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物质科学(一)
第12课时
欧姆定律
知识导引
1.欧姆定律
内容,公式
2.实验探究
探究电流与电压的关系,探究电流与电阻的关系
3.伏安法测电阻
原理,电路操作,多次测量,单个电表测电阻
导体中的电流,跟这段导体两端的电压成正比,跟这段导体的电阻成反比
1.欧姆定律
①
定律中的研究对象是什么?
定值电阻
R
D
1.由欧姆定律可导出R=。下列说法正确的是(
)
A.当电压为0时,电阻为0
B.当电流增大2倍时,电阻减小2倍
C.当电压增大2倍时,电阻增大2倍
D.不管电压或电流如何变化,电阻不变
例1.某型号的电饭锅有两挡,分别是高温烧煮档和保温焖饭档,其原理如图所示(虚线框内为电饭锅的发热部位)。已知R1=44Ω,R2=2156Ω。
(1)开关S置于________挡(选填“1”或“2”)时是保温档;
(2)保温焖饭时电路中电流是多少?
2
I=
2.如图,某物理实验小组自己设计了一款电子量角器,测量范围是0至180°,AB为均匀半圆弧形电阻,O点为其圆心,OP为金属滑片,可绕O点转动。AO间连接的角度显示器实质为电压表改装而成,可用来显示∠AOP的大小。下列有关说法错误的是(
)
A.当滑片P沿顺时针方向转动时,电压表示数会变大
B.当滑片P沿顺时针方向转动时,电路中的电流大小不会改变
C.改装后的角度显示器刻度是均匀的
D.图中电压表可用电流表替换
D
3.[提高题]已知甲、乙两灯的额定电压均为6
V,如图所示为甲、乙两灯电流随其两端电压变化的曲线。现将两灯串联后接在某一电源两端,要使其中一个灯泡正常发光,并保证电路安全,则电路的工作电流和电源最大电压分别为(
)
A.0.5
A 12
V
B.1.5
A 12
V
C.1.5
A 8
V
D.0.5
A 8
V
D
4.[提高题]超导限流器是一种短路故障电流限制装置,它由超导部件和限流电阻并联组成,原理如图甲中虚线框内所示。超导部件的电阻R1随电流I变化关系如图乙所示。已知限流电阻R2=15
Ω,灯泡L上标有“6
V 15
Ω”字样。
(1)为使灯泡能正常工作,电源电压U=
V。
(2)灯泡短路时,电流表的示数是
A。
(3)为使超导限流器能正常控制电路,灯泡L的电阻取值范围是
。
6
1.2
大于等于10Ω
5.某款水位自动测控仪的测量原理如图甲所示,电源电压U恒为15V,定值电阻R0=10Ω,R1为一竖直固定光滑金属棒,总长40cm,阻值为20Ω,其接入电路的阻值与对应棒长成正比。弹簧上端固定,滑片P固定在弹簧下端且与R1接触良好,滑片及弹簧的阻值、重力均不计。圆柱体M通过无伸缩的轻绳挂在弹簧下端。当水位处于最高位置A时,M刚好浸没在水中,此时滑片P恰在R1最上端;当水位降至最低位置B时,M的下表面刚好离开水面。闭合开关S,试问:
(1)当水位下降时,金属棒接入电路的长度
,
电压表示数
。(均填“增大”或“减小”)
(2)当水位处于位置A时,电压表的示数为多少?
减小
减小
解:(2)当水位处于位置A时,滑片P在R1最上端,此时R1=20Ω,根据串联电路的电阻特点可知,电路的总电阻:R=R0+R1=10Ω+20Ω=30Ω,电路中的电流:I===0.5A,由I=得,R1两端的电压:U1=IR1=0.5A×20Ω=10V,即电压表示数为10V。
控制变量法
保持电阻不变,改变电压
保持电压不变,改变电阻
⑥
滑动变阻器的作用是什么?
①
本实验研究对象是什么?
②
需要测量的物理量?
定值电阻R
R两端的电压、通过R的电流
⑤
改变定值电阻两端电压的方法有哪些?
