牛顿第一定律 （高中必修 第一册）
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课题 §3-1牛顿第一定律 （高中必修 第一册）
课程类型 新知识课
教学目标 1、知识目标：知道伽利略和亚里士多德对力和运动的关系的不同认识，知道伽利略的理想实验和它的推导过程和结论，知道理想实验是科学研究的重要方法理解牛顿第一定律的内容和意义知道什么是惯性，会正确解释有关惯性的现象会应用牛顿第一定律分析平衡状态中的物体有关问题。2、能力目标： 通过实例分析培养学生的观察能力和分析推理问题的能力价值观的培养 通过教学活动，使学生具有对科学的求知欲，乐于探索自然现象和日常生活中的物理道理，认识到直观并不可靠的道理，并培养学生对物理学前辈的钻研精神的仰慕之情。
教学重点 ①伽利略理想实验②牛顿第一定律③惯性现象
难点 ①对理想实验方法的理解②对牛顿第一定律的理解
教法 讲授、演示实验、分小组讨论
教具 课件、水陀螺、水
教 学 过 程 设计思想
引 入 新 课 教师提出引导性问题：“在匀速直线运动的火车上的乘客，如果竖直向上抛出一个苹果，那么它会落到抛出处、抛出处之前、还是抛出处之后？”（学生讨论回答）播放视频：匀速直线运动的小火车，在火车的顶部有一个小孔，火车轨道的中段有一座拱形“桥”，当火车的小孔到达桥前方时，从孔里跳出一个小球，小球跨过桥后，恰好落回小孔中）教师分析问题：如果这个小孔是手的话，这个小球是苹果的话，在匀速直线运动的火车上竖直上抛苹果，苹果一定落回手中。 请学生解释现象的原因。 ①初中课本中提到的在匀速直线运动的火车上竖直上抛苹果，苹果一定落回手中，这个问题很多学生很有疑惑，由于设备的问题没有得以解决，不管是在实践中还是在理论上学生都觉得难以理解引起学生的求知欲，原来没有得到解决的问题，在高中的知识继续得到解决，进一步加深对这个问题的探讨热情②回顾学生的定势：小球不在火车上后，不受到火车对它的拉力，它的速度就会减小？甚至为0。③教师的行为和生活往往能引起学生的关注，提出自拍的录像为了引起现在学生的共鸣，吸引学生的注意力，另外针对现在学生课外活动的单调缺失，给他们一个课外活动的导向——科技馆。
进 行 新 课 一、认识力和运动关系的历史发展进程1、人们观察生活实践的经验总结举日常生活的例子（图片）：用力推车，车就运动；火车进站，关掉发动机，就开始慢慢停下来；荡秋千的时候，没有人推动秋千，秋千慢慢停下来。学生讨论总结：直观的观察结果得到必须有力作用在物体上，物体才会运动，如果没有力作用在物体上，物体就会停止下来——哲学家亚里士多德对经验的总结（说明这个经验总结影响了人们两千多年）。2、伽利略的理想实验【教师提出引导性问题：历史上有位著名的科学家伽利略，你们了解到他有哪些贡献？（学生回答：自由落体中斜塔实验；初中课本单摆的等时性），他是一名伟大的物理学家】教师宣布：伽利略利用理想实验的方法推翻了两千多年的错误思想作图：两个完全光滑的对接斜面A和B，斜面与水平面夹角分别为θ1和θ2，小球在斜面上运动的距离分别为L1、L2教师提出引导性问题： 让小球从斜面的同一高度自由滚下，当θ1=θ2时，小球在另一斜面上运动能到达原来的高度吗？当θ2减小一半时，当θ2减小得更加小时，小球在另一斜面运动还能到达原来的高度吗？它通过斜面的路程有何变化？用实验验证教师对实验分析推理：小球从斜面的同一高度自由滚下，当θ1=θ2时，如果无摩擦阻力，小球要上升到相同的高度，此时L1=L2；当θ2减小一半时，小球也要上升到相同的高度，由于θ1＞θ2，所以L1＜L2；当θ2减小得更加小时，小球也要上升到相同的高度，所以L2变得更加大；如果θ2=0，那么小球也想上升到同样的高度，它能到达吗？（学生思考回答）L2就会无穷远。教师提出引导性问题：①为什么这个实验称为理想实验？②这个实验和前面亚里士多德的经验总结有什么不一样？ 在亚里士多德的经验总结中，我们看到的问题是什么？③这样的科学研究方法在中学学习中哪些地方碰到过？你对这样的方法有什么看法？