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- 2021-05-24 发布
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2019年高新一中高三第四次模考物理试题
一、选择题
1. 在物理学的研究中用到的思想方法很多,下列有关各图的说法中正确的是( )
A. ①③采用的是放大的思想方法 B. ②④⑤采用的是控制变量的思想方法
C. ④⑤采用的是猜想的思想方法 D. ①③⑤采用的是放大的思想方法
【答案】A
【解析】
【详解】图①采用光放射的方法显示微小形变;图②采用控制变量法研究加速度与力、质量的关系;图③采用扭秤装置放大静电力的作用效果;图④采用控制变量法研究静电力大小与距离和电荷量的关系;图⑤采用等效替代法研究力的合成与分解;故A正确,BCD错误。
故选A。
2. 应用物理知识分析生活中的常见现象,可以使物理学习更加有趣和深入。例如你用手掌平托一苹果,保持这样的姿势在竖直平面内按顺时针方向做匀速圆周运动。关于苹果从最高点c到最右侧点d运动的过程,下列说法中正确的是( )
A. 手掌对苹果的摩擦力越来越大 B. 苹果先处于超重状态后处于失重状态
C. 手掌对苹果的支持力越来越小 D. 苹果所受的合外力越来越大
【答案】A
【解析】
【详解】A.从c到d的过程中,加速度大小不变,加速度在水平方向上的分加速度逐渐增大,根据牛顿第二定律知,摩擦力越来越大,故A正确;
B.苹果做匀速圆周运动,从c到d
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的过程中,加速度在竖直方向上有向下的加速度,可知苹果一直处于失重状态,故B错误;
C.从c到d的过程中,加速度大小不变,加速度在竖直方向上的加速度逐渐减小,方向向下,则重力和支持力的合力逐渐减小,可知支持力越来越大,故C错误;
D.苹果做匀速圆周运动,合力大小不变,方向始终指向圆心,故D错误。
故选A。
3. 如图所示匀强电场E的区域内,在O点处放置一点电荷+Q,a、b、c、d、e、f为以O点为球心、半径为R的球面上的点,o、a、e、c、f点共面且与电场平行,o、b、e、d、f点共面且与电场垂直,则下列说法中正确的是( )
A. b、d、两点的电场强度均相同,电势相等
B. a、c两点电场强度不同,电势相等
C. 将检验点电荷+q在上述球面上的任意两点之间移动时,电场力对它一定做功
D. 在上述球面上,将检验点电荷+q在任意两点之间移动,其中由a点移动到c点过程的电势能变化量最大
【答案】D
【解析】
【详解】A.点电荷+Q在b点产生电场方向为竖直向上,在d点产生的电场方向为竖直向下,匀强电场方向水平向右,根据平行四边形定则可知,b点的合场强斜向右上方,d点的合场强斜向右下方,两点场强大小相同,方向不同,电场强度不同,故A错误;
B.匀强电场在a、c两点的场强相同,点电荷在a、c两点的场强等大反向,可知两点的合场强不相同;匀强电场中a点电势高于c点,点电荷在a、c两点的电势相同,可知a点电势高于c点,选项B错误;
C.当电荷+q沿着球面上的bedf移动时,匀强电场的电场力不做功,点电荷电场力也不做功,故合电场力不做功,故C错误;
D.在上述球面上,a、c两点的电势差最大,则将检验点电荷+q在任意两点之间移动,由a点移动到c点过程的电势能变化量最大,选项D正确。
故选D。
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4. 如图所示,两根固定的水平且平行光滑绝缘杆上套着A、B两个带电小球,A、B两个小球的质量相等,所带电荷电性相反,电量Q1>Q2,开始时,A位于x轴原点处,B位于x轴坐标为x0处,由静止同时,释放A、B两个小球,下列说法正确的是( )
A. A在处与B相遇,此刻速度最大
