2024高考物理大一輪復(fù)習(xí)講義 第三章 第1講 牛頓第一定律 牛頓第二定律_第1頁
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文檔簡介

考情分析牛頓第二定律的應(yīng)用2022·全國乙卷·T152022·江蘇卷·T12022·河北卷·T92021·北京卷·T132020·全國卷Ⅰ·T162020·山東卷·T12020·海南卷·T122020·江蘇卷·T52019·全國卷Ⅱ·T192019·全國卷Ⅲ·T20牛頓第二定律與直線運動2022·遼寧卷·T72022·浙江6月選考·T192021·全國甲卷·T142021·全國乙卷·T212021·遼寧卷·T13實驗:探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系2021·北京卷·T152021·湖南卷·T112020·浙江7月選考·T17(1)牛頓第二定律相關(guān)拓展創(chuàng)新實驗2021·全國甲卷·T22(測量動摩擦因數(shù))2021·福建卷·T12(阻力與速度的關(guān)系)2020·山東卷·T13(測重力加速度)2019·全國卷Ⅱ·T22(測量動摩擦因數(shù))試題情境生活實踐類跳水、蹦床、蹦極、火箭發(fā)射、無人機、跳傘運動、電梯內(nèi)的超重及失重學(xué)習(xí)探究類傳送帶模型,板塊模型,探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,測量動摩擦因數(shù)第1講牛頓第一定律牛頓第二定律目標(biāo)要求1.理解慣性的本質(zhì)和牛頓第一定律的內(nèi)容.2.掌握牛頓第二定律的內(nèi)容及公式.3.了解單位制,并知道七個基本單位.會用國際單位制檢查結(jié)果表達式是否正確.考點一牛頓第一定律一、牛頓第一定律1.內(nèi)容:一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài),除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài).2.理想實驗:它是在經(jīng)驗事實基礎(chǔ)上采用科學(xué)的抽象思維來展開的實驗,是人們在思想上塑造的理想過程.牛頓第一定律是通過理想斜面實驗得出的,它不能由實際的實驗來驗證.3.物理意義(1)揭示了物體在不受外力或所受合外力為零時的運動規(guī)律.(2)提出了一切物體都具有慣性,即物體維持其原有運動狀態(tài)的特性.(3)揭示了力與運動的關(guān)系,說明力不是維持物體運動狀態(tài)的原因,而是改變物體運動狀態(tài)的原因.強調(diào):運動狀態(tài)的改變指速度的改變,速度改變則必有加速度,故力是物體產(chǎn)生加速度的原因.二、慣性1.定義:物體保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)叫作慣性.2.慣性大小的量度質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度.物體的質(zhì)量越大,慣性越大;物體的質(zhì)量越小,慣性越小.1.牛頓第一定律是實驗定律.(×)2.運動的物體慣性大,靜止的物體慣性小.(×)3.物體不受力時,將處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài).(√)1.對慣性的理解(1)慣性是物體的固有屬性,一切物體都具有慣性.(2)物體的慣性總是以“保持原狀”“反抗改變”兩種形式表現(xiàn)出來.(3)物體慣性的大小取決于質(zhì)量,質(zhì)量越大,慣性越大.(4)慣性與物體的受力情況、運動狀態(tài)及所處的位置無關(guān).2.