2019-2020年高中物理第一章電磁感應(yīng)第一節(jié)電磁感應(yīng)現(xiàn)象第二節(jié)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件學(xué)案粵教版選修.doc
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2019-2020年高中物理第一章電磁感應(yīng)第一節(jié)電磁感應(yīng)現(xiàn)象第二節(jié)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件學(xué)案粵教版選修 [學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.理解什么是電磁感應(yīng)現(xiàn)象及產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件.2.會使用線圈以及常見磁鐵完成簡單的實驗.3.了解磁通量的定義及變化． 一、電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn) [導(dǎo)學(xué)探究] (1)在一次講演中，奧斯特在南北方向的導(dǎo)線下面放置了一枚小磁針，當(dāng)接通電源時小磁針為什么轉(zhuǎn)動？ (2)法拉第把兩個線圈繞在同一個鐵環(huán)上，一個線圈接到電源上，另一個線圈接入“電流表”，在給一個線圈通電或斷電的瞬間，觀察電流表，會看到什么現(xiàn)象？說明了什么？ 答案 (1)電流的周圍產(chǎn)生磁場，小磁針受到磁場力的作用而轉(zhuǎn)動． (2)電流表的指針發(fā)生擺動，說明另一個線圈中產(chǎn)生了電流． [知識梳理] 電流的磁效應(yīng)及電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)： (1)丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)載流導(dǎo)體能使小磁針轉(zhuǎn)動，這種作用稱為電流的磁效應(yīng)，揭示了電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象之間存在密切聯(lián)系． (2)英國物理學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，即由磁生電的現(xiàn)象，他把這種現(xiàn)象命名為電磁感應(yīng)．產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流． [即學(xué)即用] 判斷下列說法的正誤． (1)若把導(dǎo)線東西放置，當(dāng)接通電源時，導(dǎo)線下面的小磁針一定會發(fā)生轉(zhuǎn)動．( ) (2)奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)；法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象．( ) (3)小磁針在通電導(dǎo)線附近發(fā)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象是電磁感應(yīng)現(xiàn)象．( ) (4)通電線圈在磁場中轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象是電流的磁效應(yīng)．( ) 答案 (1) (2)√ (3) (4) 二、磁通量及其變化 [導(dǎo)學(xué)探究] 如圖1所示，閉合導(dǎo)線框架的面積為S，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B. 