2019-2020年高中物理 2.3 電阻的串聯(lián)、并聯(lián)及其應(yīng)用教案 教科版選修3-1.doc
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2019-2020年高中物理 2.3 電阻的串聯(lián)、并聯(lián)及其應(yīng)用教案 教科版選修3-1 ●課標要求 1．認識串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的特點． 2．理解電壓表和電流表的改裝原理． ●課標解讀 1．認識串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的連接方式，掌握串并聯(lián)電路的特點和性質(zhì)及作用，并能計算其阻值． 2．理解表頭改裝成常用電壓表和電流表的原理，會求分壓電阻和分流電阻的阻值． 3．理解限流電路和分壓電路． 4．正確選擇伏安法測電阻的電路，會分析伏安法測電阻的誤差情況． ●教學(xué)地位 電路的串聯(lián)、并聯(lián)知識是每年必考的內(nèi)容，這部分知識與電磁感應(yīng)知識相結(jié)合，可以綜合計算題的形式出現(xiàn)，電阻的測量實驗又是高考實驗命題的熱點． (教師用書獨具) ●新課導(dǎo)入建議 夜幕降臨的時候，一串串一簇簇的彩燈拼出了美麗的圖案，絢麗多彩，煞是好看，你知道這些小彩燈是如何連接的嗎？我們教學(xué)樓內(nèi)各教室的日光燈又是怎樣連接的呢？為什么會這樣連接？通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們就能明白這些問題了． ●教學(xué)流程設(shè)計 課前預(yù)習(xí)安排： 1．看教材2.填寫【課前自主導(dǎo)學(xué)】(同學(xué)之間可進行討論)步驟1：導(dǎo)入新課，本節(jié)教學(xué)地位分析步驟2：老師提問，檢查預(yù)習(xí)效果(可多提問幾個學(xué)生)步驟3：師生互動完成“探究1”互動方式(除例1外可再變換命題角度，補充一個例題以拓展學(xué)生思路) 步驟7：師生互動完成“探究3”(方式同完成“探究1”相同)步驟6：師生互動完成“探究2”(方式同完成“探究1”相同)步驟5：讓學(xué)生完成【遷移應(yīng)用】檢查完成情況并點評步驟4：教師通過例題講解總結(jié)串、并聯(lián)電路問題的計算方法 步驟8：完成“探究4”(重在講解規(guī)律方法技巧)步驟9：指導(dǎo)學(xué)生完成【當堂雙基達標】，驗證學(xué)習(xí)情況步驟10：先由學(xué)生自己總結(jié)本節(jié)的主要知識，教師點評，安排學(xué)生課下完成【課后知能檢測】 課 標 解 讀 重 點 難 點 1.認識串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的連接方式，掌握串并聯(lián)電路的特點和性質(zhì)及作用，并能計算其阻值． 2.理解表頭改裝成常用電壓表和電流表的原理，會求分壓電阻和分流電阻的阻值． 3.理解限流電路和分壓電路． 4.正確選擇伏安法測電阻的電路，會分析伏安法測電阻的誤差情況. 1.串聯(lián)電路的性質(zhì)與特點．(重點) 2.并聯(lián)電路的性質(zhì)與特點．(重點) 3.電表量程的改裝．(難點) 電阻的串聯(lián)與并聯(lián) 1.