慣性的表現(xiàn)形式(1)物體不受外力或所受的合外力為零時,慣性表現(xiàn)為物體保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài).(2)物體受到外力且合外力不為零時,慣性表現(xiàn)為物體運動狀態(tài)改變的難易程度.慣性越大,物體的運動狀態(tài)越難改變.例1(多選)科學(xué)家關(guān)于物體運動的研究對樹立正確的自然觀具有重要作用.下列說法中符合歷史事實的是()A.亞里士多德認(rèn)為,必須有力作用在物體上,物體的運動狀態(tài)才會改變B.伽利略通過“理想實驗”得出結(jié)論:如果物體不受力,它將以這一速度永遠運動下去C.笛卡兒指出,如果運動中的物體沒有受到力的作用,它將繼續(xù)以同一速度沿同一直線運動,既不會停下來,也不會偏離原來的方向D.牛頓認(rèn)為,物體都具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)答案BCD解析亞里士多德認(rèn)為,必須有力作用在物體上,物體才能運動,故A錯誤;伽利略通過“理想實驗”得出結(jié)論:力不是維持運動的原因,如果物體不受力,它將以這一速度永遠運動下去,故B正確;笛卡兒指出,如果運動中的物體沒有受到力的作用,它將繼續(xù)以同一速度沿同一直線運動,既不會停下來,也不會偏離原來的方向,故C正確;牛頓認(rèn)為物體都具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì),故D正確.例2如圖所示,一只盛水的容器固定在一個小車上,在容器中分別用細(xì)繩懸掛和拴住一個鐵球和一個乒乓球,容器中水和鐵球、乒乓球都處于靜止?fàn)顟B(tài),當(dāng)容器隨小車突然向右運動時,兩球的運動狀況是(以小車為參考系)()A.鐵球向左,乒乓球向右B.鐵球向右,乒乓球向左C.鐵球和乒乓球都向左D.鐵球和乒乓球都向右答案A解析當(dāng)容器突然向右運動時,同等體積的鐵球和水比較,鐵球的質(zhì)量大,鐵球保持原來的運動狀態(tài),相對于水向左偏移,相對于小車向左運動,同等體積的乒乓球和水比較,水的質(zhì)量大,水相對于乒乓球向左偏移,因此乒乓球相對于水向右偏移,相對于小車向右運動,故選A.考點二牛頓第二定律1.內(nèi)容:物體加速度的大小跟它受到的作用力成正比,跟它的質(zhì)量成反比,加速度的方向跟作用力的方向相同.2.表達式:F=ma.1.物體加速度的方向一定與合外力方向相同.(√)2.由m=eq\f(F,a)可知,物體的質(zhì)量與其所受合外力成正比,與其運動的加速度成反比.(×)3.可以利用牛頓第二定律確定高速電子的運動情況.(×)1.對牛頓第二定律的理解2.力和運動之間的關(guān)系(1)不管速度是大是小,或是零,只要合力不為零,物體就有加速度.(2)a=eq\f(Δv,Δt)是加速度的定義式,a與Δv、Δt無必然聯(lián)系;a=eq\f(F,m)是加速度的決定式,a∝F,a∝eq\f(1,m).(3)合力與速度同向時,物體做加速直線運動;合力與速度反向時,物體做減速直線運動.考向1對牛頓第二定律的理解例3(多選)下列說法正確的是()A.對靜止在光滑水平面上的物體施加一個水平力,當(dāng)力剛作用瞬間,物體立即獲得加速度B.物體由于做加速運動,所以才受合外力作用C.F=ma是矢量式,a的方向與F的方向相同,與速度方向無關(guān)D.物體所受合外力減小,加速度一定減小,而速度不一定減小答案ACD解析由于物體的加速度和合外力是瞬時對應(yīng)關(guān)系,由此可知當(dāng)力作用瞬間,物體會立即產(chǎn)生加速度,選項A正確;根據(jù)因果關(guān)系,合外力是產(chǎn)生加速度的原因,即物體由于受合外力作用,才會產(chǎn)生加速度,選項B錯誤;F=ma是矢量式,a的方向與F的方向相同,與速度方向無關(guān),選項C正確;由牛頓第二定律可知物體所受合外力減小,加速度一定減小,如果物體做加速運動,其速度會增大,如果物體做減速運動,速度會減小,選項D正確.