)[3]由题意可知，R1单独工作时的功率为440W，R1R2并联工作时的总功率为1100W，则R2单独工作时的功率为
由，可知
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