基本知識 (1)串聯(lián)和并聯(lián)電路 圖2－3－1 (2)串聯(lián)：把幾個導(dǎo)體依次首尾相接如圖2－3－1甲所示． (3)并聯(lián)：把幾個導(dǎo)體的一端連在一起，另一端連在一起，如圖2－3－1乙所示． (4)串、并聯(lián)電路的特點 串聯(lián)電路 并聯(lián)電路 電流 各處電流相等：I0＝I1＝I2＝I3 總電流等于各支路電流之和：I0＝I1＋I2＋I3 電壓 總電壓等于各部分電壓之和：U01＋U12＋U23＝U03 各支路兩端電壓相等：U1＝U2＝U3＝U 總電阻 總電阻等于各部分電阻之和：R＝R1＋R2＋…… 總電阻倒數(shù)等于各支路電阻倒數(shù)之和：＝＋＋…… 2.思考判斷 (1)并聯(lián)電路的總電阻等于各支路電阻的倒數(shù)之和．() (2)串聯(lián)電路的總電阻大于其中任一部分的電阻，即“越串越大”；并聯(lián)電路的總電阻小于任何一個支路上的電阻，即“越并越小”．(√) (3)在串聯(lián)電路中，若其中一個電阻增大，總電阻則增大，在并聯(lián)電路中，若其中一個電阻增大，總電阻則減小．() 3．探究交流 思考一下若干個電阻并聯(lián)時，并聯(lián)電路的總電阻和每個導(dǎo)體的電阻的大小關(guān)系？ 【提示】 并聯(lián)電路的總電阻比電路中每個電阻都要小. 電壓表和電流表的改裝 1.基本知識 (1)表頭的三個參數(shù) ①滿偏電流Ig：指針指到最大刻度時的電流． ②滿偏電壓Ug：電流表通過滿偏電流時，加在它兩端的電壓． ③內(nèi)阻Rg：電流表的內(nèi)阻． ④三個參數(shù)之間的關(guān)系為：Ug＝IgRg. (2)電壓表和電流表的改裝 ①給電流表串聯(lián)一個較大的電阻，分擔(dān)一個較大的電壓UR.如圖2－3－2所示，就改裝成一個電壓表． 圖2－3－2 ②給電流表并聯(lián)一個較小的電阻，分擔(dān)較大的電流IR.如圖2－3－3所示，就改裝成大量程的電流表． 圖2－3－3 2．思考判斷 (1)把小量程的電流表改裝成大量程的電流表需串聯(lián)一個電阻．() (2)改裝后電壓表的量程越大，其串聯(lián)的分壓電阻就越大．(√) (3)若將分壓電阻串聯(lián)在電流表上改裝成電壓表后，增大了原電流表的滿偏電壓．() 3．探究交流 電流表改裝前后，其中的“表頭”允許通過的最大電流變化了沒有？ 【提示】 沒有，無論將表頭改裝成電壓表還是電流表，允許通過表頭的最大電流都仍然是它的滿偏電流. 限流電路與分壓電路 1.基本知識 甲 乙 圖2－3－4 (1)如圖2－3－4甲所示為變阻器的限流接法，這種接法使用前應(yīng)保證滑動變阻器連入電路中的阻值最大，即滑片應(yīng)滑至滑動變阻器的最右端，這種電路使用過程中，電阻R兩端電壓的變化范圍是U～U. (2)如圖2－3－4乙所示為變阻器的分壓接法，這種接法使用前應(yīng)讓電阻R兩端電壓最小(可以認為是零)．即滑片應(yīng)滑至滑動變阻器的最左端，這種電路使用過程中，電阻R兩端電壓的變化范圍是0～U. 2．思考判斷 (1)分壓式電路和限流式電路能使用電器兩端的電壓變化范圍相同．() (2)若要求電阻R兩端電壓從零開始變化，則應(yīng)采用分壓電路．(√) 3．探究交流 在“描繪小燈泡伏安特性曲線”實驗中，滑動變阻器是采用限流式接法還是分壓式接法？ 【提示】 因為該實驗中要求小燈泡兩端的電壓變化范圍很大，且要求電壓要從0開始調(diào)節(jié)，所以滑動變阻器應(yīng)采用分壓式接法，如圖所示． 伏安法測電阻的兩種電路 1.基本知識 (1)電流表外接 ①電路圖：如圖2－3－5甲所示電路． 圖2－3－5 ②R測與R真的關(guān)系：R測＜R真． ③應(yīng)用：測量小電阻誤差?。? (2)電流表內(nèi)接 ①電路圖：如圖2－3－5乙所示電路． ②R測與R真的關(guān)系：R測＞R真． ③應(yīng)用：測量大電阻時誤差?。? 2．思考判斷 (1)待測電阻Rx?RA時，用電流表外接法誤差較小．() (2)測量時，為減小偶然誤差常通過多次測量取平均值的方法．