圖1 (1)分別求出B⊥S(圖示位置)和B∥S(線框繞OO′轉(zhuǎn)90)時，穿過閉合導(dǎo)線框架平面的磁通量． (2)由圖示位置繞OO′轉(zhuǎn)過60時，穿過框架平面的磁通量為多少？這個過程中磁通量變化了多少？ 答案 (1)BS 0 (2)BS 減少了BS [知識梳理] 磁通量的定義及公式： (1)定義：閉合回路的面積與垂直穿過它的磁感應(yīng)強度的乘積叫做磁通量． (2)公式：Φ＝BS，其中的S應(yīng)為平面在垂直于磁場方向上的投影面積．大小與線圈的匝數(shù)無關(guān)(填“有”或“無”)．ΔΦ＝Φ2－Φ1. [即學(xué)即用] 判斷下列說法的正誤． (1)磁感應(yīng)強度越大，線圈面積越大，則磁通量越大．( ) (2)穿過線圈的磁通量為零，但磁感應(yīng)強度不一定為零．( ) (3)磁通量發(fā)生變化，一定是磁場發(fā)生變化引起的．( ) (4)利用公式Φ＝BS，可計算任何磁場中某個面的磁通量．( ) 答案 (1) (2)√ (3) (4) 三、產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件 [導(dǎo)學(xué)探究] 1．利用蹄形磁鐵的磁場 如圖2所示，導(dǎo)體AB做切割磁感線運動時，線路中有電流產(chǎn)生，而導(dǎo)體AB順著磁感線運動時，線路中無電流產(chǎn)生．(填“有”或“無”) 圖2 2．利用條形磁鐵的磁場 如圖3所示，當(dāng)條形磁鐵插入或拔出線圈時，線圈中有電流產(chǎn)生，當(dāng)條形磁鐵在線圈中靜止不動時，線圈中無電流產(chǎn)生．(填“有”或“無”) 圖3 3．利用通電螺線管的磁場 如圖4所示，將小螺線管A插入大螺線管B中不動，當(dāng)開關(guān)S閉合或斷開時，電流表中有電流通過；若開關(guān)S一直閉合，當(dāng)改變滑動變阻器的阻值時，電流表中有電流通過；而開關(guān)一直閉合，滑動變阻器的滑動觸頭不動時，電流表中無電流通過．(填“有”或“無”) 圖4 [知識梳理] 產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是：只要使穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生． [即學(xué)即用] 判斷下列說法的正誤． (1)只要閉合電路內(nèi)有磁通量，閉合電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生．( ) (2)穿過螺線管的磁通量發(fā)生變化時，螺線管內(nèi)部就一定有感應(yīng)電流產(chǎn)生．( ) (3)穿過閉合線圈的磁通量變化時，線圈中有感應(yīng)電流．( ) (4)閉合正方形線框在勻強磁場中垂直磁感線運動，必然產(chǎn)生感應(yīng)電流．( ) 答案 (1) (2) (3)√ (4) 一、磁通量Φ的理解與計算 1．勻強磁場中磁通量的計算 (1)B與S垂直時，Φ＝BS. (2)B與S不垂直時，Φ＝B⊥S，B⊥為B垂直于線圈平面的分量．如圖5甲所示，Φ＝B⊥S＝(Bsinθ)S. 也可以Φ＝BS⊥，S⊥為線圈在垂直磁場方向上的投影面積，如圖乙所示，Φ＝BS⊥＝BScosθ. 圖5 2．磁通量的變化 大致可分為以下幾種情況： (1)磁感應(yīng)強度B不變，有效面積S發(fā)生變化．如圖6(a)所示． (2)有效面積S不變，磁感應(yīng)強度B發(fā)生變化．如圖(b)所示． (3)磁感應(yīng)強度B和有效面積S都不變，它們之間的夾角發(fā)生變化．如圖(c)所示． 圖6 例1 如圖7所示，有一垂直紙面向里的勻強磁場，B＝0.8T，磁場有明顯的圓形邊界，圓心為O，半徑為1cm.現(xiàn)于紙面內(nèi)先后放上圓線圈A、B、C，圓心均處于O處，線圈A的半徑為1cm,10匝；線圈B的半徑為2cm,1匝；線圈C的半徑為0.5cm,1匝．問： 圖7 (1)在B減為0.4T的過程中，線圈A和線圈B中的磁通量變化了多少？ (2)在磁場轉(zhuǎn)過90角的過程中，線圈C中的磁通量變化了多少？轉(zhuǎn)過180角呢？ 答案 (1)A、B線圈的磁通量均減少了1.25610－4Wb (2)減少了6.2810－5Wb 減少了1.25610－4Wb 解析 (1)A、B線圈中的磁通量始終一樣，故它們的變化量也一樣． ΔΦ＝(B2－B)πr2＝－1.25610－4Wb 即A、B線圈中的磁通量都減少了1.25610－4Wb (2)對線圈C，Φ1＝Bπr′2＝6.2810－5Wb 當(dāng)轉(zhuǎn)過90時，Φ2＝0， 故ΔΦ1＝Φ2－Φ1＝0－6.2810－5Wb ＝－6.2810－5Wb 當(dāng)轉(zhuǎn)過180時，磁感線從另一側(cè)穿過線圈，若取Φ1為正，則Φ3為負(fù)， 有Φ3＝－Bπr′2，故ΔΦ2＝Φ3－Φ1＝－2Bπr′2＝－1.25610－4Wb. 1．磁通量與線圈匝數(shù)無關(guān)． 2．磁通量是標(biāo)量，但有正、負(fù)，其正、負(fù)分別表示與規(guī)定的穿入方向相同、相反． 針對訓(xùn)練1 磁通量是研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的重要物理量，如圖8所示，通有恒定電流的導(dǎo)線MN與閉合線框共面，第一次將線框由位置1平移到位置2，第二次將線框繞cd邊翻轉(zhuǎn)到位置2，設(shè)先后兩次通過線框的磁通量變化分別為ΔΦ1和ΔΦ2，則( ) 圖8 A．ΔΦ1>ΔΦ2 B．ΔΦ1＝ΔΦ2 C．ΔΦ1<ΔΦ2 D．無法確定 答案 C 二、感應(yīng)電流產(chǎn)生條件的理解及應(yīng)用 1．感應(yīng)電流產(chǎn)生條件的理解 不論什么情況，只要滿足電路閉合和磁通量發(fā)生變化這兩個條件，就必然產(chǎn)生感應(yīng)電流；反之，只要產(chǎn)生了感應(yīng)電流，那么電路一定是閉合的，穿過該電路的磁通量也一定發(fā)生了變化． 2．注意區(qū)別ΔΦ與Φ：感應(yīng)電流的產(chǎn)生與Φ無關(guān)，只取決于Φ的變化，即與ΔΦ有關(guān)．ΔΦ與Φ的大小沒有必然的聯(lián)系． 例2 如圖所示，用導(dǎo)線做成圓形或正方形回路，這些回路與一直導(dǎo)線構(gòu)成幾種位置組合(彼此絕緣)，下列組合中，切斷直導(dǎo)線中的電流時，閉合回路中會有感應(yīng)電流產(chǎn)生的是( ) 答案 C 解析 利用安培定則判斷直線電流產(chǎn)生的磁場，其磁感線是一些以直導(dǎo)線為軸的無數(shù)組同心圓，即磁感線所在平面均垂直于導(dǎo)線，且直線電流產(chǎn)生的磁場分布情況是靠近直導(dǎo)線處磁場強，遠(yuǎn)離直導(dǎo)線處磁場弱．所以，A中穿過圓形線圈的磁場如圖甲所示，其有效磁通量為ΦA(chǔ)＝Φ出－Φ進(jìn)＝0，且始終為0，即使切斷導(dǎo)線中的電流，ΦA(chǔ)也始終為0，A中不可能產(chǎn)生感應(yīng)電流．B中線圈平面與導(dǎo)線的磁場平行，穿過B中線圈的磁通量也始終為0，B中也不能產(chǎn)生感應(yīng)電流．C中穿過線圈的磁通量如圖乙所示，Φ進(jìn)>Φ出，即ΦC≠0，當(dāng)切斷導(dǎo)線中電流后，經(jīng)過一定時間，穿過線圈的磁通量減小為0，所以C中有感應(yīng)電流產(chǎn)生．D中線圈的磁通量如圖丙所示，切斷導(dǎo)線中的電流，ΦD也始終為0，D中不可能產(chǎn)生感應(yīng)電流． 針對訓(xùn)練2 (多選)如圖9所示裝置，在下列各種情況中，能使懸掛在螺線管附近的銅質(zhì)閉合線圈A中產(chǎn)生感應(yīng)電流的是( ) 圖9 A．開關(guān)S閉合的瞬間 B．開關(guān)S閉合后，電路中電流穩(wěn)定時 C．開關(guān)S閉合后，滑動變阻器觸頭滑動的瞬間 D．