B. B从x=x0处运动至处的过程中加速度一定是逐渐减小的
C. 在处A、B系统的电势能最大
D. A向右先做加速后减速的运动,运动的最右点坐标为
【答案】AD
【解析】
【详解】A.两电荷所受静电引力相等,因质量相等,则加速度相等,则A在处与B相遇,此刻水平方向加速度为零,速度最大,选项A正确;
B.B从x=x0处运动至处的过程中两电荷的引力变大,但是引力与杆方向的夹角增加,则引力沿杆方向的分量可能先增加后减小,即加速度可能先增加后减小,选项B错误;
C.两电荷从开始到在处,电场力对两电荷做正功,则电势能减小,即在处A、B系统的电势能最小,选项C错误;
D.A向右先做加速后减速的运动,由运动的对称性可知,A运动的最右点坐标为,选项D正确。
故选AD。
5. 一带电粒子在电场中仅受静电力作用,做初速度为零的直线运动。取该直线为x轴,起始点O为坐标原点,其电势能EP与位移x的关系如图所示。下列图象中合理的是( )。
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A. 电场强度与位移关系
B. 粒子动能与位移关系
C. 粒子速度与位移关系
D. 粒子加速度与位移关系
【答案】D
【解析】
【详解】粒子仅受电场力作用,做初速度为零的加速直线运动,电场力做功等于电势能的减小量,故
即Ep﹣x图象上某点的切线的斜率表示电场力;
A.Ep﹣x图象上某点的切线的斜率表示电场力,故电场力逐渐减小,根据
故电场强度也逐渐减小;故A错误;
B.根据动能定理,有
F•△x=△Ek
故Ek﹣x图线上某点切线的斜率表示电场力;由于电场力逐渐减小,斜率减小,与B图矛盾,故B错误;
C.题图v﹣x图象是直线,相同位移速度增加量相等,又是加速运动,故增加相等速度需要的时间逐渐减小,故加速度逐渐增加;而电场力减小导致加速度减小;故矛盾,故C错误;
- 23 -
D.由以上分析可知,粒子做加速度减小的加速运动,故D正确;
故选D.
6. 如图所示,竖直平面内有水平向左的匀强电场E,M点与N点在同一电场线上。两个质量相等的带正电荷的粒子,以相同的速度分别从M点和N点同时垂直进入电场,不计两粒子的重力和粒子间的库仑力。已知两粒子都能经过P点,在此过程中,下列说法正确的是( )
A. 从M点进入的粒子先到达P点
B. 从M点进人的粒子电荷量较小
C. 从M点进入的粒子动量变化较小
D. 从M点进入的粒子的电势能变化较小
【答案】BCD
【解析】
【详解】A.因两粒子在垂直于电场方向上,做匀速直线运动,垂直于电场方向上的速度v0相同,位移相等,则时间相等,A错误;
B.粒子在平行于电场方向上,做初速度为零的匀加速直线运动,加速度
平行于电场方向上的位移
因为,则从M点进入的粒子电荷量较小,B正确;
C.根据动量定理可知,电场力的冲量等于动量的变化,从M点进入的粒子电场力小,动量变化较小,C正确;
D.从M点进入的粒子电场力小,位移小,电场力做功少,粒子电势能变化较小,D正确。
故选BCD。
7. 在宇宙中,单独存在的恒星占少数,更多的是双星、三星甚至多星系统.如图所示为一个简化的直线三星系统模型:三个星球的质量均为m,a、b两个星球绕处于二者中心的星球c做半径为r的匀速圆周运动.已知引力常量为G
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,忽略其他星体对他们的引力作用,则下列说法正确的是( )
A. 星球a做匀速圆周运动的加速度大小为
B. 星球a做匀速圆周运动的线速度大小为
C. 星球b做匀速圆周运动的周期为
D. 若因某种原因中心星球c的质量缓慢减小,则星球a、b的线速度均将缓慢增大
【答案】C
【解析】
【详解】A、对星球a有,解得:,故A错误;
B、对星球a有,解得:,故B错误;
C、对星球b有,解得:,故C正确;
D、若因某种原因中心星球c的质量缓慢减小,则星球a,b做离心运动,线速度均将缓慢减小,故D错误.
