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第4節(jié)電容器的電容導(dǎo)學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、觀察常見(jiàn)電容器的構(gòu)造,建構(gòu)電容器模型。通過(guò)實(shí)驗(yàn),觀察電容器在充、放電過(guò)程中電流與電壓的變化,分析電荷量變化及能量轉(zhuǎn)化情況。2、經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究電容器兩極板間電勢(shì)差與所帶電荷量關(guān)系和用物理量之比定義電容的過(guò)程,理解電容概念。知道電容的單位。3、了解電容器的類型、特性及作用。4、了解影響平行板電容器電容大小的因素。【學(xué)習(xí)重難點(diǎn)】學(xué)習(xí)重點(diǎn):通過(guò)實(shí)驗(yàn)建構(gòu)電容的概念。學(xué)習(xí)難點(diǎn):通過(guò)實(shí)驗(yàn)建構(gòu)電容的概念。理解電容器的充、放電過(guò)程。【知識(shí)回顧】1、在勻強(qiáng)電場(chǎng)中,電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差之間的關(guān)系為:__________。2、在v-t圖中,圖像與坐標(biāo)軸所圍的面積等于______________________________;在a-t圖中,圖像與坐標(biāo)軸所圍的面積等于______________________________;在F-x圖中,圖像與坐標(biāo)軸所圍的面積等于____________________。3、用比值定義法定義的物理量,與求比的兩個(gè)物理量__________,__________它們的比值。4、靜電計(jì)是在驗(yàn)電器的基礎(chǔ)上制成的,用來(lái)測(cè)量導(dǎo)體間的__________,從指針的__________就可以知道兩個(gè)導(dǎo)體間的__________的大小。【自主預(yù)習(xí)】1、任何兩個(gè)彼此絕緣又相互靠近的導(dǎo)體都能構(gòu)成__________,其電路圖符號(hào)為:__________,其作用為_(kāi)_________。2、電容(符號(hào):__________):電容器__________與__________的比值。定義式為:__________3、電容的決定式:__________【課堂探究】第一部分:電容器在兩個(gè)相距很近的平行金屬板中間夾上一層絕緣物質(zhì)——__________(空氣也是一種__________),就構(gòu)成了一個(gè)最簡(jiǎn)單的電容器,叫做____________________。任何兩個(gè)__________又__________的__________都能構(gòu)成電容器。電容器的作用:__________。電容器的電路圖符號(hào):__________【視頻】電容器的充、放電演示。使電容器的兩個(gè)極板分別帶上__________的__________電荷,這個(gè)過(guò)程叫充電。已經(jīng)充電的電容器兩極板上的電荷的中和過(guò)程,叫放電。思考1:充電完成后,與充電前相比,電容器有哪些變化?思考2:充電完成后,與充電前相比,電容器有哪些變化?【實(shí)驗(yàn)】用傳感器觀察電容器的充放電過(guò)程。思考3:在I-t圖像中,圖像與坐標(biāo)軸所圍面積的含義是什么?【視頻】用傳感器觀察電容器的放電過(guò)程。關(guān)于電容器,需要注意以下幾點(diǎn):1、充放電時(shí)間極短,充放電完成時(shí),靈敏電流計(jì)的指針__________,說(shuō)明此時(shí)電路中__________電流。2、把__________極板帶電量的__________叫做電容器的帶電量,用Q表示。3、若保持與電源連接,則板間電壓U__________。4、若斷開(kāi)電源,則極板所帶電量Q__________。