高考物理一轮复习考点归纳专题8恒定电流与电学实验.docx
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高考物理一轮复习考点归纳专题8恒定电流与电学实验
2020年高考物理一轮复习考点归纳
专题08恒定电流与电学实验
第一节 欧姆定律、电阻定律、电功率及焦耳定律
【基本概念、规律】
一、电流、欧姆定律
1．电流
（1）定义：
自由电荷的定向移动形成电流．
（2）方向：
规定为正电荷定向移动的方向．
（3）三个公式
①定义式：
I＝q/t；②微观式：
I＝nqvS；③I＝
.
2．欧姆定律
（1）内容：
导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比．
（2）公式：
I＝U/R.
（3）适用条件：
适用于金属和电解液导电，适用于纯电阻电路．
二、电阻、电阻率、电阻定律
1．电阻
（1）定义式：
R＝
.
（2）物理意义：
导体的电阻反映了导体对电流阻碍作用的大小，R越大，阻碍作用越大．
2．电阻定律
（1）内容：
同种材料的导体，其电阻与它的长度成正比，与它的横截面积成反比，导体的电阻还与构成它的材料有关．
（2）表达式：
R＝ρ
.
3．电阻率
（1）计算式：
ρ＝R
.
（2）物理意义：
反映导体的导电性能，是导体材料本身的属性．
（3）电阻率与温度的关系
①金属：
电阻率随温度的升高而增大．
②半导体：
电阻率随温度的升高而减小．
③超导体：
当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻率突然减小为零成为超导体．
三、电功、电功率、焦耳定律
1．电功
（1）实质：
电流做功的实质是电场力对电荷做正功，电势能转化为其他形式的能的过程．
（2）公式：
W＝qU＝UIt，这是计算电功普遍适用的公式．
2．电功率
（1）定义：
单位时间内电流做的功叫电功率．
（2）公式：
P＝
＝UI，这是计算电功率普遍适用的公式．
3．焦耳定律
电流通过电阻时产生的热量Q＝I2Rt，这是计算电热普遍适用的公式．
4．热功率
（1）定义：
单位时间内的发热量．
（2）表达式：
P＝
＝I2R.
【重要考点归纳】
考点一 对电阻、电阻定律的理解和应用
1．电阻与电阻率的区别
（1）电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量，电阻大小与导体的长度、横截面积及材料等有关，电阻率是描述导体材料导电性能好坏的物理量，与导体长度、横截面积无关．
（2）导体的电阻大，导体材料的导电性能不一定差；导体的电阻率小，电阻不一定小．
（3）导体的电阻、电阻率均与温度有关．
2．电阻的决定式和定义式的区别
公式
R＝ρ
R＝
区别
电阻定律的决定式
电阻的定义式
说明了电阻的决定因素
提供了一种测定电阻的方法，并不说明电阻与U和I有关
只适用于粗细均匀的金属导体和浓度均匀的电解质溶液
适用于任何纯电阻导体
3.某一导体的形状改变后，讨论其电阻变化应抓住以下三点：
（1）导体的电阻率不变．
（2）导体的体积不变，由V＝lS可知l与S成反比．
（3）在ρ、l、S都确定之后，应用电阻定律R＝ρ
求解．
考点二 对伏安特性曲线的理解
1．图甲中的图线a、b表示线性元件，图乙中的图线c、d表示非线性元件．
2．图象的斜率表示电阻的倒数，斜率越大，电阻越小，故Ra＜Rb（如图甲所示）．
3．图线c的电阻减小，图线d的电阻增大（如图乙所示）．
4．伏安特性曲线上每一点的电压坐标与电流坐标的比值对应这一状态下的电阻．
5.解决这类问题的两点注意：
（1）首先分清是I－U图线还是U－I图线．
（2）对线性元件：
R＝
＝
；对非线性元件R＝
≠
，即非线性元件的电阻不等于U－I图象某点切线的斜率．
考点三 电功、电热、电功率和热功率
1.纯电阻电路与非纯电阻电路的比较
2.