開關(guān)S斷開的瞬間 答案 ACD 例3 金屬矩形線圈abcd在勻強磁場中做如圖所示的運動，線圈中有感應(yīng)電流的是( ) 答案 A 解析 在選項B、C中，線圈中的磁通量始終為零，不產(chǎn)生感應(yīng)電流；選項D中磁通量始終最大，保持不變，也沒有感應(yīng)電流；選項A中，在線圈轉(zhuǎn)動過程中，磁通量做周期性變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，故A正確． 判斷部分導(dǎo)體做切割磁感線運動產(chǎn)生感應(yīng)電流時應(yīng)注意： (1)導(dǎo)體是否將磁感線“割斷”，如果沒有“割斷”就不能說切割．如例3中，A圖是真“切割”，B、C圖中沒有切斷，是假“切割”． (2)是否僅是閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場內(nèi)做切割磁感線運動，如例3D圖中ad、bc邊都切割磁感線，由切割不容易判斷，則要回歸到磁通量是否變化上去． 1．在法拉第時代，下列驗證“由磁產(chǎn)生電”設(shè)想的實驗中，能觀察到感應(yīng)電流的是( ) A．將繞在磁鐵上的線圈與電流表組成一閉合回路，然后觀察電流表的變化 B．在一通電線圈旁放置一連有電流表的閉合線圈，然后觀察電流表的變化 C．將一房間內(nèi)的線圈兩端與相鄰房間的電流表連接．往線圈中插入條形磁鐵后，再到相鄰房間去觀察電流表的變化 D．繞在同一鐵環(huán)上的兩個線圈，分別接電源和電流表，在給線圈通電或斷電的瞬間，觀察電流表的變化 答案 D 解析 電路閉合和穿過電路的磁通量發(fā)生變化，同時滿足這兩個條件，電路中才會產(chǎn)生感應(yīng)電流，本題中的A、B選項都不會使得電路中的磁通量發(fā)生變化，并不滿足產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，故都不正確．C選項中磁鐵插入線圈時，雖有短暫電流產(chǎn)生，但未能及時觀察，C項錯誤．在給線圈通電、斷電瞬間，會引起閉合電路磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，因此D項正確． 2.如圖10所示，a、b是兩個同平面、同心放置的金屬圓環(huán)，條形磁鐵穿過圓環(huán)且與兩環(huán)平面垂直，則穿過兩圓環(huán)的磁通量Φa、Φb的大小關(guān)系為( ) 圖10 A．Φa>Φb B．Φa<Φb C．Φa＝Φb D．不能比較 答案 A 解析 條形磁鐵磁場的磁感線的分布特點是：①磁鐵內(nèi)外磁感線的條數(shù)相同；②磁鐵內(nèi)外磁感線的方向相反；③磁鐵外部磁感線的分布是兩端密、中間疏．兩個同心放置的同平面的金屬圓環(huán)與磁鐵垂直且磁鐵在中央時，通過其中一個圓環(huán)的磁感線的俯視圖如圖所示，穿過該圓環(huán)的磁通量Φ＝Φ進(jìn)－Φ出，由于兩圓環(huán)面積Sa＜Sb，兩圓環(huán)的Φ進(jìn)相同，而Φ出a＜Φ出b，所以穿過兩圓環(huán)的有效磁通量Φa＞Φb，故A正確． 3．(多選)下圖中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是( ) 答案 BD 解析 根據(jù)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：A選項中，電路沒有閉合，無感應(yīng)電流；B選項中，面積增大，閉合電路的磁通量增大，有感應(yīng)電流；C選項中，穿過線圈的磁感線相互抵消，Φ恒為零，無感應(yīng)電流；D選項中，磁通量發(fā)生變化，有感應(yīng)電流． 4．(多選)如圖11所示，開始時矩形線框與勻強磁場的方向垂直，且一半在磁場內(nèi)，一半在磁場外，若要使線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流，下列辦法中可行的是( ) 圖11 A．