第二章电磁感应单元综合练 （word版含答案）

第二章 电磁感应 单元综合练
一、单选题
1．物理学家通过艰苦的实验来探究自然的物理规律，为人类的科学做出了巨大贡献。下列描述中符合物理学史实的是（　　）
A．奥斯特在实验中观察磁生电的现象，揭示了电和磁之间存在联系
B．安培在实验中观察到电流的磁效应，进一步分析和实验后证实了磁生电的猜想
C．楞次通过实验探究得出：闭合回路中感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化
D．法拉第根据通电螺线管产生的磁场和条形磁铁的磁场的相似性，提出了分子电流假说
2．如图所示，匀强磁场垂直纸面向里，正方形闭合金属线框从空中落入磁场，在下落过程中，线框的bc边始终与磁场的边界平行，完全进入磁场后再从磁场中离开，下列说法正确的是（　　）
A．线框进入磁场过程中，ab边中感应电流方向
B．线框进入磁场过程中，bc边受到的安培力方向向上
C．线框离开磁场过程中，cd边中感应电流方向
D．线框离开磁场过程中，da边受到的安培力方向向下
3．在北半球，地磁场的竖直分量向下。歼-20战斗机在我国上空巡航，机翼水平，由于地磁场的作用，机翼上有电势差，设飞行员左方机翼末端处的电势为1，右方机翼末端处的电势为2，若歼-20（　　）
A．从南往北飞，1比2低 B．从东往西飞，1比2低
C．从北往南飞，1比2低 D．从西往东飞，1比2高
4．物理课上，老师做了一个奇妙的“自感现象”实验。按图连接电路，先闭合开关S，电路稳定后小灯泡A正常发光，然后断开开关S，同学们发现小灯泡A闪亮一下再熄灭。已知自感线圈L的直流电阻为RL，小灯泡A正常发光时电阻为RA。下列说法中正确的是（　　）
A．RL>RA
B．RL=RA
C．断开开关S瞬间，小灯泡A中电流大于自感线圈中流过电流
D．断开开关S的瞬间，小灯泡A中的电流方向为
5．如图记录的是“探究影响感应电流方向的因素”的实验现象，则下列判断正确的是（　　）
A．由甲、乙可知，当磁铁靠近线圈时，磁铁和线圈相斥
B．由甲、乙可知，感应电流的方向由穿过线圈的磁场方向决定
C．由丙、丁可知，当磁铁远离线圈时，磁铁和线圈相斥
D．由丙、丁可知，穿过线圈的磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场的方向相反
6．电阻、电容器与一个线圈连成闭合回路，条形磁铁静止在线圈的正上方，N极朝下，如图所示，现使磁铁开始自由下落，在N极接近线圈上端过程中，流过的电流方向和电容器极板的带电情况是（　　）
A．从a到b，上极板带正电
B．从a到b，下极板带正电
C．从b到a，上极板带负电
D．从b到a，下极板带负电
7．如图所示，光滑平行金属导轨固定在水平面上，左端由导线相连，导体棒垂直静止于导轨上构成回路，在外力F作用下，回路上方的条形磁铁竖直向上做匀速运动，在匀速运动过程中外力F做功WF，磁场力对导体棒做功W1，磁铁克服磁场力做功W2，重力对磁铁做功WG，回路中产生的焦耳热为Q，导体棒获得的动能为Ek，则下列说法错误的是（　　）
A．W1=W2–Q B．W1=Ek C．W1=Q D．W1=WF +WG-Q
8．如图所示，某空间匀强电场竖直向下，匀强磁场垂直纸面向里，一金属棒从高h处自由下落，则（　　）
A．A端先着地 B．B端先着地
C．两端同时着地 D．以上说法均不正确
9．如图所示，L是自感系数较大的线圈，其直流电阻可忽不计，a、b、c是三个相同的小灯泡，下列说法正确的是（　　）
A．开关S闭合时，c灯立即亮，a、b灯逐渐亮
B．开关S闭合，电路稳定后，b、c灯亮，a灯不亮
C．开关S断开时， c灯立即熄灭，a、b灯逐渐熄灭
D．开关S断开时，c灯立即熄灭，a灯逐渐熄灭，b灯闪亮一下再逐渐熄灭