教师对理想实验的研究方法进行评价，指导学生阅读课本P45“阅读材料”：指出伽利略的这个研究方法和发现的问题是人类思想史上的伟大成就，标志着物理学的真正开端，并回顾伽利略的斜塔自由落体实验，对比日常生活中直观观察结果和在牛顿管中看到现象，指出牛顿管中也是相对真空，也是一种推理理想状态下的结果；在做真空不能传声的实验中，怎么样运用了推理理想状态的实验思维方法得出结论，进一步加深学生对理想的实验方法在物理学中的应用的印象，揭示这个实验方法的重要性。 ①直观的观察实例得出结论和古人有共鸣，吸引学生的注意力，明白直观的观察也是方法之一，为后面理想实验法埋下伏笔，对比深刻；②介绍理想实验的时候注意给个角度和距离等物理量标上字母，有利于讲解时清楚明了；③实验给学生直观的感受，把思维推导和实物结合起来，更加容易接受。④回顾所学的知识，渗透到理想实验的科学方法有利于加深学生的理解和印象；⑤对伽利略成就的分析评价，有利于培养学生人文精神，发扬榜样的力量。
3、笛卡尔的进一步补充和完善：如果没有其他原因，运动的物体将以同一速度沿一条直线运动，既不会停下来也不会偏离原来方向。4、演示实验：物体不受力作用时会保持匀速运动教师提出引导性问题：①气垫导轨中的空气作用是什么？②当滑块在获得速度后， ⑥不管课件和录像如何精彩，都不能替代亲眼看到实验的成功能说明问题，所以课本的演示实验要现场做给学生观察。⑦上一章才学习了打点计时器的运用，在这里恰好可以使学生对它加深印象，更加能明白实验原理。
二、牛顿第一定律1、牛顿第一定律（惯性定律）牛顿在伽利略和笛卡尔的研究基础上，再加上自己的研究成果总结出动力学的三大定律这三大定律揭示了运动和力的关系，是动力学的基础。 ●定律的内容：一切物体总保持匀速直线运动和静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。●教师提出引导性问题：①根据牛顿第一定律，外力是迫使物体改变静止状态或者改变匀速直线运动状态的原因。回顾前面讲述实例，分析什么使被推动的车停下来？什么使关闭发动机的火车停下来？什么使秋千停下来？ （学生讨论回答）教师提出引导性问题：②在物体突然失去外力时，物体是静止还是做匀速直线运动？（学生根据初中知识可以作答）教师进一步提出引导性问题：如果原来做变速运动的物体，比如匀速圆周运动，突然失去外力了，它能保持做圆周运动吗？那么它是怎么样运动的呢？（学生小组讨论后再黑板上画出自己的示意图） 牛顿第一定律在初中阶段有所了解，主要针对还没有得到完全解决的问题进行课程。①强调牛顿是在前人的基础上总结出牛顿第一定律的，可以引用他的话“我是站在巨人的肩膀上成功的。”②学生对原来静止的物体失去外力后保持静止，原来匀速直线运动的物体失去外力后保持匀速直线运动时很熟悉的，但是对变速运动刚刚失去外力时情况就很难理解，因此在这里设计一个实验来给学生进一步加深印象。
实验演示：用电动机使陀螺转动，在陀螺里面有一些小格子，可以装水，外壁上有一些小孔，小孔在陀螺高速旋转的时候自动打开，就会看到原来圆周运动的水的运动轨迹。教师再次提出更深入的引导性问题：让学生对比看到的现象和黑板上的哪个图一致？为什么？教师解释：在黑板上作图，画出圆周运动的速度方向，对比水珠的运动轨迹得出结论：无论是在做什么运动的物体，突然失去外力时，应该保持失去外力的瞬时速度做匀速直线运动。教师提出引导性问题：③如果外力是平衡力，它们能迫使物体改变运动状态吗？为什么？ 学生讨论后回答：不能，原因是平衡力作用效果相互抵消，相当于合外力为0的作用。引出牛顿第一定律可以推广为：一切物体总保持匀速直线运动和静止状态，直到有不为0的合外力迫使它改变这种状态为止。 ③学生对圆周运动的物体失去外力后的情况有两个疑惑，一是还是做圆周运动，一是反向延长线过圆心，沿直线放射状射出去，而在转动的水陀螺中射出来的水珠却是螺旋形，水珠是沿圆周的切线射出去的，就可以打破学生的思维定势，更进一步理解原来运动的物体（不管是变速还是匀速直线），如果不受外力的作用了，都要做匀速直线运动。④这个推广初中有过类似的表述，学生理解比较容易。
2、惯性按照牛顿第一定律引出惯性的定义。●说明：所有物体在任何时候任何情况下都具有惯性，惯性是物体的固有属性。●学生分小组分别举出一个关于惯性的例子，并用力学知识解释它。 惯性在初中学习中有过较深入的学习，主要的学习障碍是运动的汽车中掉出的物体、竖直上升的热气球上掉出的物体到底是怎么样运动的.
