第13讲 功和功率 原卷版_第1页
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第13讲功和功率1.功(1)如果物体受到力的作用,并且在这个力的方向上通过一段距离,我们就说这个力对物体做了功。功有两个必要因素:一是作用在物体上的力,二是物体在力的方向上通过的距离。三种不做功的情形:①有力作用在物体上,但物体没有移动距离;②物体由于惯性而运动,但在运动方向上没有受到力的作用;③力的方向和物体运动方向垂直。(2)物理学上规定,功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积,即:功=力×距离,符号表示为W=Fs。(注意:F、s应具备同时性和同体性)(3)功的单位是焦耳(J),1焦耳=1牛·米。(4)物体具有做功的本领是因为它具有能。做功的过程实质上就是能量转化的过程,力对物体做多少功,就有多少能量发生转化。所以能量的单位也是焦耳。eq\x(\x(特别关注))(1)物体做功的多少,只与力F和在F的方向上通过的距离s有关。①若物体移动的方向与受力的方向相同,则该力对物体做功。②若物体移动的方向与受力的方向相反,则物体克服该力做功。(2)应用W=Fs计算时应注意的问题:①要明确是哪个力对哪个物体做功,或者是哪个施力物体对哪个受力物体做功。②公式中的F是作用在物体上的力,s是物体在力的方向上通过的距离,即注意“F”和“s”的同体性、同时性和同向性,否则在计算中容易出错。③计算拉力做功时,若拉力的大小未知,可根据“匀速运动”利用二力平衡知识确定力的大小。2.机械效率有用功和总功的比值叫作机械效率。W有用表示有用功,W总表示总功,η表示机械效率,则η=eq\f(W有用,W总)×100%。机械效率反映了有用功在总功中占的比例。机械效率越大,机械工作时能量利用率越高。3.功率(1)物体在单位时间内完成的功叫做功率。功率反映了物体做功的快慢。(2)功率的计算公式为:功率=eq\f(功,时间)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(P=\f(W,t)))。(3)功率的单位是瓦特(W),1瓦特=1焦/秒。常用的单位还有千瓦、兆瓦等。1千瓦=1000瓦,1兆瓦=1×106瓦。eq\x(\x(特别关注))①由P=eq\f(W,t)变形,可得P=eq\f(W,t)=eq\f(Fs,t)=Fv,此变形公式给出了功率与力和速度的瞬时值的对应关系。即:定义式P=eq\f(W,t)是求平均功率,推导公式P=Fv是求瞬时功率,如果是匀速运动,前后两者结果相同,注意速度的单位必须是m/s。当P一定时,F与v成反比。汽车上坡时,由于发动机的功率一定,司机采用降低速度的方法来获得较大的牵引力,就是这个道理。②功率表示做功的快慢,功表示做功的多少.一个力做功的多少由功率和时间两个因素决定,功率大的做功不一定多,做功多的功率也不一定大.在分析功和功率的关系时,必须考虑时间的因素.4.机械能(1)物体由于运动而具有的能叫做动能。动能的大小与物体的质量和速度有关。运动物体的质量越大,速度越大,其动能就越大。(2)物体由于被举高而具有的势能叫做重力势能。重力势能的大小与物体的质量和被举高的高度有关。物体的质量越大,位置越高,具有的重力势能就越大。势能eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(重力势能:物体由于被举高而具有的能量。,弹性势能:物体由于发生形变而具有的能量。))