10．如图所示，在光滑的水平面上，有一竖直向下的匀强磁场，分布在宽度为L的区域内，现有一边长为l（lA．1：1 B．2：1 C．3：1 D．4：1
11．如图所示，半径分别为2d和d的光滑半圆形圆弧导轨放在竖直面内，两圆弧圆心均在O点，导轨右端接有阻值为R的电阻。一质量为m、电阻为R、长为d的金属棒AB搭在导轨的左端且处于水平状态，金属棒AB通过绝缘轻杆连在O点的固定转轴上，两导轨间充满垂直于导轨平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场。将金属棒由静止释放，金属棒绕O点转动，不计转轴处摩擦，不计导轨电阻，金属棒转动过程中始终与导轨接触良好，当金属棒AB第一次转到竖直位置时，金属棒转动的角速度为ω，则下列说法正确的是（　　）
A．金属棒转动过程中A点电势始终高于B点
B．金属棒第一次转到竖直位置时，金属棒AB两端的电压为
C．从静止开始到金属棒第一次转到竖直位置的过程中，通过电阻R的电量为
D．从静止开始到金属棒第一次转到竖直位置的过程中，金属棒减少的重力势能等于回路中产生的焦耳热
12．如图1、2为演示自感现象的电路图，灯泡A1和A2规格相同，L1和L2为线圈。实验时，闭合开关S1，灯A1逐渐变亮，最终A1与A2的亮度相同；断开开关S2瞬间，灯A3突然闪亮、随后逐渐变暗。下列说法错误的是（　　）
A．图1中，变阻器R与L1的阻值相同
B．图1中，断开S1瞬间，灯A2将突然闪亮，随后A1和A2逐渐变暗
C．图2中，灯A3的阻值大于L2的阻值
D．图2中，闭合S2待电路稳定后，灯A3中电流小于L2中电流
13．如图所示，间距为的两平行光滑竖直金属导轨、足够长，底部Q、N之间连有一阻值为的电阻，磁感应强度为的匀强磁场与导轨平面垂直。导轨的上端P、M分别与横截面积为的10匝线圈的两端连接，线圈的轴线与大小均匀变化的匀强磁场平行。开关K闭合后，质量为、电阻值为的金属棒恰能保持静止，金属棒始终与导轨接触良好，其余部分电阻不计，g取。下列说法正确的是（　　）
A．磁场均匀减小
B．磁场的变化率为
C．金属棒中的电流为
D．断开K之后，金属棒下滑的最大速度为
14．如图所示，匀强磁场中水平放置两足够长的光滑平行金属导轨，导轨的左侧接有阻值为R的电阻和理想二极管D。t=0时刻起阻值也为R的导体棒ab在外力作用下向右运动，其速度变化规律为v＝vmsint，运动过程中棒始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，不计导轨电阻，则金属棒两端电压Uab随时间t变化的关系图象可能正确的是（　　）
A． B．
C． D．
15．将一段导线绕成如图甲所示的闭合回路，并固定在水平面内。回路的ab边置于磁感应强度大小为、方向竖直向下的匀强磁场I中，回路的圆环区域内有竖直方向的磁场II，以竖直向下为磁场II的正方向，其磁感应强度B随时间t变化的图像如图乙所示，导线的总电阻为R，圆环面积为S，ab边长为L，则下列说法正确的是（　　）
A．在0~时间内，通过ab边的电流方向先从b→a再从a→b
B．在0~时间内，流过ab边的电荷量为
C．在0~T时间内，ab边受到的安培力大小始终为
D．在0~T时间内，ab边受到的安培力方向先向右再向左
二、填空题
16．如图，在竖直向下的匀强磁场中，水平U型导体框左端连接一阻值为R的电阻，质量为m、电阻为r的导体棒ab置于导体框上。不计导体框的电阻、导体棒与框间的摩擦。ab以水平向右的初速度v0开始运动，最终停在导体框上。在此过程中导体棒做___________运动，电阻R消耗的总电能为___________。
17．一列火车从西向东匀速行驶，速度为10m/s。已知地磁场的竖直分量方向向下，大小为6×10 5T。车厢为铁制的，则此时车厢靠_________（填“北”或“南”）的一侧电势更高。若车厢的长为20m，宽为4m，高为3m，则这两个侧面的电压为__________V。