思考4:既然電容器能儲(chǔ)存電荷,那么如何反映電容器容納電荷的本領(lǐng)大小呢?(類比法:類比圓柱型水杯容器的儲(chǔ)水。)用____________________與____________________的比值來(lái)表示電容器儲(chǔ)存電荷的能力。第二部分:電容電容(符號(hào):__________):電容器____________________與____________________的比值?!x式:__________思考1:電容C與電荷量Q成正比與電壓U成反比嗎?思考2:怎樣理解C=ΔQ/ΔU?電容的單位:__________(符號(hào):__________),1F=1__________,1F=__________μF=__________pF電容的物理意義:描述電容器容納電荷的本領(lǐng)。電容越大,表明在相同電勢(shì)差情況下,電容器所帶的電荷__________。加在電容器兩極板上的電壓不能超過(guò)某一個(gè)限度,超過(guò)這個(gè)限度,電介質(zhì)將被擊穿,電容器損壞。這個(gè)極限電壓稱為_(kāi)_________。電容器外殼上標(biāo)的電壓是工作電壓,或稱__________,額定電壓比擊穿電壓__________。第三部分:探究影響平行板電容器電容的因素【實(shí)驗(yàn)】探究影響平行板電容器電容大小的因素。實(shí)驗(yàn)方法:__________。平行板電容器電容的決定式:其中,k表示__________;S表示__________;d表示__________;εr表示__________?!疽曨l】探究影響平行板電容器電容大小的因素。幾種常用電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù):電介質(zhì)空氣煤油石蠟陶瓷玻璃云母水εr1.000522.0~2.164~116~881空氣的相對(duì)介電常數(shù)與1十分接近,研究中,空氣對(duì)電容的影響一般可以忽略。第四部分:常用電容器1、固定電容器:有“+”、“-”極之分,__________接反,__________接交流電。2、可變電容器:兩極由兩組鋁片組成,固定的一組鋁片叫做__________;可以轉(zhuǎn)動(dòng)的一組鋁片叫做__________。轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)片,使兩組鋁片的__________發(fā)生變化,電容相應(yīng)變化。第五部分:平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析如果電容器始終與電源連接,則__________保持不變。電容器始終與電源斷開(kāi),則__________保持不變?!咀晕覝y(cè)評(píng)】1.(2021·廣東廣雅中學(xué)高二期中)計(jì)算機(jī)鍵盤每個(gè)鍵下面都連有一塊小金屬片,與該金屬片隔有一定空氣間隙的是另一塊固定的小金屬片,這組金屬片組成一個(gè)可變電容器,當(dāng)連接電源不斷電,按下某個(gè)鍵時(shí),與之相連的電子線路就給出該鍵相關(guān)的信號(hào),當(dāng)按下鍵時(shí),電容器的()A.電容變小 B.極板的電量變大C.極板間的電壓變大 D.極板間的場(chǎng)強(qiáng)變小2.(2023春·湖南岳陽(yáng)·高三湖南省岳陽(yáng)縣第一中學(xué)??奸_(kāi)學(xué)考試)據(jù)報(bào)道,我國(guó)每年心源性猝死案例高達(dá)55萬(wàn),而心臟驟停最有效的搶救方式是盡早通過(guò)AED自動(dòng)除顫?rùn)C(jī)給予及時(shí)治療。某型號(hào)AED模擬治療儀器的電容器電容是15μF,充電至9kV電壓,如果電容器在2ms時(shí)間內(nèi)完成放電,則下列說(shuō)法正確的是(