【温馨提示】一般而言,规定物体在“水平地面”上的重力势能为零.eq\x(\x(特别关注))①在分析实际物体的动能或重力势能是否变化时,不仅要看物体的速度或高度是否变化,还要看物体的质量是否变化。②弹性势能取决于弹性形变的大小,与形变物体的质量无关。③探究影响动能和势能的因素常用到控制变量法和转换法。(3)物体由于发生形变而具有的势能叫做弹性势能。弹性势能的大小跟物体形变程度有关。物体的形变越大,弹性势能就越大。(4)动能和势能统称为机械能。动能和势能之间可以相互转化。如果没有摩擦阻力,动能和势能在相互转化的过程中,机械能的总量保持不变,即机械能守恒。eq\x(\x(特别关注))功和能的理解①判断一个物体是否具有能量,不是看物体是否正在做功,而是看物体是否具有做功的本领.②能的形式是多种多样的.③做功的过程一定伴随有能量的转化,即物体做了多少功,就有多少能量发生了转化.5.能量的相互转化自然界中物质运动形式的变化总伴随着能量的相互转化。消耗能量、利用能量或获得能量的过程,实质上就是能量相互转化或转移的过程。能列举各种形式的能(机械能、内能、电能、化学能、核能等)。能在具体情况中分析能量形式的转化。机械能守恒:物体的动能和势能可以相互转化,如果没有摩擦阻力,动能和势能在相互转化的过程中,机械能总量保持不变。如果存在摩擦阻力,动能和势能在相互转化的过程中,机械能的总量会减少,减少的机械能转化为摩擦产生的热能。eq\x(\x(特别关注))在利用机械能守恒知识分析问题时,不能简单地认为物体向上运动到达最高点的动能为零,例如斜向上抛出一个物体,它在最高点时仍有速度,动能最小,但不为零。【方法归纳】(1)功率大小的比较和计算A.利用公式P=eq\f(W,t)比较.(此式只能计算时间t内的平均功率)B.利用公式P=Fv比较.①此式中若v是平均速度,则P就是平均功率;若v是瞬时速度,则P就是瞬时功率.②公式中的F与v的方向相同时,P=Fv.③若F=0或v=0,则P=0.④若F≠0,v≠0,且F⊥v,则P=0.⑤若P一定,F增大,则v一定减小.如汽车的额定功率是一定的,当汽车上坡时需要更大的力,就需要减速行驶.(2)机械能是否发生变化的判断A.直接法:先判断物体的动能、势能的变化,再确定机械能的变化,即由机械能=动能+势能来判断.B.间接法:在物体动能和势能的相互转化中,如果不计摩擦和空气阻力,也没有其他力(除重力、弹簧的弹力)做功时,动能减少多少,势能就会增加多少;反之,势能减少多少,动能就会增加多少,而机械能的总量不变.如果有摩擦或空气阻力,机械能的总量就会减少.【易错点】1.认为物体水平匀速运动,动能和重力势能一定不变(根据影响动能和重力势能的因素分析,物体水平匀速运动,高度、速度不变,但质量有时发生变化,如飞机喷洒农药等);2.认为机械能守恒时,动能最大,势能最小(可以由容易分析的高度和形变大小先判断势能,再判断动能的变化);3.混淆机械能守恒和能量守恒(机械能守恒的条件是忽略一切阻力,系统除重力和弹力以外再无其他力做功,仅仅是系统中势能与动能之间的相互转化过程,而能量守恒是自然界普遍适用的定律,范围很广,适用于各种能量的相互转化过程)。4.力是否对物体做功的判断(1)下列三种情况力对物体没有做功:①F=0,s≠0(有距离没有力),则W=0,如物体在光滑水平面上做匀速直线运动.②F≠0,s=0(有力没有距离),则W=0,如举着重物静止不动.③F≠0,s≠0(有力也有距离),但F⊥s,则W=0,如水平方向运动的物体,重力不做功.(2)若F与s的方向相反,我们就说物体克服力F做了功,其值仍为W=Fs.如汽车刹车的过程中,阻力跟汽车的运动方向相反,即汽车克服阻力做了功.5.(1)“做功多”≠“做功快”,物体做功多,不代表做功就快,因为做功的快慢还与做这些功所用的时间有关.