18．如图，平行金属板A、C面积均为S，相距为d，在两金属板之间存在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场，通过导线将两金属板与平行金属导轨相连，两导轨水平放置且处于垂直导轨平面的匀强磁场中，磁感应强度大小也为B，长为L的金属棒的两端恰好静置在水平金属导轨上，平行金属导轨电阻不计，金属棒电阻为R，在平行金属板A、C左端均匀通入质量为m、电荷量为q的等离子体，其速度均为v，已知金属板A、C之间等离子体的电阻率为ρ，开始时开关K断开，金属棒始终处于静止状态。
（1）金属板A带__________电。
（2）在开关K断开时，平行金属板A、C间产生的电势差位__________。
（3）在开关K闭合时，通过金属棒L的电流大小为__________。
（4）在开关K闭合时，金属棒L所受安培力大小为__________。
19．有一灵敏电流计，当电流从它的正接线柱流入时，指针向正接线柱一侧偏转。现把它与一个线圈串联，将磁体从线圈上方插入或拔出，如图所示。请完成下列填空：
（1）图甲中灵敏电流计指针的偏转方向为________。（填“偏向正接线柱”或“偏向负接线柱”）
（2）图乙中磁体下方的极性是________。（填“N极”或“S极”）
（3）图丙中磁体的运动方向是________。（填“向上”或“向下”）
（4）图丁中线圈从上向下看的电流方向是________。（填“顺时针”或“逆时针”）
三、解答题
20．（1）有一个50匝的线圈，如果穿过它的磁通量的变化率为，求感应电动势。
（2）一个100匝的线圈，在0.5s内穿过它的磁通量增加到，求线圈中的感应电动势。
（3）一个匝数为100、面积为10cm2的线圈垂直磁场放置，在0.5s内穿过它的磁场从1T增加到9T，求线圈中的感应电动势。
21．如图所示，MN、PQ为足够长的平行金属导轨，间距L=0.50m，导轨与水平面间夹角θ=37o，N、Q间连接一个电阻R=5.0Ω，匀强磁场垂直于导轨平面向上，磁感应强度B=1.0T。将一根质量为m=0.050kg的金属棒放在ab位置，金属棒及导轨的电阻不计。现由静止释放金属棒，金属棒沿导轨向下运动过程中始终与导轨垂直，且与导轨接触良好。已知金属棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.50，当金属棒滑行至cd处时，其速度大小开始保持不变，位置cd与ab之间的距离s=2.0m。已知g=10m/s2，sin37o=0.60，cos37o=0.80，求：
（1）金属棒沿导轨开始下滑时的加速度大小；
（2）金属棒达到cd处的速度大小；
（3）画出导体棒运动的v-t图像；
（4）金属棒由位置ab运动到cd的过程中，电阻R产生的热量。
22．如图所示，MN与PQ是两条水平放置彼此平行的金属导轨，质量m=0.2kg，电阻r=0.5Ω的金属杆ab垂直跨接在导轨上，匀强磁场的磁感线垂直于导轨平面，导轨左端接阻值R=2Ω的电阻，理想电压表并接在R两端，导轨电阻不计。t=0时刻ab受水平拉力F的作用后由静止开始向右做匀加速运动，ab与导轨间的动摩擦因数μ=0.2。第4s末，ab杆的速度为v=1m/s，电压表示数U=0.4V。取重力加速度g=10m/s2。
（1）在第4s末，判断ab杆中的电流方向，并求出ab杆产生的感应电动势和受到的安培力各为多大；
（2）若第4s末以后撤去拉力，分析ab杆的加速度和速度如何变化；
（3）若第4 s末以后，ab杆做匀速运动，整个过程拉力的最大值为多大；
（4）若第4 s末以后，拉力的功率保持不变，ab杆能达到的最大速度为多大。