(√) (3)用外接法測電阻時，電流表的示數(shù)略大于電阻R上的電流值．(√) 3．探究交流 在前面學(xué)習(xí)過的“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的實驗中，電流表一般采用哪種接法誤差較??？ 【提示】 因為小燈泡的電阻較小，用電流表外接法時，電壓表的分流可以忽略不計，誤差較小. 對串、并聯(lián)電路的理解 【問題導(dǎo)思】 1．串、并聯(lián)電路的總電阻都大于任一部分電路的電阻嗎？ 2．串、并聯(lián)電路的任一電阻增大，總電阻一定增大嗎？ 3．串聯(lián)電路中電阻越大，其兩端的電壓越大嗎？ 4．并聯(lián)電路中電阻越大，其通過的電流越大嗎？ 1．關(guān)于電阻的幾個常用推論 (1)串聯(lián)電路的總電阻大于其中任一部分電路的電阻． (2)并聯(lián)電路的總電阻小于其中任一支路的電阻． (3)n個相同電阻R并聯(lián)時其總電阻為R總＝. (4)n個相同電阻R串聯(lián)時其總電阻為R總＝nR. (5)多個電阻無論串聯(lián)還是并聯(lián)，其中任一電阻增大或減小，總電阻也隨之增大或減小，以兩電阻R1、R2為例加以說明，串聯(lián)時R＝R1＋R2，并聯(lián)時R＝＝.可見，當R1或R2增大或減小時，R都隨之增大或減?。? (6)當一個大電阻和一個小電阻并聯(lián)時，總電阻接近小電阻． (7)當一個大電阻和一個小電阻串聯(lián)時，總電阻接近大電阻． 2．關(guān)于電壓和電流的分配關(guān)系 (1)串聯(lián)電路中各電阻兩端的電壓跟它的阻值成正比． 推導(dǎo)：在串聯(lián)電路中，由于U1＝I1R1，U2＝I2R2，U3＝I3R3，……Un＝InRn，而I＝I1＝I2＝…＝In，所以有＝＝…＝＝＝I. (2)并聯(lián)電路中通過各支路電阻的電流跟它們的阻值成反比． 推導(dǎo)：在并聯(lián)電路中U1＝I1R1，U2＝I2R2，U3＝I3R3…Un＝InRn，而U1＝U2＝…＝Un，所以有I1R1＝I2R2＝…＝InRn＝I總R總＝U. 1．電阻串聯(lián)起分壓作用，電阻并聯(lián)起分流作用． 2．并聯(lián)的支路增多時總電阻將減小． (xx宜賓質(zhì)檢)由4個電阻連接成的混聯(lián)電路如圖2－3－6所示．R1＝8 Ω，R2＝4 Ω，R3＝6 Ω，R4＝3 Ω. 圖2－3－6 (1)求a、d之間的總電阻； (2)如果把42 V的電壓加在a、d兩端，通過每個電阻的電流是多少？ 【審題指導(dǎo)】 解決此類問題要按下面的思路分析： (1)明確電路的串、并聯(lián)特點． (2)畫出等效電路圖． (3)根據(jù)歐姆定律等有關(guān)知識進行計算． 【解析】 (1)由圖可知Rcd＝ Ω＝2 Ω 故Rad＝8 Ω＋4 Ω＋2 Ω＝14 Ω. (2)由歐姆定律知I＝＝ A＝3 A，此即為通過R1、R2的電流．設(shè)通過R3、R4的電流分別為I3、I4. 則由并聯(lián)電路電壓相等，I3R3＝I4R4 即6I3＝3I4而I3＋I4＝3 A，解得I3＝1 A，I4＝2 A. 【答案】 (1)14 Ω (2)3 A 3 A 1 A 2 A 在串、并聯(lián)電路的有關(guān)計算中，首先要明確各電阻的串、并聯(lián)關(guān)系，然后再結(jié)合串、并聯(lián)電路的特點及電流、電壓的分配規(guī)律及功率分配規(guī)律和歐姆定律列式計算． 1．在圖2－3－7所示的電路中，通過電阻R1的電流I1是( ) 圖2－3－7 A．I1＝ B．I1＝ C．I1＝ D．I1＝ 【解析】 I1＝，R1與R2串聯(lián)，故I1＝I2＝，從整體計算I1＝I2＝，故B、C正確． 