学年人教版必修1 重力 基本相互作用 教案.docx
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学年人教版必修1重力基本相互作用教案
1．重力 基本相互作用
教材分析
《重力基本相互作用》是普通高中课程标准实验教课书人教版（必修1）第三章第一节的内容。
本节的教学内容，是建立在初中力的相互作用、重力的大小、力示意图基础之上的。
也是动力学内容的开篇之作。
重力是生活中最常见的一种力，在自由落体运动的定义中，已提到了“只在重力作用下”。
所以，本节内容既是运动的延续，又是下一章牛顿运动定律、受力分析的基础，起着承上启下的作用。
而基本相互作用的引入，也为学生初步建立了统一的概念。
因而，本节《重力基本相互作用》在物理学习中的地位可想而知，学好这部分知识，可以为学习本节的后续内容做好必要的准备。
本节从力的概念入手来研究物体受到的重力，力的概念很抽象，为了便于学生接受，教材在处理这部分知识时，以现实生活的例子作为依托，列举了生活中学生能够感知的例子，说明力是改变物体运动的原因，是物体产生形变的原因，在此基础上给出力的定义和力的表示法，对于力的相互性的理解是从施力物体和受力物体的角度定义的。
可见，力的概念既是本节的重点，又是一个难点。
重力是学生比较熟悉的，教材从力的三要素的角度来介绍重力的有关知识，重力概念理解的难点是对重心的理解。
学情分析
在初中，学生已经学习了物体相互作用的初步知识，了解了重力的大小和方向，也学习了力示意图等基础知识。
重力在学生的日常生活中也是最熟悉的，学生应该较易接受，但学生对重力的大小、方向，以及重心等知识仍需进一步加强。
设计思路
目前的新课程改革对中学物理教学提出了明确要求：
中学物理教学必须以学生发展为本，以物理学知识体系为载体，以学生创新精神和实践能力的培养为重点，以提高学生的科学素质为目标，逐步培养学生的学习能力和研究能力，最终达到全面提高素质，发展个性，形成特长的目的。
为此，本节课教学中采用“引导─探究”式教学法，该教学法以解决问题为中心，注重学生的独立钻研，着眼于创造思维的培养，充分发挥学生的主动性。
其主要程序是：
提出问题→科学想象或体会→探索研究→再创情境→得出结论→深刻理解、指导实践。
它不仅重视知识的获得，而且更重视学生获取知识的过程及方法，更加突出了学生的学，学生学得主动，学得积极，课堂气氛比较活跃，真正体现了“教为主导，学为主体”的思想。
物理学习的主要目的不仅仅是学习物理知识，更重要的是让学生通过学习物理知识学会科学探究。
因此本节重在体现知识点的引入及探究过程上，不仅要做到能够激发学生的学习兴趣和热情，提高注意力。
也要让学生经历从物理现象概括物理规律的过程。
通过一定的探究过程，寻找物理规律，让学生尝试通过自己的思考、或老师的提示，猜想并加以验证。
比如，对于力是物体发生形变或改变运动状态的原因时可以通过体验“捏一捏”“推一推”得出结论。
讲到力的概念时可以通过“推一推”体验其相对性、瞬时性，通过设计小实验（两个弹簧秤悬挂一个钩码）得到其矢量性，并为力的合成法则埋下伏笔。
本节的“做一做”悬挂法测不规则物体的重心，首先让学生实际做一做，找到物体的重心；然后通过交流让学生表述这样做的依据是什么？
是否还有其他的测量方法？
依据是什么？
课下做一做。
在四种基本相互作用方面，通过“思考和讨论”锻炼学生进行合理猜测的能力。
通过学生自学的过程，充分发挥学生在学习中的主体地位，让学生真正成为学习的主体，使学生获得有益的成功的体验。
从而进一步锻炼学生的自主学习能力，阅读能力、收集有用信息的能力。
具体可以通过课下上网或上图书馆查阅，课上交流的方式进行。
三维目标
知识与技能
1．了解力是物体对物体的作用，力的作用是相互的，认识力能使物体发生形变或使物体运动状态发生改变；
2．知道力的三要素，会画力的图示和力的示意图；