串联滑动变阻器R′
改变电池的数量
保护电路;
2.实验探究
(1)研究电流和电压的关系
(2)研究电流和电阻的关系
(3)当研究电流与电阻关系时,更换定值电阻后,需先移动滑动变阻器的滑片,改变接入电路的阻值,使定值电阻两端的电压保持不变,然后才能读数。
选择定值电阻而不是灯泡的原因:
调节定值电阻两端的电压,使电压保持不变或发生变化。
实验过程中保持电阻不变
例2.[2018
台州]某同学利用如图甲所示的电路进行实验,电源电压恒为3伏,更换5个定值电阻Rx,得到如图乙所示的图像。以下有关叙述正确的是(
)
A.该同学研究的是电流和电压的关系
B.实验中电压表的示数保持0.5伏不变
C.滑动变阻器阻值变化范围为1欧~5欧
D.将Rx从5欧换成10欧后,应将滑片P向左移
C
例3
[2019·温州]小明利用图甲电路研究电流与电压的关系,其中滑动变阻器最大阻值为500Ω,定值电阻R0阻值为10Ω。闭合开关,当滑片从最右端慢慢向左移动,发现最初电压表指针几乎不动,直到接近左端时电压表指针才开始有所偏转,继续左移,指针偏转角度迅速变大,即该滑动变阻器引起电压表示数发生明显变化的调节区域很小。本实验中,要使滑片每移动一段距离,都能引起电压表示数较为明显的变化,应选择怎样的滑动变阻器?小明用不同的电阻丝代替滑动变阻器,利用图乙进行如下实验:
①取3条长度都为100cm的粗细均匀电阻丝A、B、C,阻值分别为1Ω、20Ω、400Ω。
②将电阻丝A接入图乙电路,闭合开关,滑片P从最右端移到最左端,记录电压表示数U随滑片移动长度x变化的相关数据,多次测量。
③分别用电阻丝B、C代替A,重复步骤②。
④处理相关数据,获得“电压表示数U随移动长度x变化的关系”如图丙。
(1)图甲实验中,闭合开关,当滑动变阻器滑片处于最左端时,导线a与接线柱M处的连接意外断开,此时示数为零的电表是_________。
(2)分析图丙,实验过程中电压表示数变化范围与电阻丝阻值的关系是
___________________________________________________。
(3)若利用图乙研究通过R0的电流与其两端电压的关系,在A、B、C三条电阻丝
中,你认为选择哪一条电阻丝最合适并说明理由。
______________________________________________________________________________________________________。
电压表
电阻丝的阻值越大,电压表示数变化范围也越大
B;图乙电路中,B电阻丝上的滑片移动时,电压表示数始终能发生较明显变化,且变化范围较大
例4.[2020
湖州]小妍做了“研究通过定值电阻的电流与它两端电压的关系”的实验后,欲探究通过小灯泡的电流与小灯泡两端电压的关系。现有电压为9V的电源、规格为“6V 3.6W”的小灯泡、规格为“2A 10Ω”的滑动变阻器、导线、开关、电流表和电压表等器材。小妍根据图甲所示电路,实验时发现无论怎么调节滑动变阻器,电压表示数始终较大,无法探究电压更小时小灯泡的电流与电压的关系。小妍在老师的指导下,设计了如图乙所示的电路图,继续实验。
(1)当使用图甲电路进行实验,滑动变阻器阻值调到最大时,电压表示数为4V,此时电流表示数为
A。
0.5
(2)小妍根据电路图乙,连接实物电路如图丙所示。老师说少连了一根导线,请你帮她在图中添上这根导线。
(3)小妍按图乙正确连接后进行实验,采集数据,绘制了小灯电流与电压关系的曲线图,如图丁所示。
①AB段是直线,可得出的探究结论是:在电压较小时,
。
②BC段明显发生弯曲,是因为
。
通过小灯泡的电流与它两端的电压成正比
灯丝的电阻变大
例5 小明用如图甲所示的电路探究电流与电阻的关系。
(1)用笔画线代替导线将图中的电路连接完整。
(2)该实验中滑动变阻器的两个作用分别是:①
_________;
②
___________________________。
(3)实验时每次更换电阻,闭合开关后,观察电流表示数之前必须进行的操作______________________________________。
当将电阻从10Ω换成15Ω时,滑动变阻器的滑片向_____(选填“左”或“右”)移动。
序
号
①
②
③
④
⑤
电阻R(Ω)
5
10
15
20
25
电流I(A)
0.60
0.30
0.20
0.15
0.12
保护电路
控制定值电阻两端的电压不变
移动滑片,观察电压表示数,使其为3V
左
(4)在实验过程中,多测几组数据是为了_______________。
(5)通过数据,你得到的结论是____________________________。
(6)当小明再换接30Ω电阻时,无论怎样调节滑动变阻器,都不能使电压表示数为3V,分析其可能的原因:
__________________________________________。(答出一种情况即可)
寻找普遍性规律
电压一定时,电流与电阻成反比
滑动变阻器的最大阻值太小(或降低电源电压)
序
号
①
②
③
④
⑤
电阻R(Ω)
5
10
15
20
25
电流I(A)
0.60
0.30
0.20
0.15
0.12
(1)
伏安法测电阻原理:__
_。
(2)
画出实验电路图:
3.伏安法测电阻
(3)滑动变阻器的作用:
改变电路中的电流大小和保护电路。
(4)设计实验记录的表格
测得多组数据求平均,以减小误差
6.
