电热综合计算题1 2023-2024学年人教版九年级物理寒假 培优作业
一、计算题
1.如图所示,小灯泡L上标有“6V 3W”字样,电流表量程为0~0.6A,电压表量程为0~15V,变阻器R的最大电阻为120Ω.只闭合S1,滑片置于a点时,变阻器连入电路中的电阻为Ra,且Ra︰Rb=6︰5,灯L正常发光,电流表示数为Ia.只闭合S2,移动滑片,当滑片置于b点时,电流表示数为Ib.此时电压表示数与滑片置于a点时相等,Ia︰Ib=5︰3.(灯丝电阻不随温度变化),求:
(1)小灯泡的电阻;
(2)定值电阻R0和电源电压U;
(3)在电表的示数不超过量程,灯泡两端的电压不超过额定值的情况下,只闭合S1时,变阻器连入电路的最小电阻为多少 在电表的示数不超过量程,只闭合S2时,电路消耗的最小功率为多少
2.如图为一款家用蒸汽电熨斗的工作原理电路图,其中、为电热丝.电源电压恒定不变,电熨斗高温档功率是,低温档功率是,不计电热丝电阻随温度的变化,求:
(1)当开关 (选填“闭合”或“断开”)时,电路处于高温档.
(2)电熨斗在低温档正常工作,电流所做的功.
(3)电路中电阻的阻值.
3.如图所示,电源电压12V,且保持不变,R1=24Ω,小灯泡L上标有“6V3W”字样,灯丝电阻保持不变。求:
(1)小灯泡正常工作时的电流和电阻。
(2)闭合开关S、S1、S2,滑动变阻器调到阻值最大处,电流表示数为1A,求R2的最大值。
(3)闭合开关S,断开开关S1、S2,安全使用的情况下,电路的最大功率。
4.如图甲是一款可调温果汁加热鼎,图乙是其简化电路图。R1,R2均为加热电阻,当开关接1时,加热鼎处于保温挡。保温功率为275W。当开关接2时,加热鼎处于可调温挡,可调功率范围为275W-1100W。[果汁比热容取4.0×103J/(kg·℃)]求:
(1)加热鼎最大功率时电路中的电流。
(2)滑动变阻器R1的最大阻值。
(3)不计热量损失,加热鼎用最大功率对1kg果汁加热2min,果汁升高的温度。
5.某同学家的豆浆机铭牌和简化电路如图所示。豆浆机工作时加热器先加热,待水温达到64℃时温控开关闭合,电动机开始打磨且加热器继续加热,直到产出豆浆成品,电源开关自动断开。该同学用初温20℃、质量1kg的水和少量豆子制作豆浆,设电源电压为220V恒定不变,不计导线的电阻。求∶
豆浆机铭牌
最大容积 2L
额定频率 50Hz
额定电压 220V
加热器功率 880W
电动机功率 120W
(1)质量为1kg的水从20℃加热到64℃需要吸收的热量; (c水=4.2×103J/(kg·℃))
(2)如果在温控开关闭合前加热器产生的热量70%被水吸收,且不计豆子吸收的热量,则加热器单独工作的时间是多少?
(3)本次制作豆浆共计用了9min, 则本次制作豆浆共消耗的电能是多少?