3．知道重力的方向以及重力的大小与物体质量的关系；
4．知道物体重心的含义；
5．知道重力产生的原因及其定义；
6．了解四种基本相互作用。
过程与方法
1．知道人类认识力的作用是从力的作用产生的效果开始的；
2．能通过探究活动体验力的作用效果与力的大小、方向、作用点三个因素有关；
3．能通过多个实验现象归纳得出力的作用是相互的；
4．自己动手，找不规则薄板重心的实验锻炼自己的动手能力；
5．通过“重心”概念的引入渗透“等效代换”的物理学方法。
情感态度与价值观
1．通过实例对知识的探究活动，激发学生对科学的求知欲、培养学生探索与创新意识；
2．通过实验，培养学生的团结协作精神；
3．培养学生对生活中的现象进行分析、归纳、总结的能力和科学猜想的能力；
4．培养学生实事求是的科学态度，渗透辩证唯物主义关于“物质世界是有规律的，规律是可以认识的。
”这一观点。
教学重点
1．力的概念、图示以及力的作用效果；
2．重力的概念及重心的理解。
教学难点
1．力的概念；
2．重心的概念和位置。
教具准备
多媒体课件，长方形木块，锯条，橡皮条，已知质量的钩码，重垂线，铅笔，刻度尺，质量均匀的金属板等。
课时安排
2课时
教学过程
［新课导入］
【多媒体投影】
播放“运动员踢球、守门员接球、运动员用头顶球、人推物体（但没有推动）、火箭发射、压缩海绵”等录像资料。
学生观察讨论，引发学生的兴趣。
通过以上的观看，大家可以总结出这几个物体的共同点吗？
这几个物体有的从运动到静止或者从静止到运动，有的物体形状变化比较明显。
刚才这位同学观察得很仔细，除了海绵之外的其他物体形状好像没有发生变化，或者说它们的变化从图中观察不出来。
是不是真的没有发生变化呢？
其他几个物体从运动到静止或从静止到运动，而海绵的形状发生了变化，这些都是什么原因造成的呢？
在初中我们已学过力的初步概念，我们在日常生活当中遇到的力的现象太多了，打过篮球吗？
提过水吗？
举过哑铃吗？
帮人推过车吗？
……都干过。
这些事情通俗的话就是出点力气，可在物理学里力的本质是什么？
产生力的条件又是什么？
今天我们将在初中学习的基础上来进一步学习力的概念。
［新课教学］
一、力和力的图示
1．力
（1）运动状态的变化
运动员踢球，球由静止变为运动，如图；守门员接住球，球由运动变为静止；运动员用头顶球，球的方向改变了。
这几种情况下，我们都说，球的运动状态改变了。
只要一个物体的速度变化了，不管是大小改变、方向改变或大小和方向都改变，这个物体的运动状态就发生了变化。
用手压锯条，锯条变弯；用手拉橡皮条，橡皮条变长，我们说它们发生了形变。
（2）力的本质
什么原因使物体的运动状态发生变化、使物体产生形变呢？
这是其他物体作用的结果。
实验：
磁铁吸引铁钉；
用手拉弹簧秤的挂钩
引导回答出：
磁铁对铁钉施加了力，同时铁钉也在吸引磁铁；用手拉弹簧时，手也被弹簧所拉。
手提水桶
手压弹簧
机车牵引列车
汽锤锻打工件
引导学生回答：
力是物体对物体的作用，首先必须存在物体双方，其次必须存在相互作用，这时两物体间才有力。
只要有力发生，就一定有施力物体和受力物体；施力物体同时也是受力物体。
在分析物体间力的作用时，必须明确是“谁对谁”的作用力。
一个孤立的物体不会存在力，力不能脱离开施力物体和受力物体而独立存在。
在研究一个物体受力时，不一定指明施力物体，但施力物体一定存在且能找到。
物体物体
在物理学中，人们把改变物体的运动状态、产生形变的原因，即物体与物体之间的相互作用，称做力。
【巩固训练】分析下列物体的受力情况，指出各力的施力物体和受力物体。
1．飘浮在水面上的木块。
答：
木块受竖直向下的重力、竖直向上的浮力。
重力的施力物体是地球，受力物体是木块；浮力的施力物体是水，受力物体是木块。
2．从水平匀速飞行的飞机中投下的炸弹（空气阻力不计）。
答：
炸弹只受竖直向下的重力。