【答案】 BC 電表的改裝與計算 【問題導(dǎo)思】 1．改裝大量程的電流表，是選擇的電阻越大量程越大嗎？改裝大量程的電壓表呢？ 2．小量程的電流表改裝成大量程的電表后，其參數(shù)Ug、Ig、Rg發(fā)生變化嗎？ 電壓表與電流表的改裝對比 電表改裝 比較項目 小量程的表頭G(Ig，Rg)改裝成電壓表V 小量程的表頭G(Ig，Rg)改裝成電流表A 內(nèi)部電路 量程 U I R的作用 分壓 分流 R的數(shù)值 R＝－Rg或R＝(n－1)Rg(n＝) R＝或R＝(n＝) 電表的 總內(nèi)阻 Rv＝Rg＋R或Rv＝＝nRg RA＝或RA＝＝ 1．由上表可知，改裝后的電壓表實質(zhì)上就是一個能顯示自身兩端電壓的大電阻，改裝后的電流表實質(zhì)上就是一個能顯示通過自身電流的小電阻． 2．無論表頭G改裝成電壓表還是電流表，它的三個特征量Ug、Ig、Rg是不變的，即通過表頭的最大電流Ig并不改變． (xx眉山高二檢測)有一個靈敏的電流表它指針滿偏時通過的電流Ig＝100 mA，該表自身的電阻Rg＝2.0 Ω.欲把這塊表接到5 A的電路中，又不使該表因為電流過大而燒毀，應(yīng)在該表兩接線柱間并聯(lián)一個阻值RS最大是多大的電阻． 【審題指導(dǎo)】 如圖所示，在靈敏電流表上并聯(lián)的電阻RS主要起分流作用．當它分流的電流大于總電流I與電流表滿偏電流Ig的差時，電流表就不會因電流過大而燒毀．當分流電阻RS分得的電流IS恰好等于I－Ig時，RS則是分流電阻可取的最大值． 【解析】 根據(jù)并聯(lián)電路的分流作用可知I＝Ig＋IS① 又根據(jù)并聯(lián)電路兩端電壓相等，有IgRg＝ISRS② ①②式聯(lián)立得：RS＝Rg 代入數(shù)值得RS＝0.041 Ω. 【答案】 0.041 Ω 1．改裝電流表時是并聯(lián)一個較小的分流電阻；改裝電壓表時是串聯(lián)一個較大的分壓電阻． 2．改裝后Ig不變，只是改變了表盤上的讀數(shù)． 2．如圖2－3－8所示，甲、乙兩個電路都是由一個靈敏電流計G和一個變阻器R組成，它們中一個是測電壓的電壓表，另一個是測電流的電流表，那么以下結(jié)論中正確的是( ) 甲 乙 圖2－3－8 A．甲表是電流表，R增大時量程增大 B．甲表是電流表，R增大時量程減小 C．乙表是電壓表，R增大時量程減小 D．乙表是電壓表，R增大時量程增大 【解析】 電壓表電阻分壓，串聯(lián)；電流表電阻分流，并聯(lián)；所以甲表為電流表，乙表為電壓表，并聯(lián)電路電阻大時分流少，所以R增大時量程減小，A錯誤，B正確；串聯(lián)電路電阻大時分壓多，所以R增大時量程增大，C錯誤，D正確． 【答案】 BD 伏安法測電阻 【問題導(dǎo)思】 1．由歐姆定律你能設(shè)計一種測電阻的方法嗎？ 2．測電阻時電流表應(yīng)該怎樣連接呢？ 3．設(shè)計電路時滑動變阻器的連接方式唯一確定嗎？ 1．兩種電路對比 比較項目 電流表內(nèi)接法 電流表外接法 電路 誤差原因 由于電流表內(nèi)阻的分壓作用，電壓表測量值偏大 由于電壓表內(nèi)阻的分流作用，電流表測量值偏大 測量結(jié)果 R測＝＝RA＋Rx＞Rx 測量值偏大 R測＝＝＜Rx 測量值偏小 適用條件 Rx?RA 大電阻 Rx?RV 小電阻 2.兩種電路的選擇方法 (1)直接比較法：適用于Rx、RA、RV的大小大致可以估計，當Rx?RA時，采用內(nèi)接法，當Rx?RV時，采用外接法，即大電阻用內(nèi)接法，小電阻用外接法，可記憶為“大內(nèi)小外”． (2)比值比較法 ①當>時用外接法 ②當<時用內(nèi)接法 圖2－3－9 (3)試觸法：適用于Rx、RV、RA的阻值關(guān)系都不能確定的情況，如圖2－3－9所示，把電壓表的接線端分別接b、c兩點，觀察兩電表的示數(shù)變化，若電流表的示數(shù)變化明顯，說明電壓表的分流對電路影響大，應(yīng)選用內(nèi)接法，若電壓表的示數(shù)有明顯變化，說明電流表的分壓作用對電路影響大，所以應(yīng)選外接法． 