)A.電容器放電過(guò)程的平均電流強(qiáng)度為67.5AB.電容器的擊穿電壓為9kVC.電容器充電后的電量為135CD.電容器充滿電的電容是15μF,當(dāng)放電完成后,電容為03.(2021春·廣東·高一期末)如圖所示,某同學(xué)在用傳感器觀察電容器放電過(guò)程中發(fā)現(xiàn),開(kāi)始放電前電容器兩極板間的電勢(shì)差為8.0V,當(dāng)電容器帶的電荷量減少4.0×10A.5×10?3μFC.2×10?24.(2023·全國(guó)·高二假期作業(yè))為厲行低碳環(huán)保,很多城市用超級(jí)電容車替換城市公交。某款公交車在車底部安裝超級(jí)電容器(如圖),其標(biāo)稱為“2.7V3000F”。車輛進(jìn)站后,車頂充電設(shè)備迅速搭到充電樁上完成快充。若該款質(zhì)量為2000kg、額定功率為60A.超級(jí)電容車以最大速度行駛時(shí)牽引力大小為2.4×B.超級(jí)電容器充電時(shí)電源的正極應(yīng)接超級(jí)電容器的負(fù)極C.超級(jí)電容器在2.7VD.超級(jí)電容器的電容隨電壓的增大而增大5.(2022·全國(guó)·高二專題練習(xí))如圖,由兩塊相互靠近的平行金屬板組成的平行板電容器,極板N與靜電計(jì)相接,極板M和靜電計(jì)的外殼都接地。用靜電計(jì)測(cè)量平行板電容器兩極板間的電勢(shì)差U。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,保持電容器所帶電量Q不變,下面哪些操作將使靜電計(jì)指針張角變?。ǎ〢.將N板向下平移B.將M板沿水平向左方向遠(yuǎn)離N板C.在M、N之間插入介質(zhì)D.將M板向上移動(dòng)的同時(shí)遠(yuǎn)離N板6.(2023·全國(guó)·高二課堂例題)電容器是一種重要的電學(xué)元件,它能夠儲(chǔ)存電荷。電容器儲(chǔ)存電荷的特性用電容表征。如圖所示,在研究電容器充、放電的實(shí)驗(yàn)中,使開(kāi)關(guān)S擲向1端,電源E對(duì)電容器C充電。下列圖像中,能正確反映電容器充電過(guò)程中電流與時(shí)間、電荷量與電壓關(guān)系的是()A. B.C. D.7.(2022·高三課時(shí)練習(xí))在生產(chǎn)紡織品、紙張等絕緣材料過(guò)程中,為了實(shí)時(shí)監(jiān)控材料的厚度,生產(chǎn)流水線上設(shè)置如圖所示的傳感器,其中甲、乙為平行板電容器的上、下兩個(gè)固定極板,分別接在恒壓直流電源的兩極上。當(dāng)通過(guò)極板間的材料厚度減小時(shí),下列說(shuō)法正確的是()A.有負(fù)電荷從a向b流過(guò)靈敏電流計(jì)GB.甲、乙兩板間材料內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度為零C.乙板上的電荷量變小D.甲、乙平行板構(gòu)成的電容器的電容增大8.(2023·全國(guó)·高二假期作業(yè))如圖,在干燥的冬天,手接觸房間的金屬門鎖時(shí),會(huì)有一種被電擊的感覺(jué),帶負(fù)電的手在緩慢靠近門鎖還未被電擊的過(guò)程中,門鎖()A.近手端感應(yīng)出正電荷 B.電勢(shì)比手的電勢(shì)低C.與手之間場(chǎng)強(qiáng)逐漸增大 D.與手之間場(chǎng)強(qiáng)保持不變【學(xué)后反思】____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________第4節(jié)電容器的電容導(dǎo)學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、觀察常見(jiàn)電容器的構(gòu)造,建構(gòu)電容器模型。通過(guò)實(shí)驗(yàn),觀察電容器在充、放電過(guò)程中電流與電壓的變化,分析電荷量變化及能量轉(zhuǎn)化情況。2、經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究電容器兩極板間電勢(shì)差與所帶電荷量關(guān)系和用物理量之比定義電容的過(guò)程,理解電容概念。知道電容的單位。3、了解電容器的類型、特性及作用。4、了解影響平行板電容器電容大小的因素。