（1）无论是纯电阻还是非纯电阻，电功均可用W＝UIt，电热均可用Q＝I2Rt来计算．
（2）判断是纯电阻电路还是非纯电阻电路的方法：
一是根据电路中的元件判断；二是看消耗的电能是否全部转化为内能．
（3）计算非纯电阻电路时，要善于从能量转化和守恒的角度，利用“电功＝电热＋其他能量”寻找等量关系求解．
【思想方法与技巧】
“柱体微元”模型的应用
1．模型构建：
物质微粒定向移动，以速度方向为轴线从中选取一小圆柱作为研究对象，即为“柱体微元”模型．
2．模型特点
（1）柱体内的粒子沿轴线可认为做匀速运动．
（2）柱体长度l＝v·Δt（v为粒子的速度），
柱体横截面积S＝πr2（r为柱体半径）．
3．处理思路
（1）选取一小柱体作为研究对象．
（2）确定柱体微元中的总电荷量为Q＝nvΔtSq.
（3）计算柱体中的电流I＝
＝nvSq.
4.“柱体微元”模型主要解决类流体问题，如微观粒子的定向移动、液体流动、气体流动等问题．
第二节 电路 闭合电路的欧姆定律
【基本概念、规律】
一、串、并联电路的特点
1．特点对比
串联
并联
电流
I＝I1＝I2＝…＝In
I＝I1＋I2＋…＋In
电压
U＝U1＋U2＋…＋Un
U＝U1＝U2＝…＝Un
电阻
R＝R1＋R2＋…＋Rn
＝
＋
＋…＋
2.几个常用的推论
（1）串联电路的总电阻大于其中任一部分电路的总电阻．
（2）并联电路的总电阻小于其中任一支路的总电阻，且小于其中最小的电阻．
（3）无论电阻怎样连接，每一段电路的总耗电功率P总是等于各个电阻耗电功率之和．
（4）无论电路是串联还是并联，电路中任意一个电阻变大时，电路的总电阻变大．
二、电源的电动势和内阻
1．电动势
（1）定义：
电动势在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功．
（2）表达式：
E＝
.
（3）物理意义：
反映电源把其他形式的能转化成电能的本领大小的物理量．
2．内阻
电源内部也是由导体组成的，也有电阻，叫做电源的内阻，它是电源的另一重要参数．
三、闭合电路欧姆定律
1．内容：
闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比．
2．公式
3．路端电压U与电流I的关系
（1）关系式：
U＝E－Ir.
（2）U－I图象如图所示．
①当电路断路即I＝0时，纵坐标的截距为电源电动势．
②当外电路电压为U＝0时，横坐标的截距为短路电流．
③图线的斜率的绝对值为电源的内阻．
【重要考点归纳】
考点一 电路动态变化的分析
1．电路的动态变化是指由于断开或闭合开关、滑动变阻器滑片的滑动等造成电路结构发生了变化，一处变化又引起了一系列的变化．
2．电路动态分析的方法
（1）程序法：
电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→U端的变化→固定支路
→变化支路．
（2）极限法：
因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题，可将滑动变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论．
3.电路动态分析的两个结论
（1）总电阻变化情况的判断
①当外电路的任何一个电阻增大（或减小）时，电路的总电阻一定增大（或减小）．
②若开关的通、断使串联的用电器增多时，电路的总电阻增大；若开关的通、断使并联的支路增多时，电路的总电阻减小．
（2）“串反并同”
①所谓“串反”，即某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小，反之则增大．
②所谓“并同”，即某一电阻增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大，反之则减小．
考点二 电源的功率及效率问题
电源总功率
任意电路：
P总＝EI＝P出＋P内
纯电阻电路：
P总＝I2（R＋r）＝
电源内部
消耗的功率
P内＝I2r＝P总－P出
电源的
输出功率
任意电路：
P出＝UI＝P总－P内
纯电阻电路：
P出＝I2R＝
P出与外电
阻R的关系
电源的效率
任意电路：
η＝
×100%＝
×100%
纯电阻电路：
η＝
×100%
（1）解决最大功率问题时，要弄清是定值电阻还是可变电阻的最大功率，定值电阻的最大功率用P＝I2R＝
分析，可变电阻的最大功率用等效电源法求解．
（2）电源输出功率最大时，效率不是最大，只有50%.