8. 如图所示,有一定质量的滑轮从静止到转动时,需要外力做功。一根足够长轻绳绕在半径为R质量为M的均质定滑轮上,绳的下端挂一质量为m的物体。已知物体从静止开始做匀加速直线运动,经过时间t时定滑轮的角速度为ω,此时( )
A. 物体的速度大小为
B. 物体对绳的拉力大小为
C. 物体m的机械能减小量为
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D. 物体下落时,悬挂点O受的拉力逐渐变小
【答案】ABC
【解析】
【详解】A.物体的速度大小等于定滑轮边缘的线速度,即
选项A正确;
B.物体的加速度
对A由牛顿第二定律
解得绳的拉力大小为
选项B正确;
C.物体m的机械能减小量为
选项C正确;
D.物体下落时,绳子的拉力不变,则悬挂点O受的拉力不变,选项D错误。
故选ABC。
9. 如左下图所示,甲、乙两个小球可视为质点,甲球沿倾角为30°的光滑足够长斜面由静止开始下滑,乙球做自由落体运动,甲、乙两球的动能与路程的关系图象如右下图所示.下列说法正确的是
A. 甲球机械能不守恒,乙球机械能守恒
B. 甲、乙两球的质量之比为m甲∶m乙=2∶1
C. 甲、乙两球的动能均为Ek0时,两球重力的瞬时功率之比为P甲∶P乙=1∶1
D. 甲、乙两球的动能均为Ek0时,两球高度相同
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【答案】C
【解析】
A、两球在运动过程中只有重力做功,甲、乙球的机械能守恒,故A错误;B、由机械能守恒定律得,对甲球:EK0=m甲gx0sin30°,对乙球:EK0=m乙g•2x0,解得:m甲:m乙=4:1,故B错误;C、瞬时功率,甲、乙两球的动能均为Ek0时,两球重力的瞬时功率之比为:,故C正确;D、甲、乙两球的动能均为Ek0时,两球高度之比为x0sin30°:2x0=1:4,故D错误.故选C.
【点睛】本题是一道图象题,由图象求出动能与位移关系,应用动能定理、机械能守恒、牛顿第二定律和运动学公式综合求解,特别注意数学知识和物理知识的相结合.
10. 如图 1 所示.轻质弹簧一段固定在竖直墙壁上,另一端连接质量为 0.10kg 的小木块 a,另一个相同的小木块 b 紧靠 a 一起在水平面上处于静止状态.现在 b 上施加一水平向左的力 F 使 a 和 b 从静止开始缓慢向左移动,力 F 的 大小与 a 的位移 x 的大小关系如图 2 所示.弹簧一直处于弹性限度内,将 a、b 视为质点,下列说法正确的是
A. 在木块向左移动 10cm 的过程中,弹簧的弹性势能增加了 2.5J
B. 该弹簧的劲度系数为 250N/m
C. 当 x=10cm 时撤去 F,此后 b 能达到的最大速度为 5m/s
D. 当 x=10cm 时撤去 F,a、b 分离时的速度为 5m/s
【答案】A
【解析】
【详解】A.开始小木块处于静止状态,弹力等于摩擦力:f=1N,在木块向左移动的过程中,力F做的功一部分克服摩擦力做功,一部分转化为弹簧的弹性势能,弹簧增加的弹性势能
A正确;
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B.小物块缓慢向左移动,受力平衡
,,k=490N/m
B错误;
C.撤去 F后,a b 回到原来位置时达到最大速度
,
C错误;
D.撤去F后a、b将在原长处 分离,此时速度小于最大速度,D错误。
故选A。
11. 如图所示,M、N为平行板电容器的金属板,G为静电计。开始时开关S闭合,静电计指针张开一定角度。下列操作可使指针张开角度增大一些的是( )
A. 保持开关S闭合,将R上的滑片向右移动,静电计指针张角增大
B. 保持开关S闭合,将M、N两极板间距增大少许,指针张角变小
C. 断开开关S后,将下极板向下移动一小段距离,P点的电势将上升,粒子的电势能增大
D. 断开开关S后,紧贴下极板插入金属板,板间场强不变
【答案】D
【解析】
【详解】AB.保持开关S闭合,则电容器直接串联在电源两端,滑动变阻器接静电计的金属杆,外壳接地,所以滑动变阻器所在支路处于断路状态,因此电容器两端的电势差始终等于电源的电动势,即电容器两端的电势差总不变,因此无论将R的滑片向右移动,还是将M、N两极板间距增大,都不能改变电容器的电势差,所以指针张角总不变,因此A、B项错误;
