学年石家庄高中物理石家庄教科所.docx

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学年石家庄高中物理石家庄教科所

2010年石家庄市高中物理

“套餐式”系列教研活动项目(之九)

----高中新课程教材解读与分析(人教版)

河北辛集中学物理组路永青

2010年4月20日/河北辛集中学

必修二模块

第七章机械能守恒定律

一、本章教材的整体把握

1.课程标准要求:

1.举例说明功是能量变化的量度,理解功和功率。

关心生活和生产中机械功率的大小及其意义。

2.通过实验,探究恒力做功与物体动能变化的关系。

理解动能和动能定理。

用动能定理解释生活和生产中的现象。

3.理解重力势能。

知道重力势能的变化与重力做功的关系。

4.通过实验,验证机械能守恒定律。

理解机械能守恒定律。

用机械能守恒定律分析生活和生产中的有关问题。

5.了解自然界中存在多种形式的能量。

知道能量守恒是最基本、最普遍的自然规律之一。

6.通过能量守恒以及能量转化的方向性,认识提高效率的重要性。

了解能源与人类生存和社会发展的关系,知道可持续发展的重大意义。

附:

课程标准中部分行为动词的界定

类型

水平

各水平的含义

所用的行为动词

知识技能目标动词

 

了解

再认或回忆知识;识别、辨认事实或证据;举出例子;描述对象的基本特征

了解、知道、描述、说出、举例说明、列举、表述、识别、比较、简述、对比

认识

位于“了解”与“理解”之间

认识

理解

把握内在逻辑关系;与已有知识建立联系;进行解释、推断、区分、扩展;提供证据、收集整理信息等

阐述、解释、估计、理解、计算、说明、分析、判断、区分

应用

在新的情境中使用抽象的概念、原则;进行总结、推广;建立不同情境下的合理联系等

评估、使用、验证、运用、掌握

技能

独立操作

独立完成操作;进行调整或改进;尝试与已有技能建立联系等

测量、测定、操作、会、能、制作、设计

体验性要求的目标动词

经历

从事相关活动,建立感性认知等

观察、收集、调查、交流、讨论、阅读、尝试、实验、学习、探究、预测、考虑、经历、体验、参加、参观、调查

反应

在经历基础上表达感受、态度和价值判断;做出相应反应等

体会、关注、注意、关心、乐于、敢于、勇于、发展、保持

领悟

具有稳定态度、一致行为和个性化的价值观念等

形成、养成、具有、领略、体会、思考

《标准》中有的行为动词前加有“初步”、“大致”、“简单”等词,其对应的水平比原行为动词的水平低。

共三大类八个层次65个常用词。

解读:

第一条:

对于“功”的概念既有知识技能目标要求,又有体验性目标要求。

关于“功是能量变化的量度”属于知识技能目标中的“了解”层次。

对于“功和功率”的概念属于知识技能目标中的“理解”层次;对于“生活和生产中机械功率的大小及其意义。

”属于体验性目标中的“反应”。

属于本章的核心内容之一。

可见,本节的教学核心内容为功和功率的概念,尤以功的概念为重。

对于做功的条件,“做工”和“做功”的区别。

恒力做功的不同解法要处理透彻。

甚至一些特殊的变力做功(滑动摩擦力、向心力、和位移呈线性关系的力)的解法也要有所渗透。

对于功率要使学生掌握机车的两种启动方式以及瞬时功率与平均功率的区别及不同求法(2009宁夏理综17、21题均与此有关)。

第二条:

对于“通过实验,探究功与速度变化的关系”既有技能目标又有体验性目标。

实验数据的处理方法,试验方法的改进都属于“独立操作”的水平。

利用图像(数表软件)处理数据在必修1中的几个实验中都用过,属于“尝试与已有技能建立联系”;对于“动能”的概念和“动能定理”属于知识目标中的“理解”层次;对于“动能定理”还有“应用”层次的要求。

属于本章的核心内容之一。

因此,对于第6节《实验探究功和速度变化的关系》与第7节《动能动能定理》应作为一个知识整体来把握,首先,通过学生实验得到功与速度变化的关系,在此基础上通过理论推导得出动能的概念和动能定理。