考点三 含容电路的分析和计算
1．当含有电容器的直流电路达到稳定状态时，电容器处可视为断路，与之串联的电阻中无电流，不起降压作用．
2．电容器电压等于与之并联的电阻的电压．
3．电容器（或串联一个电阻）接到某电源两端时，电容器的电压等于路端电压．
4．在计算电容器所带电荷量的变化时，如果变化前后极板所带电荷的电性相同，那么通过所连导线的电荷量等于初末状态电容器所带电荷量之差；如果变化前后极板带电的电性相反，那么通过所连导线的电荷量等于初末状态电容器所带电荷量之和．
【思想方法与技巧】
利用U－I图象解决非线性元件问题
非线性元件有关问题的求解，关键在于确定其实际电压和电流，确定方法如下：
（1）先根据闭合电路欧姆定律，结合实际电路写出元件的电压U随电流I的变化关系．
（2）在原U－I图象中，画出U、I关系图象．
（3）两图象的交点坐标即为元件的实际电压和电流．
突破电学设计性实验的思路和方法
电学设计性实验题能有效地考查学生的实验技能和创造性思维能力，在高考中的考查频率很高.不少学生面对这类题感到无从下手.实际上，只要做到“三个明确”“三个选择”，问题便可迎刃而解.
一、明确题目的要求
认真审清题意，看清题目的要求．即审题时要看清题目要求测定什么物理量，验证、探究什么物理规律，或者要求设计达到何种标准的电路等．
二、明确实验原理
解决设计型实验题的关键在于选择实验原理．如果实验需要测定某些电学量，应弄清待测物理量可通过哪些规律、公式求得，与哪些物理量有直接联系，可用哪些物理量定量地表示，用何种方法测定相关量，进而得出待求量．
三、明确设计电路的原则
设计电路一般应遵循“安全性”原则、“精确性、方便性”原则，兼顾“运用仪器少，耗电少”等三条原则．
1．安全性原则
选用仪器组成电路，首先要保证实验正常进行．例如通过电流表的电流和加在电压表上的电压均不得超过其量程，滑动变阻器、被测电阻不得超过其额定电流（额定功率）等．
2．精确性、方便性原则
“精确”是指选用仪器组成实验电路时要尽可能减小测量误差，提高精确度．例如所用电流表、电压表的指针应有较大的偏转，一般应使指针偏转在满刻度的1/3以上，以减小因读数引起的偶然误差．
“方便”是指实验中便于调节控制，便于读数．例如应根据电路可能出现的电流、电压范围选择滑动变阻器．对大阻值的滑动变阻器，如果滑片稍有移动就使电路中的电流、电压有很大变化，则不宜采用．对于滑动变阻器，还要权衡用分压式电路还是限流式电路．
3．运用仪器少，耗电少原则
在达到实验目的，各项指标均符合要求的前提下，还应注意运用的仪器尽量少和节约电能．例如控制电路有限流式与分压式两种调节电路，若这两种调节电路均能满足要求，从消耗功率小，节约电能的角度，则应选用限流式电路．
四、控制电路的选择
滑动变阻器选用限流接法和分压接法的依据：
1．负载电阻电压要求变化范围较大，且从零开始连续可调，应选分压电路．
2．若负载电阻的阻值Rx远大于滑动变阻器总阻值R，应选分压电路．
3．若负载电阻的阻值Rx小于滑动变阻器总阻值R或相差不多，且没有要求电压从零可调，应选限流电路．
4．两种电路均可时限流电路优先，因为限流电路消耗的总功率小．
五、测量电路的选择
对伏安法测电阻，应根据待测电阻的大小选择电流表不同的接法．
1．阻值判断法：
当RV≫Rx时，采用电流表“外接法”；
当Rx≫RA时，采用电流表“内接法”．
2．倍率比较法：
（1）当
＝
，即Rx＝
时，既可选择电流表“内接法”，也可选择“外接法”；
（2）当
＞
即Rx＜
时，采用电流表外接法；
（3）当
＜
即Rx＞
时，采用电流表内接法．
3．试触法：
与
比较大小：
（1）若
＞
，则选择电压表分流的外接法；
（2）若
＞
，则选择电流表的内接法．
六、实验器材的选择
1．安全因素
通过电源、电表、电阻的电流不能超过允许的最大电流．
2．误差因素
选择电表时，保证电流和电压均不超过其量程．使指针有较大偏转（一般取满偏度的
～
）；使用欧姆表选挡时让指针尽可能在中值刻度附近．
3．便于操作
选滑动变阻器时，在满足其他要求的前提下，可选阻值较小的．
4．关注实验的实际要求．
实验七 测定金属的电阻率
1．螺旋测微器
（1）构造：
如图甲，S为固定刻度，H为可动刻度．
（2）原理：
可动刻度H上的刻度为50等份，旋钮K每旋转一周，螺杆P前进或后退0.5mm，则螺旋测微器的精确度为0.01mm.