[2019·湖州]科学兴趣小组的同学利用学过的知识,测量定值电阻Rx的阻值。
(1)同学们利用电路甲测量Rx的阻值,测量数据和结果如表一:根据表格中的数据可求得该电阻的阻值是__
____。
861Ω
(1)如图所示,图甲是实验的电路图。
①闭合开关S后,发现电流表和电压表的指针均不动。断开开关S,检查线路连接无误后,把电压表与b点相连的那根导线改接到c点,再次闭合开关S时,发现电流表的指针仍不动,但电压表的指针有明显的偏转。若电路中只有一处故障,则故障是
____________。
例6 在伏安法测电阻的实验中,实验的器材有:干电池3节,电流表、电压表各一个,开关2个,滑动变阻器1个,待测电阻2个,导线若干。
bc之间断路
②排除故障后,正确连接电路,闭合开关S,移动滑动变阻器的滑片P,当电压表的示数为1.6V时,电流表的示数如图乙所示,则电路中的电流为_______A。待测电阻R1=____Ω。
0.32
5
(2)实验时某小组同学利用一只电流表和最大阻值为R0的滑动变阻器R完成对未知电阻Rx的测量,如图丙所示是他们按照设计连接的部分实验电路。
①请你依据下面的实验步骤,用笔画线表示导线,将实验电路连接完整。(只添加一条导线)
(5)只有一个电流表,变阻器最大阻值不变,将滑动变阻器与电阻并联接入电路,测得变阻器最大值时,两支路电流(或一支路与干路电流),利用并联分流特点列式进行计算。
实验步骤:
A.开关S1和S2都断开,将滑动变阻器的滑片P移到阻值最大处,观察到电流表无示数。
B.保持滑片P位置不动,只闭合开关S1时,读取电流表的示数为I1。
C.再闭合开关S2时,读取电流表的示数为I2(I2>I1)。
②请你用I1、I2和R0表示Rx,则待测电阻Rx=______。
例7.[2019
衢州]小科按照实验要求,设计测量未知定值电阻Rx阻值(范围为400~600
Ω)的实验。器材:干电池两节(总电压为2~3
V),电压表(量程0~3
V、0~15
V)、电流表(量程0~0.6
A、0~3
A)、滑动变阻器(500
Ω 0.5
A)各一个,开关、导线若干。
(1)要求一:测算出Rx,且实验过程中不能拆接电路。小科设计实验电路如图甲。请分析
【提高题】
①小科在设计实验前通过估算发现,用所提供的电流表无法测
量出电路中的电流,其原因是
_______________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________________________________。
被测电阻阻值范围为400~600欧姆,2节干电池的总电压最大为3伏特,根据欧姆定律可估算出电路中最大电流值为0.0075
A,比电流表最小刻度值0.02安培小得多,因此电流表无法测量出电路中电流
②实验时,先将变阻器滑片P移到某一位置a处,读出电压表示数为U1,U1即为电源电压;再将变阻器滑片P移到另一位置b处,读出电压表示数为U2,则U1-U2就是此时滑动变阻器两端的电压。根据相关数据计算Rx的阻值。实验中滑片P所在的a、b处分别对应的位置是
__________________________________。
a点在最右端,b点在最左端