对于第6节的实验重在过程的体验和实验数据的处理,像变力做功的处理、单位长的确定。

引导学生回顾以前的实验以复习巩固基本的探究原则(简单——复杂)先探究正比、一次函数、二次方、三次方、反比等,使学生形成正确的思维习惯和科学素养。

对于动能定理重在理解和应用。

要把动能定理的特点,用它能够解决的问题,辅之以典型例题讲清讲透,使学生能够应用动能定理解决实际问题。

从已进行新课改的省区的高考题看,这仍然是高考的重点内容。

(2009宁夏理综24题动能定理)

第三条:

对于“重力势能”的概念属于知识目标中的“理解”层次;对于“重力势能的变化与重力做功的关系”属于“了解”的层次。

虽然属于了解的层次,但是,除了要知道相关的结论(重力做的功等于重力势能的变化;重力做正功,重力势能减少;重力做负功,重力势能增加),不做过多的解释外,还要会直接应用这些结论,以便得出重力势能的概念。

第四条:

对于“机械能守恒定律”属于知识技能目标中的最高要求。

既有实验所对应的技能目标,又有“理解”和“应用”层次的要求。

属于本章的核心内容之一。

对于机械能的守恒条件要讲透彻,使学生会应用条件判断机械能是否守恒。

对于机械能守恒定律重在理解和应用。

要把机械能守恒定律的特点,用它能够解决的问题,辅之以典型例题讲清讲透,使学生能够应用机械能守恒定律解决实际问题。

从已进行新课改的省区的高考题看,这也仍然是高考的重点内容。

(例如2009年山东理综的22、24题均涉及机械能守恒及能量转化)

第五条:

对于“能量守恒定律”属于知识目标中的“了解”层次。

可以通过让学生自己查阅资料,大量举证,从而建立起能量守恒定律是自然界中的三大自然规律之一。

对于能量守恒定律的应用最好有所涉及,尤其是机械能与内能的转化。

(2009山东理综24题)

第六条:

对于“能量转化得方向性”属于知识目标中的“了解”层次;知道可持续发展的重大意义是一个中国公民的基本素养。

可以通过让学生自己查阅资料,举出一些具有方向性的宏观过程。

从而达到培养公民基本素养的目的。

关于宏观过程的方向性问题在选修课1-2;3-3中还会进一步的学习。

二、.新旧教材的比较

新教材

旧教材

第一节追寻守恒量

第一节功

第二节功

第二节功率

第三节功率

第三节功和能

第四节重力势能

第四节动能动能定理

第五节探究弹性势能的表达式

第五节重力势能

第六节实验:

探究功和速度变化的关系

第六节机械能守恒定律

第七节动能和动能定理

第七节机械能守恒定律的应用

第八节机械能守恒定律

学生实验:

验证机械能守恒定律

第九节实验:

验证机械能守恒定律

第十节能量守恒定律与能源

说明:

由上表不难看出:

1.新旧教材的变化明显。

变化体现在以下几方面:

(1)共有六节内容发生了变化:

新教材新增了四节内容;删减了旧教材中的两节内容;

(2)新教材增加了一个学生实验,体现了新课标对实验能力的重视;(3)新教材明显的增加了探究的内容,尤其是理论探究,使学生逐渐掌握科学探究的方法(科学探究包括实验探究和理论探究);(4)新教材对动能定理的处理在旧教材理论推导的基础上增加了实验过程,体现了对过程的重视;(5)新教材调整了对功和能的概念的认知次序,还原了本来面目,旧教材以功为基础来认识能;新教材以能为基础来认识功;(6)新教材更强调了对“守恒”的观念的建立;(7)新教材淡化了对知识的应用。