●游戏“大家来找茬”：放两段都是正在上升的物体上掉下一个小物体的动画片，节选自《猫和老鼠》和《飞屋环游记》（一是符合力学情况的掉出来的物体相对于地面先上升后下降，一是不符合力学原理相对于地面马上下降）教师提出引导性问题：物体从正在上升的物体中落下，实际的运动情况是片段中的那段？为什么？（学生思考讨论）教师用提问的方法引导学生总结：在竖直上升的物体里掉出一个物体，这个物体的开始时速度是多少？它具有惯性吗？应该要保持怎么样的运动？为什么无法保持？所以哪个片段是符合力学原理的？教师提出更深一步引导性问题：从上一章的匀变速直线运动来看，物体掉出来的初速度是怎么样？这样的运动是什么运动？它的运动规律是什么样的？（学生讨论回答:指出这是竖直上抛运动，鼓励学生可以课后想办法验证。） ①利用学生爱看的动画片来激起学生学习的兴趣，也使他们发现在生活中无时无刻不充满着对物理学知识的运用，开拓他们的视野，时时刻刻发现和运用物理学知识。②学生能从教师的提示中得出竖直上抛运动，既与前一章联系起来，又使当前的问题进一步深刻。
●回顾课前引入教师提出引导性问题：在匀速直线运动的火车上竖直抛出一个物体的情况，这个物体会落回抛出处，为什么？请用今天的知识解释。教师肯定学生的回答并提出思考：为什么在火车上没有考虑水平方向上的空气阻力会改变物体的运动速度？为什么视频里面的小火车要用透明的玻璃盖起来？（学生课后讨论） ③回顾开头的例子，帮助学生更加好地小结本节的知识，学生应该能用牛顿第一定律和惯性知识去解释这个现象。
小结 教师提出引导性问题：在没有提出这个定律之前，人们总认为力是维持物体运动速度的原因，提出这个定律之后，请同学谈谈你的看法。（得出：力是改变物体的速度的原因） 通过小结为后面的课程设置伏笔：力是产生加速度的原因。
后 记
这节课是以讲授的形式开展，其中虽然穿插学生的小组讨论，但是教师在其中还是起主导作用的。在教学的内容上看，作为初中重点内容的一节课，在高中也作为一节新课进行，最关键的还是要解决初中生思维中难以解决的问题，而在高中不仅需要彻底地解决它们，而且要为前面的匀变速直线运动做一个解释，还要为后面的牛顿第二定律、圆周运动等知识做一个铺垫。从教学的能力培养上看，这节课不管是在初中还是高中，关键的理想实验这样思维推理方法都是在我们物理学习和研究过程中所必备的，所以在课堂教学中把曾经接触过的关于理想实验科学研究方法的思维推理都重新疏导一遍，给学生耳目一新的感觉，同时也提高了学生总结概括能力；在形象思维的培养方面，这节课使用了大量的动画器材、视频以及课堂实验，目的除了给学生深刻的印象和开拓想象的空间之外，还有鼓励学生积极地在生活中发现物理、运用物理， 鼓励学生多思考、多动手去解决实际中的问题。在学生人文素质的培养方面，多发挥科学家的榜样作用，也是鼓励学生有坚忍不拔的意志，有深入探究真理的精神。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
课程类型 新知识课
教学目标 1、知识目标：知道伽利略和亚里士多德对力和运动的关系的不同认识，知道伽利略的理想实验和它的推导过程和结论，知道理想实验是科学研究的重要方法理解牛顿第一定律的内容和意义知道什么是惯性，会正确解释有关惯性的现象会应用牛顿第一定律分析平衡状态中的物体有关问题。2、能力目标： 通过实例分析培养学生的观察能力和分析推理问题的能力价值观的培养 通过教学活动，使学生具有对科学的求知欲，乐于探索自然现象和日常生活中的物理道理，认识到直观并不可靠的道理，并培养学生对物理学前辈的钻研精神的仰慕之情。
教学重点 ①伽利略理想实验②牛顿第一定律③惯性现象
难点 ①对理想实验方法的理解②对牛顿第一定律的理解
教法 讲授、演示实验、分小组讨论