C.断开开关S后,电容器没有闭合回路,所以电容器所带的电荷量Q不变,将下极板向下移动一小段距离,即板间距d增大,由电容器的电容
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电容器中的电场强度
所以电场强度E不变。由于N极板接地,所以
P点到N板的电势差
其中变大,所以变大,即P点电势增大。由于粒子处于静止状态,即受力平衡,所以电场力竖直向上,因此粒子带负电,即
由电势能与电势的关系
可得粒子的电势能减小,所以C项错误;
D.断开开关后,紧贴下极板插入金属板,即电容器的极板间的距离d减小,由于电场强度表达式为
即电场强度与极板间距离无关,所以电场强度不变,D项正确;
故选D。
12. —个爆竹竖直升空后在最高点炸裂成质量相等的甲、乙两块,其中炸裂后一瞬间甲的速度方向如图所示,不计空气阻力,则下列说法正确的是()
A. 甲、乙有可能同时落地
B. 甲、乙落地时的速度一定相同
C. 从炸裂到落地,甲、乙的速度变化相同
D. 甲、乙落地瞬间,重力的瞬时功率相同
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【答案】D
【解析】
【详解】A.爆竹的最高点时速度为零,根据动量守恒可知,炸裂成质量相等的甲、乙两块速度等大反向,由此可知,乙先落地,A项错误;
B.根据机械能守恒可知,两者落地时速度大小相等,但方向不同,B项错误;
C.由于两者在空中运动时间不同,由可知,两者速度变化不同,C项错误;
D.爆炸后一瞬间、甲、乙在竖宜方向速度等大反向,由运动学公式可知,两者落地时在竖宜方向分速度相同,由可知,D项正确.
13. 如图所示,一块足够长的轻质长木板放在光滑水平地面上,质量分别为mA=1 kg和mB=2 kg的物块A、B放在长木板上,A、B与长木板间的动摩擦因数均为μ=0.4,最大静摩擦力等于滑动摩擦力.现用水平拉力F拉A,取重力加速度g=10 m/s2.改变F的大小,B的加速度大小可能为( )
A. 1 m/s2 B. 2.5 m/s2
C. 3 m/s2 D. 4 m/s2
【答案】A
【解析】
【详解】A、B放在轻质长木板上,长木板质量为0,所受合力始终为0,即A、B所受摩擦力大小相等.由于A、B受到长木板的最大静摩擦力的大小关系为fAmax (2). M (3). N (4). (5). m1sP (6). m1sM+m2sN
【解析】
【详解】(1)[1]为了防止入射球碰撞后反弹,一定要保证入射球的质量大于被碰球的质量,故;
(2)[2]碰撞前,小球落在图中的P点,由于,当小球与发生碰撞后,的落点是图中M点;
[3] 的落点是图中N点;
(3)[4]设其碰前小球的水平初速度,当小球与发生碰撞后,小球落到M点,设其水平速度为,的落点是N点,设其水平速度为,斜面BC与水平面的倾角为,由平抛运动规律得
解得
同理可得
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因此,只要满足,即
(4)[5]如果满足小球的碰撞为弹性碰撞,则满足
代入以上速度表达式可得
故验证和相等。
[6]
17. 如图所示,是用高电阻放电法测电容的实验电路图。其原理是测出电容器在充电电压为U时所带的电荷量Q,从而求出其电容C。该实验的操作步骤如下:
(1)按电路图接好实验电路;
(2)接通电键S,调节电阻箱R的阻值,使微安表的指针接近满刻度。记下这时的电压表读数U0=6.2V和微安表读数I0=490μA;
(3)断开电键S并同时开始计时,每隔5s或10s读一次微安表的读数i,将读数记录在预先设计的表格中;
(4)根据表格中的12组数据,以t为横坐标,i为纵坐标,在坐标纸上描点(图中用“×”表示)。
根据以上实验结果和图象,可以估算出当电容器两端电压为U0时该电容器所带的电荷量Q0约为_____C,从而算出该电容器的电容约为_____ F。
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【答案】 (1). 8×10-3 (2). 1.3×10-3
【解析】
【详解】[1][2]根据坐标系内所描出的点,用平滑的曲线把各点连接起来,作出图象,图象如图所示.