但是从课程标准要求和其他省区的高考试题看,机械能守恒定律仍为“应用”层次。

因此在实际教学过程中还应高度重视机械能守恒定律的应用;(8)新教材淡化了功能关系,没有明确提出“功是能量转化的量度”这一结论。

但是建议在讲能量守恒定律时还要将这一结论结合实例(重力做功与重力势能的变化关系、探究弹性势能的表达式、动能定理等)渗透进去。

使学生建立起“不同的力做功对应不同的能量形式的转化”。

为后续课程打下基础(分子力做功对应分子势能的变化;电场力做功对应于电势能的变化;安培力做功对应于电能的转化等)。

2.新旧教材的知识核心并没有发生变化。

新教材仍以功、功率、动能、重力势能的概念和动能定理与机械能守恒定律为核心知识。

它改变的是知识的呈现方式和对过程的重视。

因此在实际教学中建议我们要一手抓新课程理念的落实,一手抓核心知识的掌握,两手抓,两手都要硬,不可偏废。

三、本章在必修教材中的地位

首先,本章通过对功能关系的讨论,完成对能量概念的更深入的认识。

本章是高中阶段物理学习的基础内容之一(牛顿三定律、机械能守恒、动量守恒构成了经典力学的三大理论支柱),它既是力学问题的基础和综合,也是学习其他物理学知识的重要基础。

其次,“能量”是牛顿没有留给我们的少数力学概念之一,究其原因是能量及其守恒的思想与牛顿力学研究思路有所不同(牛顿力学研究的是变化及变化的原因),能量及其守恒的思想从更抽象层次上反映了物质运动和相互作用的本质。

因此本章是第一次从牛顿力学的的思路转移到守恒的思路上来,学生的思维上有一个突变,同时守恒的思想又更抽象一些,所以学生接受起来更困难一些,因此在教学时一要慢,二要多举实例(变抽象为形象)三要学生多动手体验,以降低学生学习的困难。

再次,本章第一次使学生系统的体验了理论探究的过程(探究弹性势能的表达式),做到了实验探究(探究功与速度变化的关系)与理论探究并重。

四、本章教材的三维目标

新教材变旧教材只重一维目标(知识能力目标)为三维目标(知识与技能;过程与方法;情感、态度、价值观)并重。

通过我们的教学不仅让学生掌握一定的知识,更要掌握获取知识的科学方法。

使我们的学生成为具有科学态度和正确价值观的一代新人。

在三维目标中知识与技能目标是基础目标,为实现另两维目标搭建平台。

另外无论将来的高考方案如何,另两维目标的考核也必然以知识为载体进行。

因此,在实际教学过程中必须重视知识与技能目标的达成,绝不能因为实施新课改而忽视了知识技能目标;当然也不能只顾知识与技能目标而忽视另两维目标的实现。

本章的知识与技能目标为:

功的概念的准确理解(做功的条件、功的正负、几种典型力做功的解法等);功率、动能、重力势能的基本概念。

动能定理和机械能守恒定律的理解和应用。

体验获得动能定理和弹性势能的探究过程。

在本章有两个学生实验和一节探究课;科学探究(含实验探究与理论探究)正是学生获取知识的科学方法,而一种科学方法的掌握是需要不断重复的。

也只有不断重复才能成为学生的一种科学的思维习惯,进而升华为学生的科学精神。

因此本章的过程与方法目标为:

利用科学探究获取知识。

在教学过程中遵循引导学生体验科学探究的环节。

附:

科学探究要素

对科学探究及物理实验能力的基本要求

提出问题

能发现与物理学有关的问题

从物理学的角度较明确的表述这些问题

认识发现问题和提出问题的意义

猜想与假设

对解决问题的方式和问题的答案提出假设

对物理实验结果进行预测

认识假设与猜想的重要性

制定计划与设计实验

知道实验目的和已知条件,制定实验方案

尝试选择试验方法及所需要的装置与器材

考虑实验的变量及其控制方法

认识制定计划的作用

进行试验与收集证据

用多种方式收集数据

按说明书进行实验操作,会使用基本的实验仪器

如实记录实验数据,知道重复收集实验数据的意义

具有安全操作的意识

认识科学收集实验数据的重要性

分析与论证

对实验数据进行分析处理

尝试根据实验现象和数据得出结论

对实验结果进行解释和描述

认识在实验中进行分析论证是很重要的

评估

尝试分析假设与实验结果间的差异

注意探究活动中为解决的矛盾,发现新的问题

吸取经验教训,改进探究方案

认识评估的意义

交流与合作

能写出实验探究报告

在合作中注意即坚持原则又尊重他人

有合作精神

认识交流与合作的重要性

在高中阶段进行科学探究,不在于“七要素”的完整性,因为一次完整的探究可能需要的时间较长,因此,每次探究实验我们可以侧重某一个或几个要素,逐渐使学生掌握科学探究的“七要素”。