(2)“做功快”≠“做功多”,做功快的物体做的功不一定多,例如做功快,但做功的时间很短,则所做的功也会很少.6.功率与机械效率无关。功率大的机械,机械效率不一定高;机械效率高的机械,功率不一定大.1.(中考·贵州)关于功和机械能,下列说法正确的是()A.吊车吊着重物沿水平方向匀速运动一段距离,吊车的拉力对重物做了功B.卫星从远地点向近地点运行时,重力势能减小,动能增大C.电梯匀速上升过程中,电梯的动能转化为重力势能D.力对物体做功的功率越大,做功越多2.(中考·台州)立定跳远时的动作分解如图,在此过程中运动员()A.上升时,动能减小,势能减小B.上升时,动能增大,势能增大C.下落时,势能增大,动能减小D.下落时,势能减小,动能增大2题图3题图4题图5题图3.(中考·杭州)如图所示,木块沿斜面从顶端匀速下滑的过程中,木块的()A.重力势能减小,动能增大B.重力势能减小,机械能减小C.动能不变,机械能不变D.重力势能不变,机械能减小4.(2015·杭州)如图所示是蹦床运动员表演的情景。运动员从最低点到达最高点的过程中,运动员的动能和重力势能变化情况分别是()A.动能减小,重力势能增大B.动能增大,重力势能减小C.动能先增大后减小,重力势能增大D.动能先减小后增大,重力势能减小5.(中考·兴安盟)小球竖直向上运动并落回地面的过程中,先后经过A、B两点。小球在这两点的动能和重力势能如图所示,则小球在B点的()A.动能等于在A点的B.机械能大于在A点的C.速度比在A点的大D.离地高度比在A点的高6.(中考•绍兴)如图,木块以一定的速度滑过A、B点,到C点滑出下落至D点。A和B、C和D之间的垂直距离均为h。若空气阻力忽略不计,则对木块在运动过程中能量变化的分析,正确的是()A.D点与A点相比,动能增加,势能减少,机械能不变B.A点到C点减少的重力势能大于C点到D点减少的重力势能C.B点的动能可能等于A点的动能,但一定大于C点的动能D.B点的动能可能等于D点的动能,但一定大于A点的动能6题图7题图8题图9题图7.(中考•温州)一番茄从手中由静止开始下落,撞击水面时溅起许多水珠(如图),同时番茄仍有较大速度并继续下沉。若不计一切机械能损耗,番茄从开始下落至刚好浸没时减少的势能()A.等于所有溅起的水珠在撞击过程中增加的机械能总和B.大于所有溅起的水珠在撞击过程中增加的机械能总和C.等于所有溅起的水珠在空中上升过程中增加的机械能总和D.小于所有溅起的水珠在空中上升过程中增加的机械能总和8.(中考•嘉兴)如图是雨滴在空中下落过程中速度与时间的关系图。雨滴在t1~t3三个时刻中具有的动能分别是E1、E2、E3,不考虑下落过程中雨滴的质量变化,则动能的大小关系是()A.E1<E2<E3B.E1>E2>E3C.E1<E2=E3D.E1=E2<E39.(中考·荆州)如图,粗糙水平面AB与光滑斜面BC平滑连接,弹簧左端固定。小木块P被压缩的弹簧弹出并冲上斜面BC的过程中(空气阻力忽略不计),下列说法正确的是()A.在弹簧恢复原状的过程中,弹簧的弹性势能全部转化为小木块P的动能B.小木块P离开弹簧后在粗糙水平面AB上滑行时机械能守恒C.小木块P在斜面上向上运动时,动能减小,重力势能增加D.小木块P运动到最高点时处于平衡状态10.(中考·绍兴)滑板是深受青少年喜欢的一项体育运动。如图是U形滑台和运动员姿势的简化示意图。运动员在滑台A处由静止自由下滑,不计滑台摩擦和空气阻力,仅依靠滑行过程中运动员姿势的自然(不用力)变化,最有可能滑到滑台C处的是()ABCD11.(中考·衢州)如图所示,物块在拉力F的作用下沿斜面向上做匀速直线运动。物块的相关科学量随时间变化规律的图像正确的是()12.