【學(xué)習(xí)重難點(diǎn)】學(xué)習(xí)重點(diǎn):通過(guò)實(shí)驗(yàn)建構(gòu)電容的概念。學(xué)習(xí)難點(diǎn):通過(guò)實(shí)驗(yàn)建構(gòu)電容的概念。理解電容器的充、放電過(guò)程?!局R(shí)回顧】1、在勻強(qiáng)電場(chǎng)中,電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)差之間的關(guān)系為:E=2、在v-t圖中,圖像與坐標(biāo)軸所圍的面積等于物體在相應(yīng)時(shí)間內(nèi)通過(guò)的位移;在a-t圖中,圖像與坐標(biāo)軸所圍的面積等于物體在相應(yīng)時(shí)間的速度變化量;在F-x圖中,圖像與坐標(biāo)軸所圍的面積等于力對(duì)物體所做的功。3、用比值定義法定義的物理量,與求比的兩個(gè)物理量沒(méi)有關(guān)系,只等于它們的比值。4、靜電計(jì)是在驗(yàn)電器的基礎(chǔ)上制成的,用來(lái)測(cè)量導(dǎo)體間的電勢(shì)差,從指針的偏轉(zhuǎn)角度就可以知道兩個(gè)導(dǎo)體間的電勢(shì)差的大小?!咀灾黝A(yù)習(xí)】1、任何兩個(gè)彼此絕緣又相互靠近的導(dǎo)體都能構(gòu)成電容器,其電路圖符號(hào)為:,其作用為儲(chǔ)存電荷。2、電容(符號(hào):C):電容器所帶電量Q與兩極板間電勢(shì)差U的比值。定義式為:3、電容的決定式:【課堂探究】第一部分:電容器在兩個(gè)相距很近的平行金屬板中間夾上一層絕緣物質(zhì)——電介質(zhì)(空氣也是一種電介質(zhì)),就構(gòu)成了一個(gè)最簡(jiǎn)單的電容器,叫做平行板電容器。任何兩個(gè)彼此絕緣又相互靠近的導(dǎo)體都能構(gòu)成電容器。電容器的作用:儲(chǔ)存電荷。電容器的電路圖符號(hào):【視頻】電容器的充、放電演示。使電容器的兩個(gè)極板分別帶上等量的異種電荷,這個(gè)過(guò)程叫充電。已經(jīng)充電的電容器兩極板上的電荷的中和過(guò)程,叫放電。思考1:充電完成后,與充電前相比,電容器有哪些變化??jī)蓸O板帶等量異種電荷;兩極板間有與電源相等的電壓;兩極板間有勻強(qiáng)電場(chǎng);兩極板間儲(chǔ)存有電場(chǎng)能。思考2:充電完成后,與充電前相比,電容器有哪些變化??jī)蓸O板帶電量為0;兩極板間電壓U=0;兩極板間場(chǎng)強(qiáng)E=0;兩極板間無(wú)電場(chǎng)能?!緦?shí)驗(yàn)】用傳感器觀察電容器的充放電過(guò)程。思考3:在I-t圖像中,圖像與坐標(biāo)軸所圍面積的含義是什么?可以用微元法計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)的放電量:ΔQ=IΔt所以,在I-t圖像中,面積表示電荷量。【視頻】用傳感器觀察電容器的放電過(guò)程。關(guān)于電容器,需要注意以下幾點(diǎn):1、充放電時(shí)間極短,充放電完成時(shí),靈敏電流計(jì)的指針不偏轉(zhuǎn),說(shuō)明此時(shí)電路中沒(méi)有電流。2、把一個(gè)極板帶電量的絕對(duì)值叫做電容器的帶電量,用Q表示。3、若保持與電源連接,則板間電壓U不變。4、若斷開(kāi)電源,則極板所帶電量Q不變。思考4:既然電容器能儲(chǔ)存電荷,那么如何反映電容器容納電荷的本領(lǐng)大小呢?(類比法:類比圓柱型水杯容器的儲(chǔ)水。)用電容器儲(chǔ)存電荷的電荷量與電容器兩極板之間增大的電壓的比值來(lái)表示電容器儲(chǔ)存電荷的能力。第二部分:電容電容(符號(hào):C):電容器所帶電量Q與兩極板間電勢(shì)差U的比值?!x式:思考1:電容C與電荷量Q成正比與電壓U成反比嗎?不成反比。C與Q、U無(wú)關(guān),只等于它們的比值。思考2:怎樣理解C=ΔQ/ΔU?電容C在數(shù)值上等于使電容器兩極板間的電勢(shì)差增加1V所需要增加的電荷量。