6.某科技小组的同学设计制作了一款自动控温烘干箱,箱内主要电路包括控制电路和工作电路,其原理图如图所示。控制电路电源电压为8V,R为变阻器,Rt为热敏电阻、Rt阻值与箱内气温关系如下表所示。工作电路电源电压为220V,R0为电热丝,阻值恒为88Ω,M为电风扇,铭牌上标有“220V 20W”字样,其作用是使箱内空气均匀受热,红、绿指示灯用于分别指示电路加热、待机状态。当控制电路的电流达到0.025A时,衔铁被电磁铁吸住,工作电路处于待机状态,当控制电路电流减小到某值时,衔铁被释放,工作电路处于加热状态。
t/℃ 30 40 50 60 70
Rt/Ω 305 245 200 170 150
(1)将控制电路中变阻器R的阻值调为120Ω时,箱内气温最高可达多少摄氏度?(电磁铁的线圈电阻不计)
(2)重新调节变阻器R,同时闭合开关S1、S2,箱内气温与时间关系如图乙所示,若电热丝R0加热空气的效率为80%,衔铁每次被吸住的时长均为300s,箱内空气质量恒为2.2kg、比热容为 ,求开关S1、S2闭合20min内,工作电路总共消耗的电能是多少焦耳?(控制电路、指示灯及电风扇M产生的电热均不计,指示灯消耗的电能不计)
7.如图所示,电源电压为6V,小灯泡标有“4V 1.6W”的字样,定值电阻R=20Ω,不考虑温度对灯丝电阻的影响,滑动变阻器上标有“20Ω 1A”字样。求:
(1)小灯泡的电阻;
(2)若只闭合S,S1时,电路消耗最小功率;
(3)若电流表的测量范围为0~0.6A,电压表的测量范围为0~3V,当只闭合S与S2时,在不损坏用电器的前提下,求滑动变阻器的取值范围。
8.有一根烧红的铁钉,温度是800℃,质量是2g。它的温度降低到20℃,要放出多少热量
9.某电热水瓶的铭牌如表所示.若热水瓶内装满水,在额定电压下工作(外界大气压强为1个标准大气压).求:
型号DSP﹣19B 电源220V50Hz 功率 加热时1200W 保温时300W 容量2L
(1)保温时通过电热水瓶的电流是多少?
(2)加热时电热水瓶的电阻多大?
(3)若瓶内20℃的水加热10min正好烧开,则加热时电热水瓶的热效率是多少?
10.如图所示,电源电压恒定不变,定值电阻,,滑动变阻器的最大阻值为,电流表的量程为。
(1)当开关闭合,、断开,滑动变阻器的滑片移动到最右端时,电流表的示数为,求电源电压。
(2)当开关、、都闭合时,在保证各元件安全工作的情况下,求滑动变阻器消耗电功率的范围。
11.图甲所示为某种家用电热水器工作电路的简化图,额定电压为220V,且发热电阻 。某次电热水器在额定电压下, 与 交替工作的电功率P与时间t的关系图象如图乙所示。求:
(1) 电阻;
(2) 正常工作时的电流;(保留一位小数)
(3)该电热水器在图乙所示连续工作15min所消耗的电能。
12.作为“大湾区”创新核心区,西太湖科技产业园正规划建设佛山氢能源科技创新转化中心,氢能源汽车具有零排放的环保优势,某款氢能源汽车总质量为,在水平公路上以的速度匀速行驶时受到的阻力为汽车重力的0.15倍,行驶消耗氢,已知氢的热值为,g取,则上述行驶过程中:
(1)汽车受到的牵引力多大?
(2)汽车行驶时牵引力做的功是多少?
(3)氢能转化为牵引汽车前进所需能量的效率是多少?
13.目前“节能减排”已引起全球的关注。如何减少能耗,提高汽车发动机的效率越来越受到人们的重视,大多数家用汽车的发动机均为汽油机,它把汽油燃烧产生的内能部分转化成机械能,再通过传动机构将动力传给车轮使汽车行驶。发动机的效率是汽车的经济性能指标之一,厂家提供的汽车部分参数如下。测试数据:汽车质量1.5t,四个轮胎与地面接触的总面积为0.1m2,在平直公路上以100km/h的速度匀速行驶时,百公里耗油量为10L,发动机输出功率为28kW,使用的92号汽油的热值为4.5×107J/kg,密度为0.7×103kg/m3。(g取10N/kg)求:
(1)汽车静止时对水平地面的压强是多少
(2)在测试条件下,该汽车发动机的效率是多少
14.如图所示,电源电压恒定,定值电阻R2=20Ω,滑动变阻器R0上标有“50Ω,0.5A”的字样,电流表A的量程为0﹣0.6A,电压表V的量程为0﹣15V,当开关S打到1位置且滑片P在A端时,电压表的示数为8V,当开关S打到2位置且滑片P在中点时,滑动变阻器R0的功率为P0=4w,求:
(1)电源电压U
(2)定值电阻R1的阻值;
(3)当电路接通时,在确保电路元件安全的前提下,试讨论何时电路的总功率最小,最小功率是多少;何时电路的总功率最大,最大功率又是多少?