重力的施力物体是地球，受力物体是炸弹。
（2）力的作用效果
力作用于物体，必定要产生一定的效果。
演示：
弹簧在力的作用下的形变；
黑板擦在摩擦力作用下运动状态的改变。
引导得出：
力对物体的作用有两种效果：
一是静力效果──使物体发生形状或体积的改变；二是动力效果──改变物体的运动状态。
静力效果：
使物体发生形状或体积的改变；
动力效果：
改变物体的运动状态。
力的作用效果是由受力物体体现出来的。
我们在研究力学问题时，有时只考虑物体的形变；有时只考虑运动状态的改变。
（3）力的特性
（引导学生分析、归纳力的下述特性）
①物质性：
力不能脱离施力物体和受力物体而独立存在，即不存在脱离物质的力；
②相互性：
施力物体同时也是受力物体，两者相互依存；
③矢量性：
力不仅有大小，而且有方向，力是矢量；
力的作用效果不仅与力的大小有关，与力的方向也密切相关。
如向前推车和向后拉车。
④独立性：
某力产生的效果就向其它力不存在一样，且某方向上的力只产生该方向上的作用效果。
⑤等效性：
根据效果相同，一个力和几个力可以等效替换。
2．力的图示
力是矢量，它不但有大小，而且有方向。
力的方向不同，它的作用效果也不一样。
作用在运动物体上的力，如果方向与运动方向相同，将加快物体的运动；如果方向与运动方向相反，将阻碍物体的运动。
可见，要把一个力完全表达出来，除了力的大小外，还要指明力的方向。
（引导学生分析、归纳，得出完整地表述一个力，必须描述力的三要素.力的三要素决定了力的作用效果，在物理学中准确地表示出力的三要素的方法就是力的图示。
）
（1）力的三要素：
大小、方向和作用点。
（2）力的图示
可以用带箭头的线段表示力。
线段是按一定比例（标度）画出的，它的长短表示力的大小，它的指向表示力的方向，箭尾（或箭头）表示力的作用点，线段所在的直线叫做力的作用线。
这种表示力的方法，叫做力的图示。
①力的图示：
用一条带箭头的线段表示力矢量。
线段的长短──表示力的大小
箭头的指向──表示力的方向
箭尾──表示力的作用点
力的方向所在的直线──表示力的作用线
②步骤：
a．选定标度；
b．从作用点沿力的方向画线段，线段上加刻度；
c．加上表示方向的箭头，并注明力的数值。
③举例：
作出小车在水平方向受到向右的100N的力F的图示。
首先，选一标度（比如1cm长表示20N的大小）。
其次，从力的作用点向右画一根带箭头的线段，线段的长度要是标度的5倍，表示100N。
再次，用向右的箭头表示力的方向。
【巩固训练】
在与水平面成30º角的斜面上放一重500N的物体A，如图图示。
作出物体A的重力的图示。
（先让学生板演，最后师生共同评析，答案略）
归纳：
标度可以任意选取，但要依题而定，还要使所选取的标度有利于作图。
在力的图示中要正确反映力的三要素。
（3）力的示意图
有时只需画出力的示意图，即只画出力的作用点和方向，表示物体在这个方向上受到了力。
即只画出力的方向，不严格画力的大小。
3．力的测量及单位
【演示实验】
（1）在弹簧的弹性限度以内轻轻地拉一下弹簧的挂钩，测一下拉力的大小。
（2）测钩码的重力的大小
引导得出：
力的大小可用弹簧秤测量，力的单位是牛顿，简称牛，用符号N表示。
力的大小可用弹簧秤测量，力的单位是牛顿，简称牛，用符号N表示。
4．力的分类
提问：
力的名称繁多，力的分类方式也很多。
想一下，我们都学过哪些名称的力？
学生答：
拉力、支持力、压力、重力、动力、阻力……
教师分析：
象拉力、支持力、压力、动力、阻力等名称的力，同学们知道力的作用形式及效果，这是根据力的作用效果来分类的。
但这些力产生的条件及性质不一定是一样的。
比如：
象重力、拉力是不同性质的力，但都可以作为动力或阻力；而性质相同的力，又可产生不同的效果。
比如支持力、压力是同种性质的力，产生的效果却不同。
在中学阶段，常见的力的分类方式有：