(中考·张家界)张家界大峡谷玻璃桥高空蹦极体验项目正式对公众开放,不考虑空气阻力,关于人在蹦极下降过程中的能量分析,下列选项中正确的是()A.弹性绳绷直前,人的重力势能减小,动能增大,机械能增大B.弹性绳刚好绷直时,人的重力势能最小,动能最大C.下降到最低点的过程中人的机械能守恒D.下降到最低点时,人的重力势能最小,弹性绳的弹性势能最大13.(中考·长沙)小杰背着书包回家,在水平路面上行走100m用时100s,乘坐电梯从1楼到21楼用时30s,以下符合实际的是()A.电梯对小杰做功约3.6×103JB.小杰乘坐电梯上升时,对书包不做功C.电梯对小杰做功的功率约1200WD.小杰在水平路面行走时,重力做功的功率约600W14.(中考·湖州)一端封闭的两个完全相同的玻璃管(如右图所示),甲中装水,乙中装食用油。两个完全相同的金属小球从O处静止释放,下落到P处,小球在食用油中下落的时间更长。比较两小球从O处到P处的下落情况,则小球()A.重力势能变化量不相同B.获得的动能相同C.在食用油中重力做功慢D.机械能不变14题图15题图16题图17题图15.(中考·南京)如图所示是荡秋千的简化模型。摆球从A点由静止释放,到达D点后返回,B、C两点等高。下列说法正确的是()A.球在B、C两点的动能相等B.球在A、D两点的机械能相等C.球从B点到O点的过程中机械能减少D.球从O点到C点的过程中重力势能减少16.(中考深圳)如图,弧形轨道ab段光滑,bc段粗糙,小球从a点经最低点b运动至c点.下列分析正确的是()A.从a到b的过程中,小球动能转化为重力势能B.经过b点时,小球动能最大C.从b到c的过程中,小球动能增大D.从a到c的过程中,小球机械能守恒17.(中考苏州)将皮球从离地某一高度O点处水平抛出,球落地后又弹起,它的部分运动轨迹如图所示,下列说法正确的是()A.皮球经过同高度的A、B两点时动能相等B.皮球第一次反弹后到达最高点P点时速度为零C.皮球在D点时的机械能小于在C点时的机械能D.若将皮球表面涂黑,则会在地面M、N两点留下两个大小相等的黑色圆斑18.(中考•湖州)以下四幅图中,克服物体重力做功的是()19.(中考•杭州)在台球比赛中,选手推动球杆撞击白球,白球发生运动后碰撞其他球。以下说法正确的是()A.在水平桌面滚动的球受到了重力,重力对它做了功B.手推动球杆前进时,手对球杆做了功C.桌面对球的支持力做了功D.白球撞击黑球后没有静止,是因为人的手还在对白球做功20.(中考•温州)科学中常用数学方法来表示某些量的关系。下列图像中能用阴影面积表示相应的量是()21.(中考·常德)下面四幅图中所描述的力,对物体做了功的是()A.使小车向前运动了一段距离的推力B.搬石头但没有搬动,手对石头的力C.托着货物停在水平地面上,叉车对货物的力D.提着滑板在水平路面上前行,手提滑板的力22.(中考·十堰)某汽车公司对自主研发的无人驾驶汽车性能进行测试,甲、乙两辆完全相同的汽车在同一水平路面上做匀速直线运动,且𝑣甲<𝑣乙,若不计空气阻力,则汽车受到的牵引力𝐹甲和𝐹乙以及牵引力在相同时间内所做的功𝑊甲和𝑊乙之间的关系正确的是()A.𝐹甲<𝐹乙,𝑊甲<𝑊乙B.𝐹甲>𝐹乙,𝑊甲>𝑊乙C.𝐹甲=𝐹乙,𝑊甲<𝑊乙D.𝐹甲=𝐹乙,𝑊甲=𝑊乙23.(中考·河南)频闪照相机是研究物体运动的重要手段之一,如图所示的频闪照片记录了竖直下落的小球每隔相等时间的位置,不计空气阻力。在小球下落的过程中,下列说法正确的是()A.小球的重力势能逐渐增大B.小球的机械能逐渐减小C.小球的重力在ab段做功比在cd段多D.小球的重力在ab段做功比在cd段慢23题图24题图25题图26题图27题24.(中考·岳阳)小明两次分别用时60