(6)有一个电压表,可利用电源电压不变,将滑动变阻器最大值与最小值接入,测得两电阻两端电压,再列式进行计算。
(2)要求二:增加一个电学器材实现Rx阻值的直接读取,且电路只能连接一次。小科增加了一个阻值可连续调节且可读数的变阻器Y,重新设计了图乙电路。实验步骤如下:
①先闭合开关S、S1,调节滑动变阻器的滑片使电压表示数为2
V。
②再断开开关S1,闭合开关S2,______________________________________,读取此时Y的数值。Y的示数即为Rx的阻值。
调节Y的阻值,使电压表示数为2
V
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2.3
欧姆定律
学案
一、知识导引
二、欧姆定律
1.由欧姆定律可导出R=U/I。下列说法正确的是(
)
A.当电压为0时,电阻为0
B.当电流增大2倍时,电阻减小2倍
C.当电压增大2倍时,电阻增大2倍
D.不管电压或电流如何变化,电阻不变
例1.某型号的电饭锅有两挡,分别是高温烧煮档和保温焖饭档,其原理如图所示(虚线框内为电饭锅的发热部位)。已知R1=44Ω,R2=2156Ω。
(1)开关S置于________挡(选填“1”或“2”)时是保温档;
(2)保温焖饭时电路中电流是多少?
2.如图,某物理实验小组自己设计了一款电子量角器,测量范围是0至180°,AB为均匀半圆弧形电阻,O点为其圆心,OP为金属滑片,可绕O点转动。AO间连接的角度显示器实质为电压表改装而成,可用来显示∠AOP的大小。下列有关说法错误的是(
)
A.当滑片P沿顺时针方向转动时,电压表示数会变大
B.当滑片P沿顺时针方向转动时,电路中的电流大小不会改变
C.改装后的角度显示器刻度是均匀的
D.图中电压表可用电流表替换
3.[提高题]已知甲、乙两灯的额定电压均为6
V,如图所示为甲、乙两灯电流随其两端电压变化的曲线。现将两灯串联后接在某一电源两端,要使其中一个灯泡正常发光,并保证电路安全,则电路的工作电流和电源最大电压分别为(
)
A.0.5
A 12
V
B.1.5
A 12
V
C.1.5
A 8
V
D.0.5
A 8
V
4.[提高题]超导限流器是一种短路故障电流限制装置,它由超导部件和限流电阻并联组成,原理如图甲中虚线框内所示。超导部件的电阻R1随电流I变化关系如图乙所示。已知限流电阻R2=15
Ω,灯泡L上标有“6
V 15
Ω”字样。
(1)为使灯泡能正常工作,电源电压U=
V。
(2)灯泡短路时,电流表的示数是
A。
(3)为使超导限流器能正常控制电路,灯泡L的电阻取值范围是
。
5.某款水位自动测控仪的测量原理如图甲所示,电源电压U恒为15V,定值电阻R0=10Ω,R1为一竖直固定光滑金属棒,总长40cm,阻值为20Ω,其接入电路的阻值与对应棒长成正比。弹簧上端固定,滑片P固定在弹簧下端且与R1接触良好,滑片及弹簧的阻值、重力均不计。圆柱体M通过无伸缩的轻绳挂在弹簧下端。当水位处于最高位置A时,M刚好浸没在水中,此时滑片P恰在R1最上端;当水位降至最低位置B时,M的下表面刚好离开水面。闭合开关S,试问:
(1)当水位下降时,金属棒接入电路的长度
,电压表示数
。(均填“增大”或“减小”)
(2)当水位处于位置A时,电压表的示数为多少?