按力的性质分：
重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力、核力等。
按力的效果分：
拉力、压力、支持力、浮力、动力、阻力、向心力等。
根据效果命名的不同名称的力，性质可能相同；根据效果命名的同一名称的力，性质可能不同。
两类不同命名方式得到的力不能混淆，也不能重复考虑。
在今后的受力分析中，主要分析的是物体所受的不同性质的力。
二、重力
自然界的各种物体之间存在着多种相互作用。
例如，空中的物体落向地面，是因为地球与物体之间存在着相互吸引的作用。
尽管地球不停地自转，但海水不会洒向太空，也是因为地球与海水之间存在着相互吸引的作用。
地球上的一切物体都要受到地球的吸引，所以人跳起来总会落在地上，扔出去的东西总要落回地面。
1．概念：
地面附近一切物体都受到地球的吸引，由于地球的吸引而使物体受到的力，叫做重力（gravity）。
严格地说，重力并不是地球的吸引力，而是吸引力的一部分，以后才会学到这些知识。
所以说重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，而不能说地球的吸引力就是物体的重力，两者相差很小。
2．产生条件：
是由于地球的吸引。
3．重力的大小和方向
重力不但有大小，而且有方向。
提问：
重力的大小可以用弹簧秤来测量，为什么？
学生：
物体静止时对弹簧秤的拉力大小等于其重力。
实验：
手提弹簧称及其下挂的钩码，测出钩码的重力；在竖直方向上用不同的方式运动，观察弹簧称示数及其变化。
（引导学生根据实验，并结合二力平衡知识得出结论）
（1）重力的大小
重力的大小可以用弹簧秤测出。
在静止的情况下，物体对竖直悬绳的拉力或对水平支持物的压力，在数值上等于物体重力的大小。
动手实验：
用弹簧秤测量一个钩码、两个钩码、三个钩码的重力的大小，观察计算重力G与钩码的质量m的关系。
学生马上得到：
G与m成正比。
重力大小与物体质量关系：
G＝mg（g＝9.8N/kg）
强调：
g值在地球的不同位置取值不同，一般情况下忽略这个差异，可认为g值是恒定的。
（2）重力的方向：
总是竖直向下。
实验：
从静止释放的小石块总是竖直下落，重锤线的方向总是竖直向下。
归纳：
从静止释放的小石块总是竖直下落，分析重锤线下重物的受力情况，可知重力的方向竖直向下。
强调：
竖直向下不能说成垂直向下，竖直向下指的是与水平地面相垂直，不能笼统指垂直方向。
【巩固训练】
①物体静止在水平桌面上，物体对水平桌面的压力（BD）
A．就是物体的重力
B．大小等于物体的重力
C．这压力是由于地球的吸引产生的
D．这压力是竖直向下的
②物体静止在斜面上，物体所受重力的方向如图所示，这样表示对吗？
（错）
4．重心
（1）概念
一个物体的各部分都受到重力的作用，从效果上看，可以认为物体各部分受到的重力作用集中于一点，或各部分重力的等效作用点，叫物体的重心（centerofgravity）。
通俗点讲，重心就是重力的作用点。
把物体的全部质量集中到一点将不影响研究结果，这就是物理学的一种等效替代的思想。
（2）与重心位置有关的因素
①物体的形状；
②物体的质量分布。
质量均匀分布的物体，常称均匀物体，重心的位置只跟物体的形状有关。
形状规则的均匀物体，它的重心就在几何中心上。
均匀细直棒的重心在棒的中点，均匀球体的重心在球心，均匀圆柱的重心在轴线的中点。
质量分布不均匀的物体，重心的位置除了跟物体的形状有关外，还跟物体内质量的分布有关。
载重汽车的重心随着装货多少和装载位置而变化。
起重机的重心随着提升物的重量和高度而变化。
质量分布均匀的物体的重心，跟物体的形状有关。
质量分布均匀的有规则形状的物体，其重心在此几何中心上。
质量分布均匀的形状不规则的薄板形物体的重心可用二次悬挂法或寻找支点法找到。