電容的單位:法拉(符號(hào):F),1F=1C/V,1F=106μF=1012pF電容的物理意義:描述電容器容納電荷的本領(lǐng)。電容越大,表明在相同電勢(shì)差情況下,電容器所帶的電荷越多。加在電容器兩極板上的電壓不能超過(guò)某一個(gè)限度,超過(guò)這個(gè)限度,電介質(zhì)將被擊穿,電容器損壞。這個(gè)極限電壓稱為擊穿電壓。電容器外殼上標(biāo)的電壓是工作電壓,或稱額定電壓,額定電壓比擊穿電壓低。第三部分:探究影響平行板電容器電容的因素【實(shí)驗(yàn)】探究影響平行板電容器電容大小的因素。實(shí)驗(yàn)方法:控制變量法。平行板電容器電容的決定式:其中,k表示靜電力常量;S表示兩極板的相對(duì)面積;d表示極板間的距離;εr表示相對(duì)介電常數(shù)?!疽曨l】探究影響平行板電容器電容大小的因素。幾種常用電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù):電介質(zhì)空氣煤油石蠟陶瓷玻璃云母水εr1.000522.0~2.164~116~881空氣的相對(duì)介電常數(shù)與1十分接近,研究中,空氣對(duì)電容的影響一般可以忽略。第四部分:常用電容器1、固定電容器:有“+”、“-”極之分,不能接反,不能接交流電。2、可變電容器:兩極由兩組鋁片組成,固定的一組鋁片叫做定片;可以轉(zhuǎn)動(dòng)的一組鋁片叫做動(dòng)片。轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)片,使兩組鋁片的正對(duì)面積發(fā)生變化,電容相應(yīng)變化。第五部分:平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析如果電容器始終與電源連接,則U保持不變。電容器始終與電源斷開(kāi),則Q保持不變?!咀晕覝y(cè)評(píng)】1.(2021·廣東廣雅中學(xué)高二期中)計(jì)算機(jī)鍵盤每個(gè)鍵下面都連有一塊小金屬片,與該金屬片隔有一定空氣間隙的是另一塊固定的小金屬片,這組金屬片組成一個(gè)可變電容器,當(dāng)連接電源不斷電,按下某個(gè)鍵時(shí),與之相連的電子線路就給出該鍵相關(guān)的信號(hào),當(dāng)按下鍵時(shí),電容器的()A.電容變小 B.極板的電量變大C.極板間的電壓變大 D.極板間的場(chǎng)強(qiáng)變小【答案】B【詳解】A.當(dāng)按下鍵時(shí),兩金屬片間的間距減小,根據(jù)電容的決定式C=可知d減小,電容增大,A錯(cuò)誤;BC.根據(jù)題意電容與電源連接不斷電,可知電容器兩端電壓不變,根據(jù)公式Q=CU電容增大,極板的電量變大,B正確,C錯(cuò)誤;D.根據(jù)公式E=d減小,U不變,可得極板間的場(chǎng)強(qiáng)變大,D錯(cuò)誤。故選B。2.(2023春·湖南岳陽(yáng)·高三湖南省岳陽(yáng)縣第一中學(xué)??奸_(kāi)學(xué)考試)據(jù)報(bào)道,我國(guó)每年心源性猝死案例高達(dá)55萬(wàn),而心臟驟停最有效的搶救方式是盡早通過(guò)AED自動(dòng)除顫?rùn)C(jī)給予及時(shí)治療。某型號(hào)AED模擬治療儀器的電容器電容是15μF,充電至9kV電壓,如果電容器在2ms時(shí)間內(nèi)完成放電,則下列說(shuō)法正確的是(
)A.電容器放電過(guò)程的平均電流強(qiáng)度為67.5AB.電容器的擊穿電壓為9kVC.電容器充電后的電量為135CD.電容器充滿電的電容是15μF,當(dāng)放電完成后,電容為0【答案】A【詳解】AC.根據(jù)電容的定義式C=解得Q=15×故放電過(guò)程的平均電流強(qiáng)度為I=故A正確,C錯(cuò)誤;B.當(dāng)電容器的電壓達(dá)到擊穿電壓時(shí),電容器將會(huì)損壞,所以9kV電壓不是擊穿電壓,故B錯(cuò)誤;D.電容器的電容與電容器的帶電荷量無(wú)關(guān),所以當(dāng)電容器放完電后,其電容保持不變,故D錯(cuò)誤。故選A。3.