二、实验探究
例2.[2018
台州]某同学利用如图甲所示的电路进行实验,电源电压恒为3伏,更换5个定值电阻Rx,得到如图乙所示的图像。以下有关叙述正确的是(
)
A.该同学研究的是电流和电压的关系
B.实验中电压表的示数保持0.5伏不变
C.滑动变阻器阻值变化范围为1欧~5欧
D.将Rx从5欧换成10欧后,应将滑片P向左移
例3
[2019·温州]小明利用图甲电路研究电流与电压的关系,其中滑动变阻器最大阻值为500Ω,定值电阻R0阻值为10Ω。闭合开关,当滑片从最右端慢慢向左移动,发现最初电压表指针几乎不动,直到接近左端时电压表指针才开始有所偏转,继续左移,指针偏转角度迅速变大,即该滑动变阻器引起电压表示数发生明显变化的调节区域很小。本实验中,要使滑片每移动一段距离,都能引起电压表示数较为明显的变化,应选择怎样的滑动变阻器?小明用不同的电阻丝代替滑动变阻器,利用图乙进行如下实验:
①取3条长度都为100cm的粗细均匀电阻丝A、B、C,阻值分别为1Ω、20Ω、400Ω。
②将电阻丝A接入图乙电路,闭合开关,滑片P从最右端移到最左端,记录电压表示数U随滑片移动长度x变化的相关数据,多次测量。
③分别用电阻丝B、C代替A,重复步骤②。
④处理相关数据,获得“电压表示数U随移动长度x变化的关系”如图丙。
(1)图甲实验中,闭合开关,当滑动变阻器滑片处于最左端时,导线a与接线柱M处的连接意外断开,此时示数为零的电表是_________。
(2)分析图丙,实验过程中电压表示数变化范围与电阻丝阻值的关系是
___________________________________________________。
(3)若利用图乙研究通过R0的电流与其两端电压的关系,在A、B、C三条电阻丝中,你认为选择哪一条电阻丝最合适并说明理由。
___________________________________________________________________________________。
例4.[2020
湖州]小妍做了“研究通过定值电阻的电流与它两端电压的关系”的实验后,欲探究通过小灯泡的电流与小灯泡两端电压的关系。现有电压为9V的电源、规格为“6V 3.6W”的小灯泡、规格为“2A 10Ω”的滑动变阻器、导线、开关、电流表和电压表等器材。小妍根据图甲所示电路,实验时发现无论怎么调节滑动变阻器,电压表示数始终较大,无法探究电压更小时小灯泡的电流与电压的关系。小妍在老师的指导下,设计了如图乙所示的电路图,继续实验。
(1)当使用图甲电路进行实验,滑动变阻器阻值调到最大时,电压表示数为4V,此时电流表示数为
A。
(2)小妍根据电路图乙,连接实物电路如图丙所示。老师说少连了一根导线,请你帮她在图中添上这根导线。
(3)小妍按图乙正确连接后进行实验,采集数据,绘制了小灯电流与电压关系的曲线图,如图丁所示。
①AB段是直线,可得出的探究结论是:在电压较小时,
。
②BC段明显发生弯曲,是因为
。
例5 小明用如图甲所示的电路探究电流与电阻的关系,表格中记录了实验数据。
序号
①
②
③
④
⑤
电阻R(Ω)
5
10
15
20
25
电流I(A)
0.6
0.3
0.2
0.15
0.12
(1)用笔画线代替导线将图中的电路连接完整。
(2)该实验中滑动变阻器的两个作用分别是:①
_________;②
___________________________。
(3)实验时每次更换电阻,闭合开关后,观察电流表示数之前必须进行的操作______________________________________。
当将电阻从10Ω换成15Ω时,滑动变阻器的滑片向_____(选填“左”或“右”)移动。
(4)在实验过程中,多测几组数据是为了_______________。
(5)通过数据,你得到的结论是____________________________。
(6)当小明再换接30Ω电阻时,无论怎样调节滑动变阻器,都不能使电压表示数为3V,分析其可能的原因:
__________________________________________。(答出一种情况即可)
四、伏安法测电阻
6.