例4某型號戰(zhàn)斗機在某次起飛中,由靜止開始加速,當(dāng)加速度a不斷減小至零時,飛機剛好起飛.關(guān)于起飛過程,下列說法正確的是()A.飛機所受合力不變,速度增加得越來越慢B.飛機所受合力減小,速度增加得越來越快C.速度方向與加速度方向相同,速度增加得越來越快D.速度方向與加速度方向相同,速度增加得越來越慢答案D解析根據(jù)牛頓第二定律可知,當(dāng)合力逐漸減小至零時加速度a不斷減小到零;飛機做加速運動,加速度方向與速度方向相同,加速度減小,即速度增加得越來越慢,故A、B、C項錯誤,D項正確.考向2牛頓第二定律的簡單應(yīng)用例52021年10月16日0時23分,“神舟十三號”成功發(fā)射,順利將三名航天員送入太空并進駐空間站.在空間站中,如需測量一個物體的質(zhì)量,需要運用一些特殊方法:如圖所示,先對質(zhì)量為m1=1.0kg的標(biāo)準(zhǔn)物體P施加一水平恒力F,測得其在1s內(nèi)的速度變化量大小是10m/s,然后將標(biāo)準(zhǔn)物體與待測物體Q緊靠在一起,施加同一水平恒力F,測得它們1s內(nèi)速度變化量大小是2m/s.則待測物體Q的質(zhì)量m2為()A.3.0kg B.4.0kgC.5.0kg D.6.0kg答案B解析對P施加F時,根據(jù)牛頓第二定律有a1=eq\f(F,m1)=eq\f(Δv1,Δt)=10m/s2,對P和Q整體施加F時,根據(jù)牛頓第二定律有a2=eq\f(F,m1+m2)=eq\f(Δv2,Δt)=2m/s2,聯(lián)立解得m2=4.0kg,故選B.例6(2022·全國乙卷·15)如圖,一不可伸長輕繩兩端各連接一質(zhì)量為m的小球,初始時整個系統(tǒng)靜置于光滑水平桌面上,兩球間的距離等于繩長L.一大小為F的水平恒力作用在輕繩的中點,方向與兩球連線垂直.當(dāng)兩球運動至二者相距eq\f(3,5)L時,它們加速度的大小均為()A.eq\f(5F,8m)B.eq\f(2F,5m)C.eq\f(3F,8m)D.eq\f(3F,10m)答案A解析當(dāng)兩球運動至二者相距eq\f(3,5)L時,如圖所示,由幾何關(guān)系可知sinθ=eq\f(\f(3L,10),\f(L,2))=eq\f(3,5),設(shè)繩子拉力為FT,水平方向有2FTcosθ=F,解得FT=eq\f(5,8)F,對任意小球由牛頓第二定律有FT=ma,解得a=eq\f(5F,8m),故A正確,B、C、D錯誤.利用牛頓第二定律解題的思路(1)選取研究對象進行受力分析;(2)應(yīng)用平行四邊形定則或正交分解法求合力;(3)根據(jù)F合=ma求物體的加速度a.例7(多選)如圖甲所示,一豎直放置的足夠長的固定玻璃管中裝滿某種液體,一半徑為r、質(zhì)量為m的金屬小球,從t=0時刻起,由液面靜止釋放,小球在液體中下落,其加速度a隨速度v的變化規(guī)律如圖乙所示.已知小球在液體中受到的阻力Ff=6πηvr,式中r是小球的半徑,v是小球的速度,η是常數(shù).忽略小球在液體中受到的浮力,重力加速度為g,下列說法正確的是()A.小球的最大加速度為gB.小球的速度從0增加到v0的過程中,做勻變速運動C.小球先做加速度減小的變加速運動,后做勻速運動D.