15.如图为一台电热水器的电路示意图,电热水器处于加热状态时,功率为440W;电热水器处于保温状态时,整个电路的功率为22W 。请完成下列问题:
(1)请分析判断开关分别处于什么状态时电热水器是加热状态和保温状态?
(2)电热水器处于加热状态时工作5min,电流做功为多少焦耳?
(3)电热水器处于保温状态时,R2的阻值多大?
16.如图甲是某学生社团所使用的迷你电烙铁,铭牌标有“12V 12W”。社团小组对其改进,使电烙铁温度可调,图乙为小组设计的电路简图。闭合开关,当滑动变阻器(铭牌标有“18Ω 2A”)接入电路的电阻为6Ω时,电烙铁刚好正常工作,不考虑温度对电阻的影响,求:
(1)当电烙铁正常工作时,通过电烙铁的电流和电烙铁的电阻;
(2)该电路两端电源电压;
(3)该电路中电烙铁的最小实际功率。
17.某一品牌的汽车座椅垫具有电加热功能,如图甲所示,该座椅垫有“高温”、“低温”和“关”三个挡位,“高温”档功率为36W,“低温”档功率为20W。该座椅垫加热部分的电路简图如图乙所示,电源电压为24V,S为挡位切换开关。R1和R2为电热丝。通过计算回答:
(1)处于“高温”档加热时,通过座椅垫的电流。
(2)电热丝R1的阻值。
(3)处于“低温”档加热5min产生的热量。
18.如图所示是一款新型节能装置—空气能热水器,它的制热效能比(制热量和压缩机所消耗能量之比)为4∶1,某同学洗一次澡用水25L,水温22℃升高到42℃[c 水=4.2×103J/(kg·℃)]。求:
(1)洗澡水吸收的热量;
(2)空气能热水器压缩机所消耗的能量W;
(3)若这些洗澡水吸收的热量由某燃气热水器提供,燃气热水器效率为75%,燃气热值为4.0×107J/kg),求所消耗燃气的质量。
19.某电热水壶铭牌的部分信息如下表所示。该电热水壶正常工作时,把1kg水从20℃加热到100℃用时7min,已知c水=4.2×103J/(kg ℃),求:
型号 xx
额定电压 220V
额定功率 1000W
频率 50Hz
(1)水吸收的热量;
(2)电热水壶的热效率。
20.如图所示电路,电源电压恒定不变,电阻R1的阻值为5Ω,小灯泡上标有“12V 6W”字样,闭合开关S。
(1)当开关S1、S2都闭合,滑动变阻器的滑片P移到最右端时,电流表的读数为1.7A,小灯泡恰能正常发光,求滑动变阻器的最大阻值。
(2)当开关S1、S2都断开,滑动变阻器的滑片P在最右端,求电流表的读数和滑动变阻器消耗的电功率。
答案解析部分
1.【答案】(1)解:根据 可得灯泡的电阻
(2)解:只闭合S2时,滑动变阻器R和定值电阻R0串联,当滑片置于b点时,设电压表示数为Ub,此时变阻器接入电路的阻值为Rb,根据欧姆定律可得,此时电路中电流(即电流表示数)为 ,则根据串联电路的电阻特点和欧姆定律可得电源电压: ①;只闭合S1时,滑动变阻器R和灯泡L串联,当滑片置于a点时,设电压表示数为Ua,此时变阻器接入电路的阻值为Ra,此时电路中电流(即电流表示数)为 ,由题意可知Ia:Ib=5:3,即 : =5:3,已知滑片置于a、b点时电压表示数相等,即Ua=Ub,所以,5Ra=3Rb,已知Ra:R0=6:5,则 ②所以,Rb=2R0③根据串联电路的电阻特点和欧姆定律得: ④联立①②③④解得:R0=20Ω,U=18V
(3)解:只闭合S1时,滑动变阻器R和灯泡L串联,电流表量程为0﹣0.6A,灯泡的额定电流 ,则电流表的最大示数大于灯泡的额定电流,所以电路中的最大电流应等于灯泡的额定电流0.5A,根据欧姆定律可得,最小总电阻: ,因为串联电路的总电阻等于各电阻之和,所以变阻器连入电路的最小电阻为: ;只闭合S2时,滑动变阻器和定值电阻R0串联,要使电路消耗的功率最小,则滑动变阻器连入电路的阻值最大,设变阻器连入电阻的最大值为R最大,此时变阻器两端的电压可以达到电压表的最大量程15V,根据串联电路的电流特点和欧姆定律得: ,即: ,解得R最大=100Ω,而变阻器R的最大电阻为120Ω,即滑动变阻器连入电路的阻值可以最大达到100Ω;则电路中的电流最小为: ,电路消耗的最小功率:P最小=UI最小=18V×0.15A=2.7W.