(2021春·廣東·高一期末)如圖所示,某同學(xué)在用傳感器觀察電容器放電過(guò)程中發(fā)現(xiàn),開(kāi)始放電前電容器兩極板間的電勢(shì)差為8.0V,當(dāng)電容器帶的電荷量減少4.0×10A.5×10?3μFC.2×10?2【答案】C【詳解】ABC.由公式C=可得C=故C正確,AB錯(cuò)誤;D.電容器的電容只與本身有關(guān)系,與其兩端的電壓無(wú)關(guān),與所帶電荷量無(wú)關(guān),其大小可以用電荷量與電勢(shì)差的比值計(jì)算,故D錯(cuò)誤。故選C。4.(2023·全國(guó)·高二假期作業(yè))為厲行低碳環(huán)保,很多城市用超級(jí)電容車替換城市公交。某款公交車在車底部安裝超級(jí)電容器(如圖),其標(biāo)稱為“2.7V3000F”。車輛進(jìn)站后,車頂充電設(shè)備迅速搭到充電樁上完成快充。若該款質(zhì)量為2000kg、額定功率為60A.超級(jí)電容車以最大速度行駛時(shí)牽引力大小為2.4×B.超級(jí)電容器充電時(shí)電源的正極應(yīng)接超級(jí)電容器的負(fù)極C.超級(jí)電容器在2.7VD.超級(jí)電容器的電容隨電壓的增大而增大【答案】A【詳解】A.根據(jù)P=Fv,超級(jí)電容車以最大速度行駛時(shí)的牽引力大小為F=A正確;B.電容器充電時(shí),電源的正極接電容器的正極,B錯(cuò)誤;C.2.7V為額定電壓,超級(jí)電容器在小于等于2.7D.電容器的電容大小與充電電壓大小無(wú)關(guān),由電容器本身因素決定,D錯(cuò)誤。故選A。5.(2022·全國(guó)·高二專題練習(xí))如圖,由兩塊相互靠近的平行金屬板組成的平行板電容器,極板N與靜電計(jì)相接,極板M和靜電計(jì)的外殼都接地。用靜電計(jì)測(cè)量平行板電容器兩極板間的電勢(shì)差U。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,保持電容器所帶電量Q不變,下面哪些操作將使靜電計(jì)指針張角變?。ǎ〢.將N板向下平移B.將M板沿水平向左方向遠(yuǎn)離N板C.在M、N之間插入介質(zhì)D.將M板向上移動(dòng)的同時(shí)遠(yuǎn)離N板【答案】C【詳解】由題意,電容器所帶電量Q保持不變,靜電計(jì)指針張角變小,板間電勢(shì)差U變小,由C=分析可知,電容C應(yīng)變大,根據(jù)C=分析可知,增大正對(duì)面積,減小板間距離、或插入電介質(zhì),或插入金屬板,故C正確,ABD錯(cuò)誤。故選C。6.(2023·全國(guó)·高二課堂例題)電容器是一種重要的電學(xué)元件,它能夠儲(chǔ)存電荷。電容器儲(chǔ)存電荷的特性用電容表征。如圖所示,在研究電容器充、放電的實(shí)驗(yàn)中,使開(kāi)關(guān)S擲向1端,電源E對(duì)電容器C充電。下列圖像中,能正確反映電容器充電過(guò)程中電流與時(shí)間、電荷量與電壓關(guān)系的是()A. B.C. D.【答案】A【詳解】AB.充電過(guò)程中隨著電容器電荷量的增加,充電電流越來(lái)越小,充滿以后電流為零,故A正確,B錯(cuò)誤;CD.根據(jù)C=QU可知,電容器的電容大小不變,則故選A。7.(2022·高三課時(shí)練習(xí))在生產(chǎn)紡織品、紙張等絕緣材料過(guò)程中,為了實(shí)時(shí)監(jiān)控材料的厚度,生產(chǎn)流水線上設(shè)置如圖所示的傳感器,其中甲、乙為平行板電容器的上、下兩個(gè)固定極板,分別接在恒壓直流電源的兩極上。當(dāng)通過(guò)極板間的材料厚度減小時(shí),下列說(shuō)法正確的是()A.有負(fù)電荷從a向b流過(guò)靈敏電流計(jì)GB.甲、乙兩板間材料內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度為零C.乙板上的電荷量變小D.甲、乙平行板構(gòu)成的電
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