23．如图所示，光滑矩形斜面的倾角，在其上放置一矩形金属线框，的边长，的边长，线框的质量，电阻，线框通过细线绕过定滑轮与重物相连，细线与斜面平行且靠近；重物质量，离地面的高度为；斜面上区域是有界匀强磁场，方向垂直于斜面向上；已知到的距离为，到的距离，到的距离为，取；现让线框从静止开始运动（开始时刻，与边重合），发现线框匀速穿过匀强磁场区域，求：
(1)线框进入磁场时的速度v；
(2)区域内匀强磁场的磁感应强度B；
(3)线框在通过磁场区域过程中产生的焦耳热Q；
(4)线框从开始运动到边与边重合需经历多长时间。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【详解】
A．奥斯特在实验中观察到电流的磁效应，揭示了电和磁之间存在联系，故A错误；
B．奥斯特在实验中观察到电流的磁效应，法拉第进一步分析和实验后证实了磁生电的猜想，故B错误；
C．楞次通过实验探究得出，闭合回路中感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，故C正确；
D．安培根据通电螺线管产生的磁场和条形磁铁的磁场的相似性，提出了分子电流假说，故D错误。
故选C。
2．B
【详解】
A．线框进入磁场过程中，根据楞次定律，并结合右手螺旋定则，知线框中感应电流方向，A错误；
B．线框进入磁场过程中，穿过线框的磁通量增大，线框有收缩的趋势，bc边受到的安培力方向向上，B正确；
C．线框离开磁场过程中，根据楞次定律，并结合右手螺旋定则，感应电流方向，C错误；
D．线框离开磁场过程中，穿过线框的磁通量减少，线框有扩张的趋势，da边受到的安培力方向向上，D错误。
故选B。
3．D
【详解】
在我国上空地磁场有竖直向下的分量，歼-20战斗机在我国上空巡航时，水平机翼切割磁感线，根据右手定则，无论飞机向什么方向运动，对飞行员而言，左方机翼的末端电势总是高于右方机翼的末端，即1总比2高。
故选D。
4．D
【详解】
ABC．稳定时，灯泡A与线圈L并联，故两者电压相等，通过线圈的电流为I1，通过小灯泡的电流为I2，由于稳定后开关S再断开，小灯泡闪亮一下，这是因为线圈产生的自感电动势阻碍磁通量减小，这时线圈相当于电源，电流突然增大到原来线圈的电流I1，所以可以判断I1>I2，结合欧姆定律可知，线圈L的电阻小于灯泡A的电阻，A错误，B错误，C错误；
D．在断开开关瞬间，线圈中产生自感电动势，线圈相当于电源，线圈右端为电源正极，是的灯泡中的电流为为b→a，C错误，D正确。
故选D
5．A
【详解】
A．甲图中，当磁铁靠近线圈时，线圈中产生如图所示从下到上的感应电流，根据安培定则可知线圈的上端相当于N极，则与上面磁铁的N极相互排斥；同理，乙图中线圈与磁铁之间也是相互排斥的，选项A正确；
B．由甲、乙可知，感应电流的方向由穿过线圈的磁场方向以及磁通量的变化情况共同决定，选项B错误；
C．由丙可知，当磁铁远离线圈时，线圈中产生的感应电流的磁场上端是S极，与磁铁的N极相互吸引；同理可知丁图中，线圈中产生的感应电流的磁场上端是N极，与磁铁的S极相互吸引；选项C错误；
D．由丙、丁可知，穿过线圈的磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同，选项D错误。
故选A。
6．C
【详解】
当磁铁N极向下运动时，导致向下穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律可知，线圈产生的感应磁场方向与原磁场方向相反，再由安培定则可知感应电流方向沿线圈盘旋而下，由于线圈相当于电源，则流过的电流方向由b到a，线圈对电容器充电，使得下极板带正电，上极板带负电，C正确，ABD错误；
故选C。
7．C
【详解】
B．对导体棒，据动能定理可得
B正确，不符合题意；
AC．根据功能关系及能量守恒可知，磁铁克服磁场力做的功等于导体棒获得的动能与回路产生的焦耳热，即
整理可得
A正确，不符合题意，C错误，符合题意；
D．由于磁铁匀速上升，对磁铁由动能定理可得