小球的最大速度為eq\f(mg,6πηr)答案ACD解析當(dāng)t=0時,小球所受的阻力Ff=0,此時加速度為g,A正確;隨著小球速度的增加,加速度減小,小球的速度從0增加到v0的過程中,加速度減小,做變加速運動,B錯誤;根據(jù)牛頓第二定律有mg-Ff=ma,解得a=g-eq\f(6πηvr,m),當(dāng)a=0時,速度最大,為v0,此后小球做勻速運動,最大速度v0=eq\f(mg,6πηr),C、D正確.考點三單位制1.單位制:基本單位和導(dǎo)出單位一起組成了單位制.2.基本單位:基本量的單位.國際單位制中基本量共七個,其中力學(xué)有三個,是長度、質(zhì)量、時間,單位分別是米、千克、秒.3.導(dǎo)出單位:由基本量根據(jù)物理關(guān)系推導(dǎo)出來的其他物理量的單位.4.國際單位制的基本單位物理量名稱物理量符號單位名稱單位符號長度l米m質(zhì)量m千克(公斤)kg時間t秒s電流I安[培]A熱力學(xué)溫度T開[爾文]K物質(zhì)的量n,(ν)摩[爾]mol發(fā)光強度I,(Iv)坎[德拉]cd例8汽車在高速行駛時會受到空氣阻力的影響,已知空氣阻力f=eq\f(1,2)cρSv2,其中c為空氣阻力系數(shù),ρ為空氣密度,S為物體迎風(fēng)面積,v為物體與空氣的相對運動速度.則空氣阻力系數(shù)c的國際單位是()A.常數(shù),沒有單位 B.eq\f(s,m)C.eq\f(s2,kg·m) D.eq\f(N·s2,kg2)答案A解析由f=eq\f(1,2)cρSv2,可得c=eq\f(2f,ρSv2),右邊式子代入單位可得eq\f(2kg·m/s2,kg/m3·m2·m/s2)=2,即c為常數(shù),沒有單位,B、C、D錯誤,A正確.例9航天員王亞平在“天宮一號”目標(biāo)飛行器里成功進行了我國首次太空授課.授課中的一個實驗展示了失重狀態(tài)下液滴的表面張力引起的效應(yīng).在視頻中可觀察到漂浮的液滴處于相互垂直的兩個橢球之間不斷變化的周期性“脈動”中.假設(shè)液滴處于完全失重狀態(tài),液滴的上述“脈動”可視為液滴形狀的周期性微小變化(振動),如圖所示.已知液滴振動的頻率表達式為f=krαρβσγ,其中k為一個無單位的比例系數(shù),r為液滴半徑,ρ為液體密度,σ為液體表面張力系數(shù)(其單位為N/m),α、β、γ是相應(yīng)的待定常數(shù).對于這幾個待定常數(shù)的大小,下列表達式中可能正確的是()A.α=eq\f(3,2),β=eq\f(1,2),γ=-eq\f(1,2)B.α=eq\f(3,2),β=-eq\f(1,2),γ=eq\f(1,2)C.α=-3,β=-1,γ=1D.α=-eq\f(3,2),β=-eq\f(1,2),γ=eq\f(1,2)答案D解析從物理單位的方面來考慮,則A選項單位為=s,而頻率的單位是Hz(s-1),故A錯誤;B選項單位為=eq\f(m3,s),故B錯誤;C選項單位為m-3(eq\f(kg,m3))-1eq\f(N,m)=s-2,故C錯誤;D選項單位為=s-1,故D正確.課時精練1.伽利略曾用如圖所示的“理想實驗”來研究力與運動的關(guān)系,則下列選項符合實驗事實的是()A.小球由靜止開始釋放,“沖”上對接的斜面B.沒有摩擦,小球上升到原來釋放時的高度C.減小斜面的傾角θ,小球仍然到達原來的高度D.繼續(xù)減小斜面的傾角θ,最后使它成水平面,小球沿水平面永遠運動下去答案A解析小球由靜止開始釋放,“沖”上對接的斜面,這是事實,故A正確;因為生活中沒有無摩擦的軌道,所以小球上升到原來釋放時的高度為推理,故B錯誤;減小斜面的傾角θ,小球仍然到達原來的高度是在B項的基礎(chǔ)上進一步推理,故C錯誤;繼續(xù)減小斜面的傾角θ,最后使它成水平面,小球沿水平面永遠運動下去,這是在C項的基礎(chǔ)上繼續(xù)推理得出的結(jié)論,故D錯誤.2.