s、40

s把同一捆书从一楼匀速搬上三楼,比较两次搬书过程对书做功和做功的功率,判断正确的是()A.用时少的做功多B.用时少的做功功率大C.用时多的做功多D.用时多的做功功率大25.(中考·桂林)如图所示,小桂和小林一起坐在秋千凳上荡秋千,他们的重力分别是G1、G2,且G1<G2,某次从最高点下摆到最低点的过程中,他们重力做功的大小分别为W1、W2,重力做功的快慢分别为P1、P2。则()A.W1>W2B.W1=W2C.P1<P2D.P1=P226.(中考•杭州)如图所示装置,在水平拉力F的作用下,物体M沿水平地面做匀速直线运动,已知弹簧测力计读数为10牛,物体M的运动速度为1米/秒(若不计滑轮与绳子质量、绳子与滑轮间的摩擦、滑轮与轴间摩擦)。那么在此过程中()A.物体M与地面间的摩擦力为5牛B.物体M与地面间的摩擦力为10牛C.水平拉力F做功的功率为20瓦D.1秒内滑轮对物体M做功为10焦27.(中考·宁波)如图所示,F1=4N,F2=3N,此时物体A对于地面静止,物体B以0.1m/s的速度在物体A表面向左做匀速直线运动(不计弹簧测力计、滑轮和绳子的自重及滑轮和绳子之间的摩擦)。下列说法错误的是()A.F2的功率为0.6WB.弹簧测力计读数为9NC.物体A和地面之间有摩擦力D.如果增大F2,物体A可能向左运动28.(中考·嘉兴、舟山)乒乓球发球机在同一高度以相同的初速度朝不同方向分别发出a、b、c三个球,若不计空气阻力,则落到水平桌面时三者的速度大小关系是()A.va>vb>vcB.vb>vc>vaC.va>vc>vbD.va=vb=vc28题图29题图30题31题29.(中考•杭州)跳绳是大家喜爱的体育运动之一,小金的质量为50千克,每次跳起高度约为6厘米(人整体上升,如图所示),一分钟跳100次,下列说法正确的是()A.向上起跳过程中小金的动能持续增大B.在整个跳绳过程中小金的机械能守恒C.小金跳一次克服重力做功约3焦D.小金在这一分钟内跳绳的功率约为50瓦30.(中考•南通)如图,轻质弹簧竖直放置,下端固定于地面,上端位于O点时弹簧恰好不发生形变。现将一小球放在弹簧上端,再用力向下把小球压至图中A位置后由静止释放,小球将竖直向上运动并脱离弹簧,不计空气阻力,则小球()A.运动至最高点时,受平衡力作用B.被释放瞬间,所受重力大于弹簧弹力C.从A点向上运动过程中,速度先增大后减小D.从O点向上运动过程中,重力势能转化为动能31.(2020•黄石)如图,弹簧下端悬挂一个实心小球,用手托住小球,小球静止在A点,此时弹簧处于自然长度。释放小球,小球向下运动到最低点B(不超过弹簧弹性限度),小球从A点运动到B点的过程中,下列说法正确的是()A.小球的重力势能一直在减少,动能一直在增加B.小球减少的重力势能全部转化为动能C.弹簧的弹性势能不断增大D.小球运动到B点时,重力势能最小,动能最大32.(2020•荆门)如图甲所示,物体在水平拉力F的作用下由静止沿粗糙水平面向右运动,0~6s内拉力随时间变化的规律如图乙,速度随时间变化的规律如图丙,则在2~4s内,物体克服摩擦力所做的功为()A.10JB.30JC.50JD.80J32题图33题33.(中考·荆州)如图所示,竖直固定的测力计下端挂一个滑轮组,已知每个滑轮重均为50N,滑轮组下端挂有物体B,滑轮组绳的末端通过定滑轮沿水平方向与物体A相连,此时物体A在绳的水平拉力作用下向右做匀速直线运动,测力计的示数为550N;在物体B下加挂重为90N的物体C后,同时用水平向左的力F拉动物体A使其沿水平桌面向左做匀速直线运动,此时物体B上升的速度大小为5cm/s。若不计绳重及滑轮的摩擦,g取10N/kg,则下列说法中正确的是()A.物体A所受滑动摩擦力大小为275NB.F的大小为530NC.F做功的功率为42WD.B的重力为500N34.(中考·株洲)撑杆跳是使用撑杆做一系列动作使人体越过一定高度的田径项目,它可依次分解为如图所示几个连续的过程。身高1.9