关于本章的情感态度价值观的教学目标:

重在科学精神的逐步形成和公民素质的养成。

例如理论分析的科学性、逻辑的合理性、推理的严密性、实验设计的科学性;实验操作的规范性;实验数据的真实性、实验数据的正确处理以及可持续发展的理念等等。

五、初、高中衔接

高中

初中

能量:

某一守恒量

能量:

物体能够对外做功

势能:

相互作用的物体凭借其位置而具有的能量

势能:

重力势能和弹性势能统称为势能

动能:

物体由于运动而具有的能;有

定量

动能:

物体由于运动而具有的能;无

定性。

重力势能:

势能→重力势能;与重力做功的关系;mgh。

定量。

重力势能:

物体由于被举高而具有的能量形式;仅此而已。

功:

位移

;正负;总功

功:

距离

,有用功,额外功,机械效率

功率:

比值

;额定功率、实际功率

功率:

单位时间内做的功

弹性势能:

探究相关因素;不要求结论,重在理论探究的过程。

弹性势能:

由于形变具有的能量形式

动能定理

机械能守恒定律无机械能的概念

无有机械能的概念;渗透了守恒的观念

能量守恒定律:

能量既不会消灭,也不会创生,它只会从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到另一个物体,在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变

能量守恒定律:

能量既不会凭空消灭,也不会凭空产生,它只会从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到另一个物体,在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变

方向性:

宏观过程

方向性:

能量的转移和转化

六、课时安排

第1节追寻守恒量1课时

第2节功2课时

第3节功率1课时

第4节重力势能1课时

第5节探究弹性势能的表达式1课时

第6节实验探究功和速度变化的关系2课时

第7节动能和动能定理2课时

第8节机械能守恒定律2课时

第9节验证机械能守恒定律2课时

第10节能量守恒定律与能源1课时

共计15课时比教材要求多了三课时。

分节次教材分析与建议

第一节追寻守恒量

一、本节教材的整体分析:

本节教材为这一章教材的开篇之作,起一个正本清源,打基础的作用。

一改旧教材从“功”认识“能”,好像先有功的概念才会有能的概念这样一个错误认识,为新教材的从追寻守恒量引出能的概念,从能量的转化中认识功的概念。

这样就为对更个的功能关系的正确认识打下一个坚实的基础。

同时本节还是一个过渡篇,它是从牛顿力学到守恒观点的过渡。

在对能量的认识过程中初步建立起守恒的观点。

总之,本节教学主要是观念性教育的内容,目的是对学生进行方法和观念的教育,使学生了解守恒思想的重要性。

二、教学目标分析

(一)知识与技能目标:

1.了解势能、动能及能量的概念与意义

2.能独立分析伽利略理想斜面实验的能量转化和守恒关系。

3.会分析生活中有关机械能转化的问题

(二)过程和方法目标:

1.领会寻找守恒量是科学研究的重要思想方法

2.在列举事例的过程中体会费恩曼所说话的深刻含义体会转化和守恒的普遍性

(三)情感目标:

1.初步领会能量转化、变中有恒的思想

2.通过动能势能间的相互转化研究生活中的物体运动,培养生活情趣

三.重点、难点分析

(一)重点分析:

1.了解势能、动能及能量的概念与意义

2.建立守恒的思想

(二)难点分析:

建立守恒的思想

四.教学建议:

本节教材所讲授的内容比较抽象,因此以实例引入新课。

从对牛顿力学的总结(变及变化的原因)引出是否存在“不变量”。

再分析伽利略的斜面实验(可以以动画的方式),充分剖析这一试验中哪些现象可以用牛顿定律解释,而哪些现象不能用牛顿定律解释(沿斜面下滑,高度降低,而速度随之增大;或沿斜面上滑,高度升高而速度随之减小;可以用牛顿定律解释;而总要达到原来的高度,虽然是一个事实(推理)但不能用牛顿定律解释。

即“记得”原来的高度不能解释,从而引出守恒的观点再举荡秋千的例子,简化为“摆球实验”再展示“滚摆实验”。

从而将守恒的观点推广到其它的物理过程。

回扣课文开头的费恩曼的一段话:

“有一个事实,如果你愿意,也可说一条定律,支配着至今所知的一切自然现象……这条定律称作能量守恒定律。

它指出有某一个量,我们把它称为能量,在自然界经历的多种多样的变化中它不变化。

那是一个最抽象的概念……”。

在分析斜面实验的过程中提出势能和动能的概念及它们之间的转化情况。

(“恒中有变”,“变中有恒”)。

第二节功

一、本节教材的整体分析:

功为本章的核心内容之一,是功能关系中的核心概念。

是从能量角度解决问题的基础。

是知识技能目标中的最高要求(应用)。

因此,功既是本章的重点又是本章的难点。

本节关键是对功的概念的理解(功的概念、做功的两个必要条件、位移的准确理解:

作用点在力方向上的位移、功的正负的含义等等)以及对不同力做功的基本解法(恒力、特殊的变力、合力)初步建立“能量转化过程即力的做功过程”这样一个观点。

这一观点的建立,应该是在整章教学过程中逐步建立和完善的。

二、教学目标分析

(一)知识与技能目标:

1.初步认识做功与能量变化的关系

2.理解功的概念,知道做功的两个要素

3.明确功是标量,知道

的适用范围,会用功的公式进行计算。

4.理解正负功的概念,会根据公式计算多个力的总功

5.初步理解化变力为恒力,处理变力做功的思想

(二)过程和方法目标:

培养学生理论联系实际的习惯,从熟悉的事例分析中进一步理解功的概念

(三)情感目标:

培养学生对科学的兴趣,坚定学习、思考、探索的信念

三.重点、难点分析

(一)重点分析

1、理解功的概念;

2、掌握功的计算。

(二)难点分析

1、对正、负功的理解;

2、总功的计算

四.教学建议:

从分析滚摆实验的能量转化过程中存在力做功,再回忆初中功的概念(物体在力的作用下,在力的方向上移动了一段距离,这个力的作用就显示出成效,力学里就说力做了功)入手,结合实例(重物被举高、列车被机车牵引、物体自由下落、弹簧的形变等过程的共同之处是既有力,在力的方向上又有位移)、情景展示(手托板擦上下、左右移动重力是否做功)引出功的概念(如果一个物体受到力的作用,并且在力的方向上发生了位移,我们就说这个力对物体做了功)和对做功的两个因素的进一步完善(距离→位移)。

通过例题强调位移为作用点的位移。

通过情景展示(甲同学以一定速度运动,乙同学推或拉甲同学)结合模型分析使学生理解功的正负的含义(表性质)。

功是标量(不满足平行四边形法则),合功即各力做功的代数和。

利用微元法得到摩擦力的功;通过功的概念得到向心力的功。

第三节功率

一、本节教材的整体分析:

功率的概念虽是一重要概念但学生理解起来并不困难,关键是对额定功率与实际功率区别、瞬时功率与平均功率的区别。

因为功率与实际生活联系紧密,因此要求学生会分析机车的两种典型的启动方式。

结合教材中的“说一说”、“做一做”加深对两个公式(

)的理解。

对于力与速度不在同一直线上的情况,建议各学校可以根据实际情况处理。

二、教学目标分析

(一)知识与技能目标:

1.理解功率的物理意义,功率的定义及定义式;

2、理解功率与力、速度之间的关系,能运用其解释和计算汽车启动和行驶中的有关问题;

3、区分额定功率和实际功率,区分瞬时功率和平均功率;

(二)过程和方法目标:

1.

指平均功率,

时为瞬时功率

2.

分析汽车的启动,注意知识的迁移

3.比值法定义物理量

(三)情感目标:

认识功率概念在生活中的实际应用,提高学习物理学的价值观

三.重点、难点分析

(一)重点分析

1、理解公式P=Fv的意义;

2、理解平均功率和瞬时功率。

(二)难点分析

发动机额定功率与汽车最大速度的关系。

四.教学建议:

从生活实例出发(上楼,电梯比步行快,打水,抽水机比人快;耕地,拖拉机比牛快等等)引出做功存在快慢问题,再回忆初中是如何描述做功快慢的从而得到功率的概念。

再从赛车与一般轿车铭牌上的标称值的不同(图片展示),与实际运动相结合,得到额定功率与实际功率的关系。

以打水过程为例,从整个过程来看抽水机比人快,但过程中的某个时刻却不一定。

得到平均功率与瞬时功率的概念。

引导学生推导功率与速度的关系式。

利用教材中的“说一说”、“做一做”来加深对两个公式的理解。

第四节重力势能

一、本节教材的整体分析:

重力势能是本章定量研究的第一种形式的机械能,难点多,难点集中(与重力做功的关系、相对性、系统性、正负的含义等)我们可以通过情景展示,设计实验,分组合作讨论等形式。

来逐一突破各个难点。

同时本节教学也为后续教学提供了研究方法(通过研究能量转化过程中力做的功来得到能的表达式),这样做也第一次将功和能的关系具体化。

(重力势能的变化对应重力做的功)。

为最终得到功能关系奠定基础。

二、教学目标分析

(一)知识目标:

1、知道重力做功与路径无关。

2、理解重力势能及其定义式,知道重力势能的变化和重力做功关系;

3、理解重力势能的相对性、系统性。

(二)过程与方法目标:

1.经历重力势能概念的建立过程;

2.推导重力势能的表达式

(三)情感目标:

通过对实验的操作、观察、讨论,激发学生探索科学的兴趣

三.重点、难点分析

(一)重点分析:

1.重力势能的概念和计算。

Ep=mgh

2.重力做功与重力势能变化之间的关系

(二)难点分析:

1.重力做功和重力势能变化的关系。

⑴重力做功与路径无关,只与始末位位置有关。

⑵重力做正功,重力势能增加。

重力做负功,重力势能减小。

⑶ΔEp=-WG

2.重力势能的相对性、系统性

四.教学建议:

通过滚摆实验分析得出重力势能的存在,通过图片(或视频)展示(黄果树瀑布、陨石坑等),在通过情景展示(教室中房顶上所吊的电视上的警示语“勿在下方久站”和能否在树下久站?

的问题)让学生猜想重力势能与那些物理量有关,再让学生根据教师准备好的实验器材(三个钢球(m1=m2>m3)、一块橡皮泥)通过分组讨论设计验证方案,在选择学生代表利用实物投影来展示实验成果。

从而得出定性结论。

通过对滚摆实验的分析可以看出势能的变化过程中伴随着重力做功。

从而提出问题,能否从重力做功的分析得出重力势能呢?

转入对重力做功的分析,通过归纳得出重力做功的特点(

)通过引导学生对推导结果与实验过程的分析得出重力势能的表达式。

再通过引导学生对mg的特点分析和h的特点分析得出相对性、系统性、正负的含义等结论。

第五节探究弹性势能的表达式

一、本节教材的整体分析:

本节教材为新课标教材新加内容,目的是要着重体会探究的过程和所用的方法。

本节教材是一种理论探究。

在以前的教学过程中已经多次涉及到实验探究,对于理论探究仅仅做过一些渗透。

而本节课完整展示了理论探究的过程。

重在体会理论探究过程中猜想、分析和转化的方法。

同时进一步强化图像分析法。

第二次得到具体的功能关系。

(弹力做的功与弹性势能的关系)因此,它既是功能关系的进一步拓展,又为动能定理的教学奠定基础。

充分体现新课标对过程和方法的重视。

(对探究的结果不作要求)。

二、教学目标分析

(一)知识与技能目标:

了解弹性势能的概念,知道弹性势能的大小与形变有关。

(二)过程与方法目标:

1.知道探究弹性势能的表达式的思路

2.学习并掌握探究弹性势能表达式的基本方法

3.领悟求弹力做功时通过细分过程化变力为恒力的思想方法。

(三)情感目标:

1.通过讨论、交流、探究培养学生的团结协作精神及独立思考的习惯

2.体味弹性势能在生活中的应用,感悟生活、感悟物理

三.重点、难点分析

(一)重点分析:

1.探究弹性势能表达式的过程

2.变力做功的求法

(二)难点分析:

变力做功的求法

四.教学建议:

首先提醒同学们回忆初中讲过的内容,进行设问:

对于势能,除了重力势能外,还有什么势能?

什么样的物体具有弹性势能?

提出猜想:

弹性势能与哪些因素有关?

同时提出猜想的依据是什么?

(生活经验:

硬弓与软弓的不同、同样

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