甲 乙
（3）读数
①测量时被测物体长度的半毫米数由固定刻度读出，不足半毫米部分由可动刻度读出．
②测量值（mm）＝固定刻度数（mm）（注意半毫米刻度线是否露出）＋可动刻度数（估读一位）×0.01（mm）
③如图乙所示，固定刻度示数为2.0mm，不足半毫米，从可动刻度上读的示数为15.0，最后的读数为：
2.0mm＋15.0×0.01mm＝2.150mm.
2．游标卡尺
（1）构造（如图所示）：
主尺、游标尺（主尺和游标尺上各有一个内外测量爪）、游标尺上还有一个深度尺，尺身上还有一个紧固螺钉．
（2）用途：
测量厚度、长度、深度、内径、外径．
（3）原理：
利用主尺的最小分度与游标尺的最小分度的差值制成．
不管游标尺上有多少个小等分刻度，它的刻度部分的总长度比主尺上的同样多的小等分刻度少1mm.常见的游标卡尺的游标尺上小等分刻度有10个的、20个的、50个的，见下表：
刻度格数
（分度）
刻度总
长度
每小格与
1mm的差值
精确度
（可准确到）
10
9mm
0.1mm
0.1mm
20
19mm
0.05mm
0.05mm
50
49mm
0.02mm
0.02mm
（4）读数：
若用x表示由主尺上读出的整毫米数，K表示从游标尺上读出与主尺上某一刻线对齐的游标的格数，则记录结果表达为（x＋K×精确度）mm.
3．常用电表的读数
对于电压表和电流表的读数问题，首先要弄清电表量程，即指针指到最大刻度时电表允许通过的最大电压或电流值，然后根据表盘总的刻度数确定精确度，按照指针的实际位置进行读数即可．
（1）0～3V的电压表和0～3A的电流表读数方法相同，此量程下的精确度分别是0.1V或0.1A，看清楚指针的实际位置，读到小数点后面两位．
（2）对于0～15V量程的电压表，精确度是0.5V，在读数时只要求读到小数点后面一位，即读到0.1V.
（3）对于0～0.6A量程的电流表，精确度是0.02A，在读数时只要求读到小数点后面两位，这时要求“半格估读”，即读到最小刻度的一半0.01A.
4．电流表、电压表测电阻两种方法的比较
电流表内接法
电流表外接法
电路图
误差
原因
电流表分压
U测＝Ux＋UA
电压表分流
I测＝Ix＋IV
电阻
测量值
R测＝
＝Rx＋RA>Rx
测量值大于真实值
R测＝
＝
测量值小于真实值
适用条件
RA≪Rx
RV≫Rx
一、实验目的
1．掌握电流表、电压表和滑动变阻器的使用方法．
2．掌握螺旋测微器和游标卡尺的使用和读数方法．
3．会用伏安法测电阻，进一步测定金属的电阻率．
二、实验原理
用电压表测金属丝两端的电压，用电流表测金属丝的电流，根据Rx＝
计算金属丝的电阻Rx，然后用毫米刻度尺测量金属丝的有效长度l，用螺旋测微器测量金属丝的直径d，计算出金属丝的横截面积S；根据电阻定律Rx＝ρ
，得出计算金属丝电阻率的公式ρ＝
＝
.