[2019·湖州]科学兴趣小组的同学利用学过的知识,测量定值电阻Rx的阻值。
(1)同学们利用电路甲测量Rx的阻值,测量数据和结果如表一:根据表格中的数据可求得该电阻的阻值是
。
例6 在伏安法测电阻的实验中,实验的器材有:干电池3节,电流表、电压表各一个,开关2个,滑动变阻器1个,待测电阻2个,导线若干。
(1)如图所示,图甲是实验的电路图。
①闭合开关S后,发现电流表和电压表的指针均不动。断开开关S,检查线路连接无误后,把电压表与b点相连的那根导线改接到c点,再次闭合开关S时,发现电流表的指针仍不动,但电压表的指针有明显的偏转。若电路中只有一处故障,则故障是
____________。
②排除故障后,正确连接电路,闭合开关S,移动滑动变阻器的滑片P,当电压表的示数为1.6V时,电流表的示数如图乙所示,则电路中的电流为_______A。待测电阻R1=____Ω。
(2)实验时某小组同学利用一只电流表和最大阻值为R0的滑动变阻器R完成对未知电阻Rx的测量,如图丙所示是他们按照设计连接的部分实验电路。
①请你依据下面的实验步骤,用笔画线表示导线,将实验电路连接完整。(只添加一条导线)
实验步骤:
A.开关S1和S2都断开,将滑动变阻器的滑片P移到阻值最大处,观察到电流表无示数。
B.保持滑片P位置不动,只闭合开关S1时,读取电流表的示数为I1。
C.再闭合开关S2时,读取电流表的示数为I2(I2>I1)。
②请你用I1、I2和R0表示Rx,则待测电阻Rx=______。
例7.[2019
衢州]小科按照实验要求,设计测量未知定值电阻Rx阻值(范围为400~600
Ω)的实验。器材:干电池两节(总电压为2~3
V),电压表(量程0~3
V、0~15
V)、电流表(量程0~0.6
A、0~3
A)、滑动变阻器(500
Ω 0.5
A)各一个,开关、导线若干。
(1)要求一:测算出Rx,且实验过程中不能拆接电路。小科设计实验电路如图甲。请分析
①小科在设计实验前通过估算发现,用所提供的电流表无法测量出电路中的电流,其原因是
_______________________________________________________________________________________________________________________________________
______。
②实验时,先将变阻器滑片P移到某一位置a处,读出电压表示数为U1,U1即为电源电压;再将变阻器滑片P移到另一位置b处,读出电压表示数为U2,则U1-U2就是此时滑动变阻器两端的电压。根据相关数据计算Rx的阻值。实验中滑片P所在的a、b处分别对应的位置是
__________________________________。
(2)要求二:增加一个电学器材实现Rx阻值的直接读取,且电路只能连接一次。小科增加了一个阻值可连续调节且可读数的变阻器Y,重新设计了图乙电路。实验步骤如下:
①先闭合开关S、S1,调节滑动变阻器的滑片使电压表示数为2
V。
②再断开开关S1,闭合开关S2,______________________________________,读取此时Y的数值。Y的示数即为Rx的阻值。
参考答案:
二、1.D
例1
(1)
2
(2)I=
U/(R1+R2)=220V/(44Ω+2156Ω)=0.1A
2.D
3.D
4.(1)
6
(2)
1.2
(3)大于等于10Ω
5.(1)
减小
减小
(2)当水位处于位置A时,滑片P在R1最上端,此时R1=20Ω,根据串联电路的电阻特点可知,电路的总电阻:R=R0+R1=10Ω+20Ω=30Ω,电路中的电流:I=U/R=15V/30Ω=0.5A,由I=U/R得,R1两端的电压:U1=IR1=0.5A×20Ω=10V,即电压表示数为10V。
三、例2
C
例3
(1)电压表
(2)电阻丝的阻值越大,电压表示数变化范围也越大
(3)B;图乙电路中,B电阻丝上的滑片移动时,电压表示数始终能发生较明显变化,且变化范围较大
例4
(1)
0.5
(2)
(3)①通过小灯泡的电流与它两端的电压成正比
②灯丝的电阻变大
例5
(1)
(2)①保护电路
②控制定值电阻两端的电压不变
(3)移动滑片,观察电压表示数,使其为3V
(4)寻找普遍性规律
(5)电压一定时,电流与电阻成反比
(6)滑动变阻器的最大阻值太小(或降低电源电压)
四、6.(1)861Ω
例6
(1)
①bc之间断路
②
0.32
5
(2)
(3)
例7
(1)①被测电阻阻值范围为400~600欧姆,2节干电池的总电压最大为3伏特,根据欧姆定律可估算出电路中最大电流值为0.0075
A,比电流表最小刻度值0.02安培小得多,因此电流表无法测量出电路中电流
②a点在最右端,b点在最左端
(2)调节Y的阻值,使电压表示数为2
V
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精品试卷·第
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