將線框向左拉出磁場 B．以ab邊為軸轉(zhuǎn)動 C．以ad邊為軸轉(zhuǎn)動(小于60) D．以bc邊為軸轉(zhuǎn)動(小于60) 答案 ABC 解析 將線框向左拉出磁場的過程中，線框的bc部分切割磁感線，或者說穿過線框的磁通量減少，所以線框中將產(chǎn)生感應(yīng)電流． 當(dāng)線框以ab邊為軸轉(zhuǎn)動時，線框的cd邊的右半段在做切割磁感線運動，或者說穿過線框的磁通量在發(fā)生變化，所以線框中將產(chǎn)生感應(yīng)電流． 當(dāng)線框以ad邊為軸轉(zhuǎn)動(小于60)時，穿過線框的磁通量在減小，所以在這個過程中線框內(nèi)會產(chǎn)生感應(yīng)電流．如果轉(zhuǎn)過的角度超過60(60～300)，bc邊將進(jìn)入無磁場區(qū)，那么線框中將不產(chǎn)生感應(yīng)電流． 當(dāng)線框以bc邊為軸轉(zhuǎn)動時，如果轉(zhuǎn)動的角度小于60，則穿過線框的磁通量始終保持不變(其值為磁感應(yīng)強度與矩形線框面積的一半的乘積)． 一、選擇題(1～6題為單選題，7～10題為多選題) 1．許多科學(xué)家在物理學(xué)發(fā)展中做出了重要貢獻(xiàn)，下列表述中正確的是( ) A．牛頓測出引力常數(shù) B．法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象 C．安培提出了磁場對運動電荷的作用力公式 D．奧斯特總結(jié)并確認(rèn)了真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用規(guī)律 答案 B 2．如圖所示實驗裝置中用于研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的是( ) 答案 B 解析 選項A是用來探究影響安培力大小因素的實驗裝置．選項B是研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實驗裝置，觀察閉合線框在磁場中做切割磁感線運動時電流表是否會產(chǎn)生感應(yīng)電流．選項C是用來探究安培力的方向與哪些因素有關(guān)的實驗裝置．選項D是奧斯特實驗裝置，證明通電導(dǎo)線周圍存在磁場． 3.如圖1所示，大圓導(dǎo)線環(huán)A中通有電流，方向如圖中箭頭所示，另在導(dǎo)線環(huán)所在平面畫一個圓B，它的一半面積在A環(huán)內(nèi)，另一半面積在A環(huán)外，則穿過圓B的磁通量( ) 圖1 A．為0 B．垂直紙面向里 C．垂直紙面向外 D．條件不足，無法判斷 答案 B 解析 因為通電導(dǎo)線環(huán)的磁場中心密集，外部稀疏，所以，穿過圓B的凈磁感線為垂直紙面向里． 4.如圖2所示，半徑為R的圓形線圈共有n匝，其中心位置處半徑為r(r＜R)的范圍內(nèi)有勻強磁場，磁場方向垂直線圈平面，若磁感應(yīng)強度為B，則穿過線圈的磁通量為 ( ) 圖2 A．πBR2 B．πBr2 C．nπBR2 D．nπBr2 答案 B 解析 由磁通量的定義式知Φ＝BS＝πBr2，故B正確． 5.如圖3所示，一矩形線框從abcd位置移到a′b′c′d′位置的過程中，關(guān)于穿過線框的磁通量情況，下列敘述正確的是(線框平行于紙面移動) ( ) 圖3 A．一直增加 B．一直減少 C．先增加后減少 D．先增加，再減少到零，然后再增加，然后再減少 答案 D 解析 離導(dǎo)線越近，磁場越強，當(dāng)線框從左向右靠近導(dǎo)線的過程中，穿過線框的磁通量增大，當(dāng)線框跨在導(dǎo)線上向右運動時，磁通量減小，當(dāng)導(dǎo)線在線框正中央時，磁通量為零，從該位置向右，磁通量又增大，當(dāng)線框離開導(dǎo)線向右運動的過程中，磁通量又減小；故A、B、C錯誤，D正確，故選D. 6.如圖4所示，閉合圓形導(dǎo)線圈平行地放置在勻強磁場中，其中ac、bd分別是平行、垂直于磁場方向的兩直徑．