3．滑動變阻器的兩種接法說明 (1)分壓式接法中必須有三個接線柱接入電路，且是“兩下一上”，即將變阻器瓷筒上的兩個接線柱和金屬桿上的任意一個接線柱接入電路，變阻器的任何部分不短路． (2)限流式接法可以只接入兩個接線柱，“一下一上”，即是將瓷筒上的一個接線柱和金屬桿上的一個接線柱連入電路，有時從形式上看，好像是瓷筒上的兩個接線柱和金屬桿上的一個接頭連入電路，但金屬桿將變阻器的部分電阻短路，其實質(zhì)還是利用了“一上一下”兩個接頭． 無論電流表是內(nèi)接法還是外接法，都會對電阻的測量帶來系統(tǒng)誤差，但是對同一個待測電阻而言，選用兩種不同的測量方法，相對誤差是不一樣的，所以應(yīng)該本著精確的原則，盡量選擇相對誤差較小的測量方法． (xx長沙高二檢測)用伏安法測量某電阻Rx的阻值，現(xiàn)有實驗器材如下： A．待測電阻Rx：范圍在5～8 Ω，額定電流0.45 A B．電流表A1：量程0～0.6 A(內(nèi)阻0.2 Ω) C．電流表A2：量程0～3 A(內(nèi)阻0.05 Ω) D．電壓表V1：量程0～3 V(內(nèi)阻3 kΩ) E．電壓表V2：量程0～15 V(內(nèi)阻15 kΩ) F．滑動變阻器R∶0～100 Ω G．蓄電池：電動勢12 V H．導(dǎo)線，開關(guān) 為了較準確地測量，并保證器材安全，電流表應(yīng)選________，電壓表應(yīng)選________，并畫出電路圖． 【審題指導(dǎo)】 (1)根據(jù)Rx的額定電流確定電流表． (2)估算Rx兩端電壓的最大值，確定電壓表． (3)判斷應(yīng)采用電流表內(nèi)接法還是外接法，及滑動變阻器的連接方式． 【解析】 待測電阻Rx的額定電流為0.45 A，應(yīng)選電流表A1；額定電壓Umax＝0.458 V＝3.6 V，應(yīng)選電壓表V1；由于＝＝375，＝＝40，故RV?Rx，因此選用電流表的外接法測電阻；因為電壓表V1量程小于3.6 V，且要較準確地測量，故變阻器R應(yīng)選擇分壓式接法，其電路如圖所示． 【答案】 A1 V1 電路見解析 下列情況下滑動變阻器必須選用分壓式接法 1．要求回路中某部分電路電流或電壓實現(xiàn)從零開始可連續(xù)調(diào)節(jié)時(如：測定導(dǎo)體的伏安特性、校對改裝后的電表等電路)，或要求大范圍內(nèi)測量電壓和電流時，必須采用分壓式接法． 2．當待測用電器的電阻R遠大于滑動變阻器的最大值R0時，必須采用分壓式接法． 3．當電壓表或電流表的量程太小時，若采用限流接法，電路中實際電壓(或電流)的最小值仍超過電壓表或電流表的量程，只能采用分壓式接法． 4．在題目中有以下語言暗示時，比如：要求多測幾組測量數(shù)據(jù)，要求精確測量等，一般也采用分壓式接法． 3．分別用圖2－3－10所示的(a)、(b)兩種電路測量同一未知電阻的阻值．圖(a)中兩表的示數(shù)分別為3 V、4 mA，圖(b)中兩表的示數(shù)分別為4 V、3.9 mA，則待測電阻Rx的真實值為( ) 圖2－3－10 A．略小于1 kΩ B．略小于750 Ω C．略大于1 kΩ D．略大于750 Ω 【解析】 先判斷采用的測量方法，由于在兩種不同的接法中電壓表的示數(shù)變化大，說明測量的是小電阻，這樣電流表分壓較大，應(yīng)該采用圖(a)進行測量比較準確．圖(a)中測量值為R測＝＝750 Ω，較真實值偏?。蔇項正確． 【答案】 D 綜合解題方略——“半偏法”測量 電表電阻 測定電流表內(nèi)電阻的實驗中備用的器材有： A．