教具 课件、水陀螺、水
教 学 过 程 设计思想
引 入 新 课 教师提出引导性问题：“在匀速直线运动的火车上的乘客，如果竖直向上抛出一个苹果，那么它会落到抛出处、抛出处之前、还是抛出处之后？”（学生讨论回答）播放视频：匀速直线运动的小火车，在火车的顶部有一个小孔，火车轨道的中段有一座拱形“桥”，当火车的小孔到达桥前方时，从孔里跳出一个小球，小球跨过桥后，恰好落回小孔中）教师分析问题：如果这个小孔是手的话，这个小球是苹果的话，在匀速直线运动的火车上竖直上抛苹果，苹果一定落回手中。 请学生解释现象的原因。 ①初中课本中提到的在匀速直线运动的火车上竖直上抛苹果，苹果一定落回手中，这个问题很多学生很有疑惑，由于设备的问题没有得以解决，不管是在实践中还是在理论上学生都觉得难以理解引起学生的求知欲，原来没有得到解决的问题，在高中的知识继续得到解决，进一步加深对这个问题的探讨热情②回顾学生的定势：小球不在火车上后，不受到火车对它的拉力，它的速度就会减小？甚至为0。③教师的行为和生活往往能引起学生的关注，提出自拍的录像为了引起现在学生的共鸣，吸引学生的注意力，另外针对现在学生课外活动的单调缺失，给他们一个课外活动的导向——科技馆。
进 行 新 课 一、认识力和运动关系的历史发展进程1、人们观察生活实践的经验总结举日常生活的例子（图片）：用力推车，车就运动；火车进站，关掉发动机，就开始慢慢停下来；荡秋千的时候，没有人推动秋千，秋千慢慢停下来。学生讨论总结：直观的观察结果得到必须有力作用在物体上，物体才会运动，如果没有力作用在物体上，物体就会停止下来——哲学家亚里士多德对经验的总结（说明这个经验总结影响了人们两千多年）。2、伽利略的理想实验【教师提出引导性问题：历史上有位著名的科学家伽利略，你们了解到他有哪些贡献？（学生回答：自由落体中斜塔实验；初中课本单摆的等时性），他是一名伟大的物理学家】教师宣布：伽利略利用理想实验的方法推翻了两千多年的错误思想作图：两个完全光滑的对接斜面A和B，斜面与水平面夹角分别为θ1和θ2，小球在斜面上运动的距离分别为L1、L2教师提出引导性问题： 让小球从斜面的同一高度自由滚下，当θ1=θ2时，小球在另一斜面上运动能到达原来的高度吗？当θ2减小一半时，当θ2减小得更加小时，小球在另一斜面运动还能到达原来的高度吗？它通过斜面的路程有何变化？用实验验证教师对实验分析推理：小球从斜面的同一高度自由滚下，当θ1=θ2时，如果无摩擦阻力，小球要上升到相同的高度，此时L1=L2；当θ2减小一半时，小球也要上升到相同的高度，由于θ1＞θ2，所以L1＜L2；当θ2减小得更加小时，小球也要上升到相同的高度，所以L2变得更加大；如果θ2=0，那么小球也想上升到同样的高度，它能到达吗？（学生思考回答）L2就会无穷远。教师提出引导性问题：①为什么这个实验称为理想实验？②这个实验和前面亚里士多德的经验总结有什么不一样？ 在亚里士多德的经验总结中，我们看到的问题是什么？③这样的科学研究方法在中学学习中哪些地方碰到过？你对这样的方法有什么看法？教师对理想实验的研究方法进行评价，指导学生阅读课本P45“阅读材料”：指出伽利略的这个研究方法和发现的问题是人类思想史上的伟大成就，标志着物理学的真正开端，并回顾伽利略的斜塔自由落体实验，对比日常生活中直观观察结果和在牛顿管中看到现象，指出牛顿管中也是相对真空，也是一种推理理想状态下的结果；在做真空不能传声的实验中，怎么样运用了推理理想状态的实验思维方法得出结论，进一步加深学生对理想的实验方法在物理学中的应用的印象，揭示这个实验方法的重要性。 ①直观的观察实例得出结论和古人有共鸣，吸引学生的注意力，明白直观的观察也是方法之一，为后面理想实验法埋下伏笔，对比深刻；②介绍理想实验的时候注意给个角度和距离等物理量标上字母，有利于讲解时清楚明了；③实验给学生直观的感受，把思维推导和实物结合起来，更加容易接受。④回顾所学的知识，渗透到理想实验的科学方法有利于加深学生的理解和印象；⑤对伽利略成就的分析评价，有利于培养学生人文精神，发扬榜样的力量。