由△Q=I•△t知,电荷量为I-t图象与坐标轴所包围的面积:则面积为电容器在开始放电时时所带的电荷量,即电容器两端电压为U0时所带电量为Q;由图示图象可知,“面积”格数约32~33格.电容器电容为U0时,电荷量
Q=8.00×10-3C
(8.00×10-3C~8.25×10-3C均正确),电容器的电容
18. 如图所示,光滑绝缘的水平面上有一带电量为-q的点电荷,在距水平面高h处的空间内存在一场源点电荷+Q,两电荷连线与水平面间的夹角θ=30°,现给-q一水平初速度,使其恰好能在水平面上做匀速圆周运动且对水平面无压力,已知重力加速度为g,静电力常量为k,则点电荷-q做匀速圆周运动的向心力为_____;点电荷-q做匀速圆周运动的线速度为_____。
【答案】 (1). (2).
【解析】
【详解】[1]根据库仑定律以及力的分解有
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[2]根据圆周运动规律有
竖直方向
解得
三、计算题(7+8+10+12=37分)
19. 校车交通安全今年已成为社会关注的热点,国务院发布的《校车安全管理条例》将校车安全问题纳入法制轨道,若校车以72km/h的速度行驶,司机发现在33m远处人开始横穿马路,立即采取刹车措施。已知司机的反应时间为t1=0.75s,刹车的加速度大小为4m/s2;
(1)司机从发现情况至汽车走完33m距离,经过多少时间,此时车速多大?
(2)如果行人横穿20m宽的马路,横穿速度5m/s,行人是否有危险;
【答案】(1)1.75s;16m/s;(2)有危险
【解析】
【详解】(1)72km/h=20m/s,选初速度方向为正方向,汽车在反应时间内的位移为
x1=vt1=20×0.75m=15m
刹车后的位移为
x2=l-x1=33-15=18m
设车走完18m的时间为t2,则有
代入数据得
t2=1s
司机从发现情况至汽车走完33m距离,经过的时间
t=t1+t2=175s
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此时车的速度为
v1=v0+at2=20+(-4)×1=16m/s
(2)人穿过马路的时间为
可知行人会有危险。
20. 如图甲所示的电路中,R1、R2均为定值电阻,且R1=100 Ω,R2阻值未知,R3为一滑动变阻器。当其滑片P从左端滑至右端时,测得电源的路端电压随电源中流过的电流变化图线如图乙所示,其中A、B两点是滑片P在变阻器的两个不同端点得到的。求:
(1)电源的电动势和内阻;
(2)定值电阻R2的阻值;
(3)滑动变阻器的最大阻值。
【答案】(1);;(2);(3)
【解析】
【详解】(1)由闭合电路欧姆定律可得
结合题图乙可知
代入数据,联立解得
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(2)当P滑到的右端时,被短路,电路参数对应题图乙中的B点,即
根据欧姆定律
(3)当P滑到的左端时,电路参数对应题图乙中的A点
根据欧姆定律
因为
所以滑动变阻器的最大阻值为
21. 美国物理学家密立根早在1911年以著名的油滴实验,推断自然界存在基本电荷,并测得了基本电荷的电荷量,其实验过程如下:水平放置的两平行绝缘金属板间距为d,在上极板的中间开一小孔,使质量为m的微小带电油滴从这个小孔落到极板中,忽略空气浮力,当极板上没加电压时,由于空气阻力大小与速度大小成正比(设比例系数为k,且k>0),经过一段时间后即可观察到油滴以恒定的速度v1在空气中缓慢降落。