試分析線圈做以下哪種運動時能產(chǎn)生感應(yīng)電流( ) 圖4 A．使線圈在其平面內(nèi)平動或轉(zhuǎn)動 B．使線圈平面沿垂直紙面方向向紙外平動 C．使線圈以ac為軸轉(zhuǎn)動 D．使線圈以bd為軸稍做轉(zhuǎn)動 答案 D 解析 線圈在勻強磁場中運動，磁感應(yīng)強度B為定值，由ΔΦ＝BΔS知：只要回路中相對磁場的正對面積改變量ΔS≠0，則磁通量一定改變，回路中一定有感應(yīng)電流產(chǎn)生．當(dāng)線圈在其平面內(nèi)平動或轉(zhuǎn)動時，線圈相對磁場的正對面積始終為零，即ΔS＝0，因而無感應(yīng)電流產(chǎn)生，A錯；當(dāng)線圈平面沿垂直紙面方向向紙外平動時，同樣ΔS＝0，因而無感應(yīng)電流產(chǎn)生，B錯；當(dāng)線圈以ac為軸轉(zhuǎn)動時，線圈相對磁場的正對面積改變量ΔS仍為零，回路中仍無感應(yīng)電流產(chǎn)生，C錯；當(dāng)線圈以bd為軸稍做轉(zhuǎn)動時，線圈相對磁場的正對面積發(fā)生了改變，因此在回路中產(chǎn)生了感應(yīng)電流．故選D. 7．如圖5所示，電流表與螺線管組成閉合電路，以下能使電流表指針偏轉(zhuǎn)的是( ) 圖5 A．將磁鐵插入螺線管的過程中 B．磁鐵放在螺線管中不動時 C．將磁鐵從螺線管中向上拉出的過程中 D．磁鐵靜止而將螺線管向上移動 答案 ACD 解析 只要是螺線管中的磁通量發(fā)生變化，回路中有感應(yīng)電流，指針便會偏轉(zhuǎn)；只要是螺線管中的磁通量不發(fā)生變化，回路中無感應(yīng)電流，指針便不會偏轉(zhuǎn)．在磁鐵插入、拉出過程中螺線管中的磁通量均發(fā)生變化，能產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流表指針偏轉(zhuǎn)．故A、C正確； 磁鐵放在螺線管中不動時，螺線管中的磁通量不發(fā)生變化，無感應(yīng)電流產(chǎn)生，故B錯誤； 由于磁鐵靜止而螺線管向上移動，螺線管中的磁通量發(fā)生變化，有感應(yīng)電流產(chǎn)生，電流表指針偏轉(zhuǎn)，故D正確． 8．閉合線圈按如圖所示的方式在磁場中運動，則穿過閉合線圈的磁通量發(fā)生變化的是( ) 答案 AB 解析 A圖中，圖示狀態(tài)Φ＝0，轉(zhuǎn)至90過程中Φ增大，因此磁通量發(fā)生變化；B圖中離直導(dǎo)線越遠(yuǎn)磁場越弱，磁感線越稀，所以當(dāng)線圈遠(yuǎn)離導(dǎo)線時，線圈中磁通量不斷變??；C圖中一定要把條形磁鐵周圍的磁感線空間分布圖弄清楚，在圖示位置，線圈中的磁通量為零，在向下移動過程中，線圈中的磁通量一直為零，磁通量不變；D圖中，隨著線圈的轉(zhuǎn)動，B與S都不變，B又垂直于S，所以Φ＝BS始終不變，故正確答案為A、B. 9．如圖6所示，在勻強磁場中有兩條平行的金屬導(dǎo)軌，磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直．導(dǎo)軌上有兩條可沿導(dǎo)軌自由移動的金屬棒ab、cd，與導(dǎo)軌接觸良好．這兩條金屬棒ab、cd的運動速度分別是v1、v2，若井字形回路中有感應(yīng)電流通過，則可能( ) 圖6 A．v1>v2 B．v1下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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- 2019 2020 年高 物理 第一章 電磁感應(yīng) 第一節(jié) 現(xiàn)象 第二 產(chǎn)生 感應(yīng)電流 條件 學(xué)案粵教版 選修
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