又
联立解得
D正确，不符合题意。
故选C。
8．B
【详解】
棒AB做切割磁感线运动，根据右手定则，B端带正电，A端带负电，故B端受向下的电场力，A端受到向上的电场力，故B端先落地。
故选B。
9．D
【详解】
A．开关S闭合时，b、c灯立即亮，因为线圈产生自感，会阻碍该支路电流的增大，所以a灯逐渐亮，A错误；
B．开关S闭合，电路稳定后，因L的直流电阻忽不计，则a与b并联，三个灯泡都有电流流过，a、b、c灯都亮，B错误；
CD．开关S闭合，电路稳定后，因L的直流电阻忽不计，b灯和电阻串联，则流过a灯的电流 大于b灯的电流 ，开关S断开时，c灯立即熄灭，线圈及b、a灯构成回路，线圈产生自感电流阻碍电流减小，流过b、a灯，则a灯逐渐熄灭，b灯闪亮一下再逐渐熄灭，C错误D正确。
故选D。
10．C
【详解】
设导线框完全滑入时速度为v，对导线框滑入过程，由动量定理有
在滑入磁场的某极短时间内有
故滑入磁场的整个过程位移为l，满足
导线框滑出磁场过程有
联立解得
据能量守恒可得，线框滑进磁场过程中产生的热量为
线框滑出磁场过程中产生的热量为
故
C正确。
故选C。
11．C
【详解】
A．金属棒转动过程中，切割磁感线逆时针转动，根据右手定则，可以判断出A点电势始终低于B点，A错误；
B．金属棒第一次转到竖直位置时，转动的角速度为，则电动势
此时AB两端的电压为路端电压，则有
B错误；
C．从静止开始到金属棒第一次转到竖直位置的过程中，通过电阻R的电量为
C正确；
D．根据能量守恒可知，减少的重力势能等于回路中产生的焦耳热和金属棒的动能之和，故D错误。
故选C。
12．B
【详解】
A．图1中，最终A1与A2的亮度相同，两个支路电流相同，又由于两个灯泡电阻相同，所以变阻器R与L1的电阻值相同，故A正确；
B．图1中，断开S1瞬间，电感线圈由于自感现象，L1对电流有阻碍作用，此时自感线圈相当于一个新电源，两灯泡会逐渐熄灭，而稳定时两并联支路的电流相等，则灯A2将不会闪亮，故B错误；
CD．图2中，断开S2的瞬间，A3灯突然闪亮，是因为电路稳定时，L2的电流大于A3的电流，可知L2的电阻小于A3的电阻，故CD正确。
此题选择错误选项，故选B。
13．B
【详解】
A．金属棒ab保持静止，受到的安培力与重力平衡，则知金属杆ab受到的安培力方向竖直向上，由左手定则判断可知，金属棒中电流方向由a→b，线圈中感应电流方向由M→P，线圈中感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，由楞次定律判断可知，磁场B2均匀增大，故A错误；
C．金属棒ab保持静止，根据平衡条件得
解得金属棒中的电流
故C错误；
B．根据闭合电路欧姆定律得线圈产生的感应电动势为
根据法拉第电磁感应定律得
解得
故B正确；
D．断开K之后，金属棒ab先向下做加速运动，后做匀速运动，速度达到最大，由平衡条件得
解得金属棒ab下滑的最大速度为
故D错误。
故选B。
14．A
【详解】
当导体棒向右运动时，根据楞次定律和安培定则可知，电流沿逆时针方向，二极管导通，则金属棒两端电压
Uab=E=BLv=BLvmsint
当导体棒向左运动时，二极管断路，则金属棒两端电压
Uab=BLv=BLvmsint
故选A。
15．C
【详解】
A．在0~时间内，磁感应强度先向下减小再反向增大，由楞次定律可知，感应电流方向不变，均由b→a，A错误；
B．0~时间内，回路产生的感应电动势为
感应电流为
流过ab边的电荷量为
联立可得
B错误；
C．因在0~T时间内
大小不变，则感应电流大小
不变，ab边通过的电流大小恒定，故受到的安培力大小恒为
联立可解得
C正确。
D．在0~时间内，由左手定则可知，ab边受到的安培力方向水平向左，~T时间内，ab边的电流由a→b，受到的安培力方向水平向右，D错误；
故选C。
16． 加速度减小的变减速