三、实验器材
被测金属丝，直流电源（4V），电流表（0～0.6A），电压表（0～3V），滑动变阻器（50Ω），开关，导线若干，螺旋测微器，毫米刻度尺．
四、实验步骤
1．用螺旋测微器在被测金属丝的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d.
2．按实验原理图连接好用伏安法测电阻的实验电路．
3．用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量3次，求出其平均值l.
4．把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置，电路经检查确认无误后，闭合电键S，改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，填入记录表格内，断开电键S，求出导线电阻Rx的平均值．
5．整理仪器．
一、伏安法测电阻的电路选择方法
1．阻值比较法：
先将待测电阻的估计值与电压表、电流表内阻进行比较，若Rx较小，宜采用电流表外接法；若Rx较大，宜采用电流表内接法．
2．临界值计算法
Rx<
时，用电流表外接法；
Rx>
时，用电流表内接法．
3．实验试探法：
按如图所示电路图接好电路，让电压表的一根接线柱P先后与a、b处接触一下，如果电压表的示数有较大的变化，而电流表的示数变化不大，则可采用电流表外接法；如果电流表的示数有较大的变化，而电压表的示数变化不大，则可采用电流表内接法．
二、数据处理
1．在求Rx的平均值的两种方法
（1）第一种是用Rx＝
算出各次的数值，再取平均值．
（2）第二种是用U－I图线的斜率求出．
2．计算电阻率：
将记录的数据Rx、l、d的值代入电阻率计算公式ρ＝Rx
＝
.
三、误差分析
1．金属丝直径、长度的测量带来误差．
2．若为内接法，电流表分压，若为外接法，电压表分流．
四、注意事项
1．测量直径应在导线连入电路前进行，测量金属丝的长度，应在连入电路后拉直的情况下进行．
2．本实验中被测金属丝的阻值较小，故采用电流表外接法．
3．电流不宜太大（电流表用0～0.6A量程），通电时间不宜太长，以免金属丝温度升高，导致电阻率在实验过程中变大．
实验八 描绘小电珠的伏安特性曲线
一、实验目的
1．掌握滑动变阻器的使用方法及连接方式．
2．掌握伏安特性曲线的描绘方法．
3．理解小电珠的伏安特性曲线为什么是曲线．
二、实验原理
用电流表测出流过小电珠的电流，用电压表测出小电珠两端的电压，测出多组（U，I）值，在U－I坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来．
三、实验器材
小电珠“3.8V,0.3A”、电压表“0～3V～15V”、电流表“0～0.6A～3A”、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干、坐标纸、铅笔．
四、实验步骤
1．画出电路图（如实验原理图所示）．
2．将小电珠、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、开关用导线连接成如实验原理图所示的电路．
3．测量与记录
移动滑动变阻器触头位置，测出12组左右不同的电压值U和电流值I，并将测量数据填入自己设计的表格中．
4．数据处理
（1）在坐标纸上以U为横轴，I为纵轴，建立直角坐标系．
（2）在坐标纸上描出各组数据所对应的点．
（3）将描出的点用平滑的曲线连接起来，就得到小电珠的伏安特性曲线．
一、滑动变阻器的限流式接法和分压式接法比较
电路图
负载R上电压
的调节范围
≤U≤E
0≤U≤E
负载R上电流
的调节范围
≤I≤
0≤I≤
二、两种接法的选择
1．限流式接法适合控制阻值较小的电阻的电压，分压式接法适合控制阻值较大的电阻的电压．
2．要求电压从0开始逐渐增大，采取分压式接法．
三、误差分析
1．电流表外接，由于电压表的分流，使电流表示数偏大．
2．测量时读数带来误差．
3．在坐标纸上描点、作图带来误差．
四、注意事项
1．本实验中被测小电珠灯丝的电阻值较小，因此测量电路必须采用电流表外接法．
2．滑动变阻器应采用分压式接法，目的是使小电珠两端的电压能从零开始连续变化．
3．闭合开关S前，滑动变阻器的触头应移到使小电珠分得电压为零的一端．
4．加在小电珠两端的电压不要超过其额定电压．
实验九 测定电源的电动势和内阻
一、实验目的
1．掌握用电压表和电流表测定电源的电动势和内阻的方法；进一步理解闭合电路的欧姆定律．
2．掌握用图象法求电动势和内阻的方法．
二、实验原理
1．实验依据：
闭合电路欧姆定律．
2．E和r的求解：
由U＝E－Ir得
，解得E、r.