3、笛卡尔的进一步补充和完善：如果没有其他原因，运动的物体将以同一速度沿一条直线运动，既不会停下来也不会偏离原来方向。4、演示实验：物体不受力作用时会保持匀速运动教师提出引导性问题：①气垫导轨中的空气作用是什么？②当滑块在获得速度后， ⑥不管课件和录像如何精彩，都不能替代亲眼看到实验的成功能说明问题，所以课本的演示实验要现场做给学生观察。⑦上一章才学习了打点计时器的运用，在这里恰好可以使学生对它加深印象，更加能明白实验原理。
二、牛顿第一定律1、牛顿第一定律（惯性定律）牛顿在伽利略和笛卡尔的研究基础上，再加上自己的研究成果总结出动力学的三大定律这三大定律揭示了运动和力的关系，是动力学的基础。 ●定律的内容：一切物体总保持匀速直线运动和静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。●教师提出引导性问题：①根据牛顿第一定律，外力是迫使物体改变静止状态或者改变匀速直线运动状态的原因。回顾前面讲述实例，分析什么使被推动的车停下来？什么使关闭发动机的火车停下来？什么使秋千停下来？ （学生讨论回答）教师提出引导性问题：②在物体突然失去外力时，物体是静止还是做匀速直线运动？（学生根据初中知识可以作答）教师进一步提出引导性问题：如果原来做变速运动的物体，比如匀速圆周运动，突然失去外力了，它能保持做圆周运动吗？那么它是怎么样运动的呢？（学生小组讨论后再黑板上画出自己的示意图） 牛顿第一定律在初中阶段有所了解，主要针对还没有得到完全解决的问题进行课程。①强调牛顿是在前人的基础上总结出牛顿第一定律的，可以引用他的话“我是站在巨人的肩膀上成功的。”②学生对原来静止的物体失去外力后保持静止，原来匀速直线运动的物体失去外力后保持匀速直线运动时很熟悉的，但是对变速运动刚刚失去外力时情况就很难理解，因此在这里设计一个实验来给学生进一步加深印象。
实验演示：用电动机使陀螺转动，在陀螺里面有一些小格子，可以装水，外壁上有一些小孔，小孔在陀螺高速旋转的时候自动打开，就会看到原来圆周运动的水的运动轨迹。教师再次提出更深入的引导性问题：让学生对比看到的现象和黑板上的哪个图一致？为什么？教师解释：在黑板上作图，画出圆周运动的速度方向，对比水珠的运动轨迹得出结论：无论是在做什么运动的物体，突然失去外力时，应该保持失去外力的瞬时速度做匀速直线运动。教师提出引导性问题：③如果外力是平衡力，它们能迫使物体改变运动状态吗？为什么？ 学生讨论后回答：不能，原因是平衡力作用效果相互抵消，相当于合外力为0的作用。引出牛顿第一定律可以推广为：一切物体总保持匀速直线运动和静止状态，直到有不为0的合外力迫使它改变这种状态为止。 ③学生对圆周运动的物体失去外力后的情况有两个疑惑，一是还是做圆周运动，一是反向延长线过圆心，沿直线放射状射出去，而在转动的水陀螺中射出来的水珠却是螺旋形，水珠是沿圆周的切线射出去的，就可以打破学生的思维定势，更进一步理解原来运动的物体（不管是变速还是匀速直线），如果不受外力的作用了，都要做匀速直线运动。④这个推广初中有过类似的表述，学生理解比较容易。
2、惯性按照牛顿第一定律引出惯性的定义。●说明：所有物体在任何时候任何情况下都具有惯性，惯性是物体的固有属性。●学生分小组分别举出一个关于惯性的例子，并用力学知识解释它。 惯性在初中学习中有过较深入的学习，主要的学习障碍是运动的汽车中掉出的物体、竖直上升的热气球上掉出的物体到底是怎么样运动的.