学生动手找自己的不规则薄板的中心，并且说出其原理。
【演示】木圆环，不规则形状薄木板的重心。
验证：
用悬挂法确定重心之后，在板上固定一条细线，让其穿过重心C点，再在其重心C处拴上细绳提拉，验证薄板可以水平平衡。
也可以重心C为支点，让薄板水平平衡。
【演示】人体做各种不同的动作时，寻找其重心的位置。
【演示】将一段均匀的直铁丝，做成直角、四边形、圆形等不同的形状，寻找其重心的位置。
归纳：
物体的重心可在物体之上，也可在物体之外。
物体的稳定程度与重心的高低及支承面的大小等有关。
简单介绍一下不倒翁的原理，让学生有一种印象，为以后学习平衡的种类奠定基础。
【巩固练习】用卡车运输一些有的轻、有的重物体，将这些物体怎样堆放到卡车上较为合理。
（尽量将重的物体放在车的底部，整体的重心较低，行驶较安全）
［课堂训练］
重物受到的重力的施力物体和受力物体各是谁？
施力物体是地球，受力物体是重物。
强调：
地球上的任何物体在任何状态下都受到重力的作用。
因此，在今后的受力分析中重力肯定有。
在月球上，物体也会由于月球的吸引而受到相应的重力，到其他星球表面也一样。
三、四种基本相互作用
除了重力之外，自然界还有很多力的作用，它们的类别很多，根据不同的分类方法有很多方法，这些相互作用都是由四种基本相互作用演变而来，下面我们来看一下这四种基本相互作用。
从17世纪下半叶起，人们发现，相互吸引的作用存在于一切物体之间，直到宇宙的深处，只是相互作用的强度随距离增大而减弱。
在物理学中，我们称它为万有引力（gravitation）。
正是万有引力把行星和恒星聚在一起，组成太阳系、银河系和其他星系。
引力是自然界的一种基本相互作用，地面物体所受的重力只是引力在地球表面附近的一种表现。
电荷之间同样存在相互作用：
同种电荷相排斥，异种电荷相吸引。
类似地，两个磁体之间也存在相互作用：
同名磁极相排斥，异名磁极相吸引。
19世纪后，人们逐渐认识到，电荷间的相互作用、磁体间的相互作用，本质上是同一种相互作用的不同表现，这种相互作用称为电磁相互作用（electromagneticinteraction）或电磁力。
它也是自然界的一种基本相互作用。
电磁力随距离减小的规律与万有引力相似：
当距离增大到原来的2倍时，它们减小到原来的
。
质子带正电，但质子（与中子一起）却能聚在一起构成原子核。
根据你的推测，原因可能是什么？
20世纪，物理学家发现原子核是由若干带正电荷的质子和不带电的中子组成的，而带正电的质子之间存在斥力。
于是他们认识到，一定有一种新的强大的相互作用存在，使得原子核紧密地保持在一起。
这种作用称做强相互作用（stronginteraction）。
与万有引力和电磁力不同，距离增大时，强相互作用急剧减小，它的作用范围只有约10－15m，即原子核的大小，超过这个界限，这种相互作用实际上已经不存在了。
19世纪末、20世纪初，物理学家发现，有些原子核能够自发地放出射线，这种现象称为放射现象（radioactivity）。
后来发现，在放射现象中起作用的还有另一种基本相互作用，称为弱相互作用（weakinteraction）。
弱相互作用的作用范围也很小，与强相互作用相同，但强度只有强相互作用的10－12。
四种基本相互作用的特点已被科学所认识，但是没有人确切知道为什么会是这样的四种。
许多物理学家认为它们可能是某种相互作用在不同条件下的不同表现，就像电和磁是电磁相互作用的不同表现形式一样。
为此，人们做了很多研究工作，但至今没有公认的结论。
可能这正如牛顿所说，“真理的大海”依然在我们面前，但却尚未发现。
注：
由于这一部分是属于了解性质的问题，让学生自己阅读，有利于提高学生阅读科技论文的能力，是学生提高自己水平的很好机会，老师一定要相信学生有这个能力，不能把一切都进行讲解，而是应该把这一部分时间让学生自由支配，锻炼学生的自学能力，为终身学习作好准备.