(2023·上海市奉賢區(qū)模擬)下列每組三個單位均屬于國際單位制中基本單位的是()A.g、s、N B.kg、A、NC.W、J、kg D.K、mol、s答案D解析國際單位制中基本單位有七個,分別為米(m)、秒(s)、千克(kg)、開爾文(K)、安培(A)、坎德拉(cd)、摩爾(mol),故A、B、C錯誤,D正確.3.對一些生活中的現(xiàn)象,某同學(xué)試圖從慣性角度加以分析.其中正確的是()A.太空中處于失重狀態(tài)的物體沒有慣性B.“安全帶,生命帶,前排后排都要系”.系好安全帶可以防止因人的慣性而造成的傷害C.“強弩之末,勢不能穿魯縞”,是因為“強弩”的慣性減小了D.戰(zhàn)斗機作戰(zhàn)前拋掉副油箱,是為了增大戰(zhàn)斗機的慣性答案B解析慣性只與質(zhì)量有關(guān),所以太空中處于失重狀態(tài)的物體還是具有慣性,A錯誤;系好安全帶可以防止因人的慣性而造成的傷害,B正確;“強弩之末,勢不能穿魯縞”,是因為“強弩”的速度減小了,慣性不變,C錯誤;戰(zhàn)斗機作戰(zhàn)前拋掉副油箱,是為了減小戰(zhàn)斗機的慣性,增加靈活性,D錯誤.4.(2022·江蘇卷·1)高鐵車廂里的水平桌面上放置一本書,書與桌面間的動摩擦因數(shù)為0.4,最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,取重力加速度g=10m/s2.若書不滑動,則高鐵的最大加速度不超過()A.2.0m/s2 B.4.0m/s2C.6.0m/s2 D.8.0m/s2答案B解析書放在水平桌面上,若書相對于桌面不滑動,則最大靜摩擦力提供加速度,即有Ffm=μmg=mam,解得am=μg=4m/s2,書相對高鐵靜止,故若書不滑動,高鐵的最大加速度為4m/s2,B正確,A、C、D錯誤.5.如圖,某飛行器在月球表面起飛后,一段時間內(nèi)沿與月面夾角為θ的直線做加速運動.此段時間飛行器發(fā)動機的噴氣方向可能沿()A.方向① B.方向②C.方向③ D.方向④答案C解析飛行器在起飛后的某段時間內(nèi)的飛行方向與水平面成θ角,且速度在不斷增大,說明飛船所受合外力的方向與速度同向,飛行器受重力和噴氣推力的作用,即重力與推力的合力與速度方向相同,飛行器所受噴氣的反沖力與噴氣方向相反,由題圖可知,只有推力在③的反方向時,合力才可能與速度同向,故C正確,A、B、D錯誤.6.(2023·河北衡水市冀州區(qū)第一中學(xué)高三檢測)某人想測量地鐵啟動過程中的加速度,他把一根細(xì)繩的下端綁著一支圓珠筆,細(xì)繩的上端用電工膠布臨時固定在地鐵的豎直扶手上.在地鐵啟動后的某段加速過程中,細(xì)繩偏離了豎直方向,他用手機拍攝了當(dāng)時情景的照片,拍攝方向跟地鐵前進方向垂直.細(xì)繩偏離豎直方向約為30°角,此時地鐵的加速度約為()A.6m/s2B.7.5m/s2C.10m/s2D.5m/s2答案A解析對圓珠筆進行受力分析,如圖所示,根據(jù)牛頓第二定律有F合=ma,由圖可分析出eq\f(F合,mg)=eq\f(a,g)=tan30°,解得a≈6m/s2,故A正確,B、C、D錯誤.7.(2023·北京市第四十三中學(xué)月考)某同學(xué)使用輕彈簧、直尺、鋼球等制作了一個“豎直加速度測量儀”.如圖所示,彈簧上端固定,在彈簧旁沿彈簧長度方向固定一直尺.不掛鋼球時,彈簧下端指針位于直尺20cm刻度處;下端懸掛鋼球,靜止時指針位于直尺40cm刻度處.將直尺不同刻度對應(yīng)的加速度標(biāo)在直尺上,就可用此裝置直接測量豎直方向的加速度.取豎直向上為正方向,重力加速度大小為g.下列說法正確的是()A.30cm刻度對應(yīng)的加速度為-0.5gB.40cm刻度對應(yīng)的加速度為gC.50cm刻度對應(yīng)的加速度為2gD.