3．图象法处理：
以路端电压U为纵轴，干路电流I为横轴，建系、描点、连线，纵轴截距为电动势E，直线斜率k的绝对值为内阻r.
三、实验器材
电池（被测电源）、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线、坐标纸、铅笔．
四、实验步骤
1．电流表用0.6A量程，电压表用3V量程，按实验原理图连接好实物电路．
2．把变阻器的滑片移动到使接入电路阻值最大的一端．
3．闭合电键，调节变阻器，使电流表有明显示数．记录一组电流表和电压表的示数，用同样方法测量并记录几组I、U值，并填入表格中．
第1组
第2组
第3组
第4组
第5组
第6组
U/V
I/A
4.断开开关，拆除电路，整理好器材．
一、数据处理
1．列多个方程组求解，再求E、r的平均值．
2．用作图法处理数据，如图所示．
（1）图线与纵轴交点为E；
（2）图线与横轴交点为I短＝
；
（3）图线的斜率表示r＝
.
二、误差分析
1．偶然误差：
（1）电表读数不准引起误差．
（2）图象法求E和r时作图不准确．
2．系统误差：
（1）采取电流表内接法，由于电压表分流造成电动势和内阻的测量值均偏小．
（2）采取电流表外接法，由于电流表分压，造成内阻的测量值偏大．
三、注意事项
1．为了使路端电压变化明显，可使用内阻较大的旧电池．
2．电流不要过大，应小于0.5A，读数要快．每次读数后立即断开电源．
3．要测出不少于6组的（U，I）数据，且变化范围要大些．
4．若U－I图线纵轴刻度不从零开始，则图线和横轴的交点不再是短路电流，内阻应根据r＝
确定．
5．电流表要内接（因为r很小）．
实验十 练习使用多用电表
一、电流表与电压表的改装
1．改装方案
改装为电压表
改装为大量程
的电流表
原理
串联电阻分压
并联电阻分流
改装原理图
分压电阻或
分流电阻
U＝Ig（Rg＋R）故R＝
－Rg
IgRg＝（I－Ig）R
故R＝
改装后电
表内阻
RV＝Rg＋R>Rg
RA＝
2.校正
（1）电压表的校正电路如图甲所示，电流表的校正电路如图乙所示．
（2）校正的过程是：
先将滑动变阻器的滑动触头移动到最左端，然后闭合开关，移动滑动触头，使改装后的电压表（电流表）示数从零逐渐增大到量程值，每移动一次记下改装的电压表（电流表）和标准电压表（电流表）示数，并计算满刻度时的百分误差，然后加以校正．
二、欧姆表原理（多用电表测电阻原理）
1．构造：
如图所示，欧姆表由电流表G、电池、调零电阻R和红、黑表笔组成．
欧姆表内部：
电流表、电池、调零电阻串联．
外部：
接被测电阻Rx.
全电路电阻R总＝Rg＋R＋r＋Rx.
2．工作原理：
闭合电路欧姆定律I＝
.
3．刻度的标定：
红、黑表笔短接（被测电阻Rx＝0）时，调节调零电阻R，使I＝Ig，电流表的指针达到满偏，这一过程叫欧姆调零．
（1）当I＝Ig时，Rx＝0，在满偏电流Ig处标为“0”．（图甲）
（2）当I＝0时，Rx→∞，在I＝0处标为“∞”．（图乙）
（3）当I＝
时，Rx＝Rg＋R＋r，此电阻值等于欧姆表的内阻值，Rx叫中值
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