请同学们把自己阅读的内容总结一下。
这一部分叙述的是自然界的四种基本相互作用，它们分别是万有引力、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。
它们的基本特点是什么？
万有引力相互作用存在于一切物体之间，相互作用的强度随距离的增大而减小；电磁相互作用是存在于电荷之间和磁体之间，它们的本质是相同的，称之为电磁相互作用；强相互作用和弱相互作用存在范围很小，它们的作用范围只有10－15m，但是弱相互作用的强度只有强相互作用的10－12。
刚才这几位同学总结得非常好，自然界的这四种相互作用是近几十年才发现的，许多科学家都认为这四种相互作用是一种相互作用不同的体现形式，也就是说有更为一般的一种相互作用就可以解释自然界所有的力学现象了，这里面包括著名科学家爱因斯坦也支持这种说法，并且在晚年致力于统一场方面的研究但没有成功。
这也给我们同学们留下了需要研究的问题，希望有一天我们的同学当中有一位能够解决这个问题。
点评：
通过讲解这一部分，可以激发学生对科学前沿的了解，积极投身到为科学而献身的队伍中去。
【小结】
力的概念在初中已经有所接触，但是它的理解仍然是一个难点，关键是在于力是物体间的相互作用这一问题上，并且两个力地位是相同的。
重力是在初中已经学习过的一个概念，对它的理解主要应该放在重心的研究上，知道不同情况下物体重心的位置。
自然界四种基本相互作用是新教材新增的内容，对它的理解不必太深，了解这方面的知识，为将来发展打下基础。
【布置作业】
教材P53－P54问题与练习。
板书设计
1．重力基本相互作用
一、力和力的图示
1．力
（1）运动状态的变化
只要一个物体的速度变化了，不管是大小改变、方向改变或大小和方向都改变，这个物体的运动状态就发生了变化。
（2）力的本质
物体物体
在物理学中，人们把改变物体的运动状态、产生形变的原因，即物体与物体之间的相互作用，称做力。
（3）力的作用效果
静力效果：
使物体发生形状或体积的改变；
动力效果：
改变物体的运动状态。
（4）力的特性
①物质性；②相互性；③矢量性；④独立性；⑤等效性。
2．力的图示
（1）力的三要素：
大小、方向和作用点。
（2）力的图示
①力的图示：
用一条带箭头的线段表示力矢量。
线段的长短──表示力的大小
箭头的指向──表示力的方向
箭尾──表示力的作用点
力的方向所在的直线──表示力的作用线
②步骤：
a．选定标度；
b．从作用点沿力的方向画线段，线段上加刻度；
c．加上表示方向的箭头，并注明力的数值。
（3）力的示意图
只画出力的方向，不严格画力的大小。
3．力的测量及单位
力的大小可用弹簧秤测量，力的单位是牛顿，简称牛，用符号N表示。
4．力的分类
按力的性质分：
重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力、核力等。
按力的效果分：
拉力、压力、支持力、浮力、动力、阻力、向心力等。
二、重力
1．概念：
地面附近一切物体都受到地球的吸引，由于地球的吸引而使物体受到的力，叫做重力（gravity）。
2．产生条件：
是由于地球的吸引。
3．重力的大小和方向
（1）重力的大小
重力的大小可以用弹簧秤测出。
在静止的情况下，物体对竖直悬绳的拉力或对水平支持物的压力，在数值上等于物体重力的大小。
重力大小与物体质量关系：
G＝mg（g＝9.8N/kg）
（2）重力的方向：
总是竖直向下。
4．重心
（1）概念
物体各部分受到的重力作用集中于一点，或各部分重力的等效作用点，叫物体的重心。
（2）与重心位置有关的因素
①物体的形状；
②物体的质量分布。
质量分布均匀的物体的重心，跟物体的形状有关。
质量分布均匀的有规则形状的物体，其重心在此几何中心上。
物体的重心可在物体之上，也可在物体之外。
三、四种基本相互作用
引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用
做一做
薄板的重心位置可以用悬挂法确定。
先在A点把物体悬挂起来，通过A点画一条竖直线AB，然后再选另一处D点把物体悬挂起来，同样通过D点画一条竖直线DE，AB和DE的交点C，就是薄板的重心。
请你证明用悬挂法确定重心的合理性。
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