①极板上加电压U时可见到油滴以恒定的速率v2缓慢上升,试求油滴所带电荷量q(用d,U,k,v1,v2等已知量表示)
②在极板上不加电压时,油滴在极板内以恒定的速率v1下降时,移动某一定值的竖直距离所需时间为t1,加了电压U后以恒定速率v2上升同一竖直距离所需时间为t2,然后又把电压撤除,使所考察的油滴又降落,并在极板内照射X射线以改变它的带电荷量,再在极板上加上同样的电压U,重复上述操作,测定油滴上升及下降的时间,即可发现始终是
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0.00535s-1的整数倍,由此可断定:一定存在基本电荷(最小单元电荷),若已知d=10×10-2m,m=3.2×10-16kg,t=11.9s,U=25V,取g=9.8m/s2,试计算基本电荷的带电荷量?
【答案】(1);(2)e=1.6×10-19C
【解析】
【详解】(1)当极板上没加电压时,得到
①
当极板上加电压时,由题得
②
由①、②得
③
(2)由题意得
④
( n为整数)⑤
由以上①⑤式得
可见,粒子所带电量是基元电荷所带电量的整数倍,基元电荷的带电量为
代入解得
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22. 如图所示,带正电的绝缘小滑块A,被长R=0.4m的绝缘细绳竖直悬挂,悬点O距水平地面的高度为3R;小滑块B不带电.位于O点正下方的地面上.长L=2R的绝缘水平传送带上表面距地面的高度h=2R,其左端与O点在同一竖直线上,右端的右侧空间有方向竖直向下的匀强电场.在O点与传送带之间有位置可调的固定钉子(图中未画出),当把A拉到水平位置由静止释放后,因钉子阻挡,细绳总会断裂,使得A能滑上传送带继续运动,若传送带逆时针匀速转动,A刚好能运动到传送带的右端.已知绝缘细绳能承受的最大拉力是A重力的5倍,A所受电场力大小与重力相等,重力加速度g=10m/s2,A.B均可视为质点,皮带传动轮半径很小,A不会因绳断裂而损失能量、也不会因摩擦而损失电荷量.试求:
(1)钉子距O点的距离的范围.
(2)若传送带以速度v0=5m/s顺时针匀速转动,在A刚滑到传送带上时,B从静止开始向右做匀加速直线运动,当A刚落地时,B恰与A相碰.试求B做匀加速运动的加速度大小(结果可用根式表示)
【答案】(1) (2)
【解析】
试题分析:
(1)在A运动到最低点的过程中,由机械能守恒定律,有: (2分)
得: (1分)
A到最低点,绳子被挡住时,有: (1分)
当时,解得 (1分)
故钉子距离O点的距离范围是:. (1分)
(2)在A运动到传送带右端的过程中,因钉子挡绳不损失能量,有动能定理有:
(2分)
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解得: (1分)
因,所以A在传送带上将做加速运动,假设A一直加速,到右端的速度为,
由动能定理有: (1分)
解得: (1分)
因,假设成立,A一直做加速运动;因皮带传动轮半径很小,故A在传送带右端将以的初速度做类平抛运动 (1分)
对A:设在传送带上运动的时间为t1,类平抛运动的时间为t2,
有运动学规律传送带上: (1分)
类平抛运动 (1分)
(1分)
(1分)
解得:,,
对B:设匀加速过程的加速度大小为,则有:
位移 (1分)
解得 (2分)
考点:本题考查了平抛运动规律、动能定理和机械能守恒定律的应用
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