●游戏“大家来找茬”：放两段都是正在上升的物体上掉下一个小物体的动画片，节选自《猫和老鼠》和《飞屋环游记》（一是符合力学情况的掉出来的物体相对于地面先上升后下降，一是不符合力学原理相对于地面马上下降）教师提出引导性问题：物体从正在上升的物体中落下，实际的运动情况是片段中的那段？为什么？（学生思考讨论）教师用提问的方法引导学生总结：在竖直上升的物体里掉出一个物体，这个物体的开始时速度是多少？它具有惯性吗？应该要保持怎么样的运动？为什么无法保持？所以哪个片段是符合力学原理的？教师提出更深一步引导性问题：从上一章的匀变速直线运动来看，物体掉出来的初速度是怎么样？这样的运动是什么运动？它的运动规律是什么样的？（学生讨论回答:指出这是竖直上抛运动，鼓励学生可以课后想办法验证。） ①利用学生爱看的动画片来激起学生学习的兴趣，也使他们发现在生活中无时无刻不充满着对物理学知识的运用，开拓他们的视野，时时刻刻发现和运用物理学知识。②学生能从教师的提示中得出竖直上抛运动，既与前一章联系起来，又使当前的问题进一步深刻。
●回顾课前引入教师提出引导性问题：在匀速直线运动的火车上竖直抛出一个物体的情况，这个物体会落回抛出处，为什么？请用今天的知识解释。教师肯定学生的回答并提出思考：为什么在火车上没有考虑水平方向上的空气阻力会改变物体的运动速度？为什么视频里面的小火车要用透明的玻璃盖起来？（学生课后讨论） ③回顾开头的例子，帮助学生更加好地小结本节的知识，学生应该能用牛顿第一定律和惯性知识去解释这个现象。
小结 教师提出引导性问题：在没有提出这个定律之前，人们总认为力是维持物体运动速度的原因，提出这个定律之后，请同学谈谈你的看法。（得出：力是改变物体的速度的原因） 通过小结为后面的课程设置伏笔：力是产生加速度的原因。
后 记
这节课是以讲授的形式开展，其中虽然穿插学生的小组讨论，但是教师在其中还是起主导作用的。在教学的内容上看，作为初中重点内容的一节课，在高中也作为一节新课进行，最关键的还是要解决初中生思维中难以解决的问题，而在高中不仅需要彻底地解决它们，而且要为前面的匀变速直线运动做一个解释，还要为后面的牛顿第二定律、圆周运动等知识做一个铺垫。从教学的能力培养上看，这节课不管是在初中还是高中，关键的理想实验这样思维推理方法都是在我们物理学习和研究过程中所必备的，所以在课堂教学中把曾经接触过的关于理想实验科学研究方法的思维推理都重新疏导一遍，给学生耳目一新的感觉，同时也提高了学生总结概括能力；在形象思维的培养方面，这节课使用了大量的动画器材、视频以及课堂实验，目的除了给学生深刻的印象和开拓想象的空间之外，还有鼓励学生积极地在生活中发现物理、运用物理， 鼓励学生多思考、多动手去解决实际中的问题。在学生人文素质的培养方面，多发挥科学家的榜样作用，也是鼓励学生有坚忍不拔的意志，有深入探究真理的精神。
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