各刻度對應(yīng)加速度的值是不均勻的答案A解析在40cm刻度處,有mg=F彈,則40cm刻度對應(yīng)的加速度為0,B錯誤;由分析可知,在30cm刻度處,有F彈-mg=ma,有a=-0.5g,A正確;由分析可知,在50cm刻度處,有F彈-mg=ma,代入數(shù)據(jù)有a=0.5g,C錯誤;設(shè)某刻度對應(yīng)值為x,結(jié)合分析可知m)或a=-5gx(m/s2)(x<0.2m),根據(jù)以上分析,加速度a與刻度對應(yīng)值x成線性關(guān)系,則各刻度對應(yīng)加速度的值是均勻的,D錯誤.8.(2023·江蘇省南師附中模擬)橡皮筋也像彈簧一樣,在彈性限度內(nèi),伸長量x與彈力F的大小成正比,即F=kx,k的值與橡皮筋未受到拉力時的長度L、橫截面積S有關(guān),理論與實踐都表明k=Y(jié)eq\f(S,L),其中Y是一個由材料決定的常數(shù),材料學(xué)上稱之為楊氏模量.在國際單位制中,楊氏模量Y的單位應(yīng)該是()A.NB.mC.N/mD.Pa答案D解析根據(jù)k=Y(jié)eq\f(S,L),可得Y=eq\f(kL,S),則Y的單位是eq\f(\f(N,m)·m,m2)=eq\f(N,m2)=Pa,故選D.9.(多選)如圖,圓柱形玻璃容器內(nèi)裝滿液體靜置于水平面上,容器中有a、b、c三個不同材質(zhì)的物塊,物塊a、c均對容器壁有壓力,物塊b懸浮于容器內(nèi)的液體中,忽略a、c與容器壁間的摩擦.現(xiàn)給容器施加一個水平向右的恒力,使容器向右做勻加速直線運動.下列說法正確的是()A.三個物塊將保持圖中位置不變,與容器一起向右加速運動B.物塊a將相對于容器向左運動,最終與容器右側(cè)壁相互擠壓C.物塊b將相對于容器保持靜止,與容器一起做勻加速運動D.物塊c將相對于容器向右運動,最終與容器右側(cè)壁相互擠壓答案CD解析由題意可知,c浮在上面對上壁有壓力,可知c排開水的質(zhì)量大于c本身的質(zhì)量,同理b排開水的質(zhì)量等于b本身的質(zhì)量,a排開水的質(zhì)量小于a本身的質(zhì)量;則當(dāng)容器向右做勻加速運動時,由牛頓第一定律可知,物塊a將相對于容器向左運動,最終與容器左側(cè)壁相互擠壓;物塊b將相對于容器保持靜止,與容器一起做勻加速運動;物塊c因相等體積的水將向左運動,則導(dǎo)致c將相對于容器向右運動,最終與容器右側(cè)壁相互擠壓(可將c想象為一個小氣泡),故選C、D.10.如圖甲所示,水平地面上輕彈簧左端固定,右端通過小物塊壓縮0.4m后鎖定,t=0時解除鎖定,釋放小物塊.計算機通過小物塊上的速度傳感器描繪出它的v-t圖線如圖乙所示,其中Oab段為曲線,bc段為直線,傾斜直線Od是t=0時圖線的切線,已知小物塊的質(zhì)量為m=2kg,重力加速度取g=10m/s2,則下列說法正確的是()A.小物塊與地面間的動摩擦因數(shù)為0.3B.小物塊與地面間的動摩擦因數(shù)為0.4C.彈簧的勁度系數(shù)為175N/mD.彈簧的勁度系數(shù)為150N/m答案C解析根據(jù)v-t圖線斜率的絕對值表示加速度大小,由題圖乙知,物塊脫離彈簧后的加速度大小a=eq\f(Δv,Δt)=eq\f(1.5,0.55-0.25)m/s2=5m/s2,由牛頓第二定律得μmg=ma,所以μ=eq\f(a,g)=0.5,A、B錯誤;剛釋放時物塊的加速度大小為a′=eq\f(Δv′,Δt′)=eq\f(3,0.1)m/s2=30m/s2,由牛頓第二定律得kx-μmg=ma′,代入數(shù)據(jù)解得k=175N/m,C正確,D錯誤.11.(多選)如圖所示,一個小球O用1、2兩根細(xì)繩連接并分別系于箱子上的A點和B點,OA與水平方向的夾角為θ,OB水平,開始時箱子處于靜止?fàn)顟B(tài),下列說法正確的是()A

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