【详解】
[1]金属棒向右运动时，受到向左的安培力作用，且随速度的减小，感应电流减小，安培力减小，加速度减小，则导体棒做加速度减小的变减速运动；
[2]由能量关系可知整个回路产生的热能
电阻R消耗的总电能为
17． 北 2.4×10-3
【详解】
[1]根据右手定则可知，此时车厢靠北的一侧电势更高。
[2]根据法拉第电磁感应定律有，两个侧面的电压为
18． 负电 Bdv
【详解】
（1）[1]由左手定则可知，金属板A带负电，A项错误；
（2）[2]在开关K断开时，设金属板A、C间电势差为，则有
得
（3）[3]在开关闭合时，电流通过金属板A、C间电阻为
由闭合电路欧姆定律得
（4）[4]在开关K闭合时，金属棒L所受安培力为
19． 偏向正接线柱 S极 向上 逆时针
【详解】
（1）[1]由图甲可知，磁体向下运动，穿过线圈的磁通量增加，原磁场方向向下，根据楞次定律可知线圈中感应磁场方向向上，再根据安培定则可知感应电流方向（从上向下看）为逆时针方向，即电流从正接线柱流入电流计，指针偏向正接线柱。
（2）[2]由图乙可知，电流从负接线柱流入电流计，根据安培定则，感应电流的磁场方向向下，又知磁通量增加，根据楞次定律可知，原磁场方向向上，即磁体下方为S极。
（3）[3]由图丙可知，磁场方向向下，电流从负接线柱流入电流计，根据安培定则，感应电流的磁场方向向下，根据楞次定律可知，磁通量减小，磁体的运动方向向上。
（4）[4]由图丁可知，磁体向上运动，穿过线圈的磁通量减小，原磁场方向向上，根据楞次定律可知感应磁场的方向向上，再根据安培定则可知，感应电流方向（从上向下看）为逆时针。
20．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）线圈匝数为
磁通量变化率为
根据法拉第电磁感应定律可得
（2）磁通量变化率为
线圈匝数为
根据法拉第电磁感应定律
（3）线圈匝数为
磁通量的变化率为
根据法拉第电磁感应定律
21．（1）；（2）；（3）见解析；（4）
【详解】
（1）对导体棒受力分析，根据牛顿第二定律
解得
（2）导体棒运动到cd位置时，速度不变，处于平衡状态，设速度为v
得
导体棒受力平衡，则
代入数据解得
（3）导体棒做加速度减小的加速运动，最后匀速，则v-t图像如图：
（4）根据能量守恒
解得
22．（1）b到a，0.5V，0.1N；（2）见解析；（3）0.55N；（4）1.08m/s
【详解】
(1)由右手定则可知，ab杆中的电流方向由b到a，4s末的感应电流为
电动势为
E=I(R+r)=0.5V
由
E=BLv
此时受到的安培力为
联立解得
F安=BIL=0.1N
(2)撤去拉力，ab杆仅受安培力和摩擦力作用，两力均与运动方向相反，故ab杆做减速运动，由于安培力为
由牛顿第二定律可得
随着速度v变小，加速度a也变小，最终ab杆会静止。
(3)若ab杆做匀速运动，则满足
F=μmg+F安=0.5N
加速到第4s末时速度最大，安培力最大，故拉力最大，加速度为
可得最大拉力为
(4)若第4s末开始，拉力的功率不变，此时功率为
P=Fm·v=0.55×1W=0.55W
设ab杆的最大速度为vm，此时的拉力为F′，则满足
代入数据解得
vm=1.08m/s
23．(1)；(2)；(3)18J；(4)2.2s
【详解】
(1)设进入磁场时速度为，由机械能守恒得
解得
(2)在磁场中运动所受安培力
根据平衡条件则有
联立解得
(3)由能量守恒可得线框在通过磁场区域过程中产生的焦耳热
(4)金属线框从到的过程，根据牛顿第二定律有
解得
金属线框从到的过程的时间
金属线框在通过磁场区域过程的时间
重物着地以后，根据牛顿第二定律有
根据位移时间公式有
解得
总时间
答案第1页，共2页
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