待測電流表(量程0～100 μA)； B．標準電壓表(量程0～5 V)； C．電阻箱(阻值范圍0～99 999 Ω)； D．電阻箱(阻值范圍0～9 999.9 Ω)； E．電源(電動勢2 V，有內(nèi)阻)； F．電源(電動勢6 V，有內(nèi)阻)； G．滑動變阻器(阻值范圍0～50 Ω，額定電流1.5 A)； H．開關(guān)和導(dǎo)線若干． 圖2－3－11 (1)用如圖2－3－11所示的電路測定待測電流表的內(nèi)電阻，并且要想得到較高的精確度，那么從以上備用的器材中，可變電阻R1應(yīng)選用________，可變電阻R2應(yīng)選用________，電源應(yīng)選用________．(用字母代號填寫) (2)實驗時要進行的步驟有： A．閉合開關(guān)S1； B．閉合開關(guān)S2； C．觀察R1接入電路的阻值是否最大．如果不是，將R1的阻值調(diào)至最大； D．調(diào)節(jié)R1的阻值，使電流表指針達到滿偏； E．調(diào)節(jié)R2的阻值，使電流表指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半； F．記下R2的阻值． 把以上步驟的字母代號按實驗的合理順序填寫在橫線上的空白處：________. (3)如果在步驟F中所得R2的阻值為600 Ω，則圖中電流表的內(nèi)電阻Rg的測量值為________Ω.若將此電流表改裝成量程0～5 V的電壓表，則應(yīng)與電流表______(填“串”或“并”)聯(lián)一個阻值為________Ω的電阻． 【規(guī)范解答】 (1)所給出的電路圖為“半偏法”測電阻的實驗電路．誤差產(chǎn)生的原因是由于并聯(lián)R2前、后電路總電阻變化引起的，為提高精確度，就應(yīng)減小這一影響．選電源的原則是在題給電阻能調(diào)滿偏的條件下盡量選大電動勢．本題若選E＝6 V，則R總＝＝60 kΩ，C電阻箱可提供如此大的電阻，所以電源選擇F，R1選C，R2選D. (2)串聯(lián)接入電路的電阻箱為起到保護待測電流表的作用，接通電路前要先調(diào)到最大；然后斷開開關(guān)S2，閉合開關(guān)S1，先調(diào)節(jié)R1，使電流表滿偏；保持R1不變，閉合開關(guān)S2，調(diào)節(jié)R2，使電流表指針達到半偏． (3)由半偏法原理可知電流表內(nèi)阻為600 Ω.電流表改裝成電壓表，必須串聯(lián)一個電阻分取多余的電壓．電流表兩端可加最大電壓U＝IgRg＝0.06 V，由串聯(lián)電路電阻兩端的電壓與電阻成正比，可求串聯(lián)電阻阻值應(yīng)為4.94104 Ω. 【答案】 (1)C D F (2)CADBEF (3)600 串 4.94104 1．“半偏法”測電流表的內(nèi)阻 圖2－3－12 (1)測量原理：如圖所示，先閉合開關(guān)S1，調(diào)節(jié)R的阻值使電流表指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度，再閉合S2，調(diào)節(jié)滑動變阻器R′的阻值使電流表指針指到恰好半偏．當R?R′時，可認為整個干路電流為滿偏電流Ig沒變，因為的電流通過電流表，另一半電流即通過電阻箱R′，由并聯(lián)分流原理可知此時的電阻箱讀數(shù)R′＝Rg. (2)誤差分析：設(shè)電源電動勢為E，電阻忽略不計，在S1閉合，S2斷開，?滿偏時，有Ig＝…①；當S2也閉合，?半偏時，有＝…②，由①②可得，R′＝，故R′＝下載提示(請認真閱讀)
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