m、体重80

kg的运动员,在一次撑杆跳训练中的成绩是5

m,则他克服重力做的功最接近(运动员起跳前重心高约1

m)()A.1600

JB.2400

JC.3200

JD.4000

J35.(中考·西宁)一物体在拉力的作用下沿水平方向做直线运动,物体在前5s内加速行驶了30m,后5秒内以10m/s的速度做匀速直线运动,若物体在运动的过程中所受的阻力大小始终为20N,通过计算可知()A.前5s内,物体的平均速度为5m/sB.前5s内,物体的拉力等于阻力为20NC.后5s内,拉力做的功为1000JD.后5s内,拉力做功的功率为100W36.(中考·大庆)一定质量的物体在水平拉力的作用下沿同一水平面做直线运动,其路程(s)-时间(t)关系如图所示,下列选项正确的是()A.物体20s时的速度大于8s时的速度B.0~12s物体所受的拉力大于12s~24s物体所受的拉力C.0~12s拉力做的功大于12s~24s拉力做的功D.0~12s拉力做功的功率小于12s~24s拉力做功的功率36题图37题38题37.(中考·广州)如图所示,OQ是水平地面,物体在水平拉力作用下,从O匀速直线运动到Q,OP段拉力F1为300N,F1做的功为W1,PQ段拉力F2为200N,F2做的功为W2,则()A.W1<W2B.W1=W2C.W1>W2D.无法比较38.(中考•杭州)如图所示,一个静止小球从A点沿粗糙程度相同的轨道下滑,经B点到达C点,从A点到达C点的过程中,小球的动能____;小球的重力势能____;小球的机械能____。(选填序号)①保持不变;②一直减小;③先增大后减小;④一直增大;⑤先减小后增大。39.(中考·内江)如图所示,用20

N的水平推力,经过2

s时间,使重力为100

N的物体在水平桌面上移动0.5

m.在这个过程中,重力做功为____J,推力F的功率为____W.39题图40题41题40.(中考·咸宁)如图所示,质量为50kg的同学在做仰卧起坐运动。若该同学上半身的质量约为全身质量的,则他上半身的重力约为______N,他在一段时间内做了40个仰卧起坐,每次上半身重心上升的距离均为0.3m,则他在这段时间克服重力做的功约为______J。41.(中考·黑龙江齐齐哈尔)在水平地面上工人师傅沿水平方向推重300N的木箱做直线运动,木箱速度随时间变化的图像如图所示。已知在4~8s内木箱受到的推力恒为100N,则在这段时间(4~8s)内,木箱受到的推力的功率是________W,8~10s内木箱受到的摩擦力是________N(忽略空气阻力)。42.(中考连云港)小明同学用20N的水平推力,将重为280N的购物车沿水平地面向前推动了10m,在此过程中,推力对购物车做功______J,购物车的重力做功____J;一个皮球落地后弹起,弹起的高度越来越低,皮球在运动过程中,机械能总量_______(选填“增加”“减少”或“保持不变”).43.(2014•杭州)用手将一重为G的铁球缓慢放在一弹簧上,放手后,铁球从A位置开始向下运动,到达B位置速度达到最大,到达C位置小球的速度变为零。已知AC间的高度差为h,则从A位置到C位置铁球的重力做功是______;在此过程中弹簧的弹性势能增加量为______。B位置到C位置的过程中铁球所受的重力_______(选填“大于”“小于”或“等于”)弹簧所施加的弹力。(整个过程中不计能量损耗)43题图44题44.(中考·温州)2021年5月,我国“天问一号”着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原(如图甲),实现了我国首次地外行星着陆.图乙是其阶段Ⅲ着陆过程中的高度随时间的变化关系.(1)图乙中t1−t2时段,着陆巡视器在竖直向上推力作用下,竖直下落的速度减小,该过程中推力(2)着陆巡视器在火星上总重为4888牛,其重力在t245.(中考·绍兴)2020年5月27日,中国珠峰高程测量登山队从北坡成功登顶,圆满完成峰顶测量任务,亿万民众共同见证这一极限挑战,激起国人满腔豪情。(g取10N/kg)(1)登顶的一大难关是“第二台阶”,这段垂直高度4米的岩壁上架着“中国梯”(图甲),登山队员的质量为75千克,爬完要克服重力做功多少焦耳?(2)科学家在珠峰底部设立了多个观测点(图乙)来测量珠峰高度的目的是_____________________________________________。(3)受到测量珠峰高度的启发,小敏用激光笔来测量校内的旗杆高度(图丙)。打开激光笔开关,让激光对准旗杆的顶端,要测算出旗杆高度H,需测出的数据有___________________________________________________________________________。46.(中考·杭州)如图所示,为两个光滑的圆弧槽和一段粗糙的水平面相连接的装置。将

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