2.【答案】(1)解:闭合
(2)解:
(3)解:电阻的功率为
通过电阻的电流大小是
的电阻
3.【答案】(1)解:由P=UI可得,灯泡正常发光时的电流IL= =0.5A
由I= 可得,灯泡正常工作时的电阻RL= =12Ω
答:小灯泡正常工作时的电流为0.5A,电阻为12Ω;
(2)解:闭合开关S、S1、S2,滑动变阻器调到阻值最大处,R1与R2并联,电流表测干路电流,此时电路中的总电阻I= =12Ω
因并联电路中总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和,所以 + ,即 +
解得R2=24Ω
答:R2的最大值为24Ω;
(3)解:闭合开关S,断开开关S1、S2,灯泡L与R2串联,电流表测电路中的电流,因串联电路中各处的电流相等,且灯泡正常发光时的电流为0.5A,所以,安全使用的情况下,电路中的最大电流I大=0.5A,则电路的最大功率P大=UI大=12V×0.5A=6W
答:闭合开关S,断开开关S1、S2,安全使用的情况下,电路的最大功率为6W。
4.【答案】(1)解:由P=UI得
答:最大功率时电路中的电流是5A;
(2)解:由 得
由 得
滑动变阻器R1的最大阻值
答:R1的最大电阻是132Ω;
(3)解:由 得
由于不计热量损失
由 得
答:果汁升高的温度是33℃。
5.【答案】(1)解:水吸收的热量
答:质量为1kg的水从20℃加热到64℃需要吸收的热量是1.848×105J
(2)解:豆浆机的水温升到64℃前只有加热器工作,加热器单独工作时消耗的电能
加热器单独工作的时间
答:如果在温控开关闭合前加热器产生的热量70%被水吸收,且不计豆子吸收的热量,则加热器单独工作的时间是300s
(3)解:本次制作豆浆共计用时t总 =9min = 540s
加热器和电动机一起工作的时间为
加热器和电动机一起工作消耗的电能
9min豆浆机消耗的电能
答:本次制作豆浆共计用了9min, 则本次制作豆浆共消耗的电能是5.04×105J。
6.【答案】(1)解:当控制电路的电流达到0.025A时,衔铁被电磁铁吸住,工作电路处于待机状态,此时电路中的总电阻
将控制电路中变阻器R的阻值调为120Ω时,则热敏电阻的阻值
由表中数据可知,此时箱内气温为50℃,因为随着温度升高,热敏电阻阻值会减小,电流会增大,所以箱内气温最高可达50℃。
答:将控制电路中变阻器R的阻值调为120Ω时,箱内气温最高可达50℃;
(2)解:由图乙可知,每当温度由60℃降低54℃时,衔铁会被释放,此时电热丝R0会加热空气,空气升高6℃需要吸收的热量
若电热丝R0加热空气的效率为80%,则电热丝R0耗电
电热丝R0的电功率
则电热丝R0的工作时间
因为电风扇的功率为20W,所以每次从54℃加热到60℃需要消耗的电能
因为起始温度是24℃,加热到60℃,空气吸收的热量
此时电热丝R0耗电
此时则电热丝R0的工作时间
则从24℃加热到60℃需要消耗的电能
20min内起初加热到60摄氏度需要180s,因为衔铁每次被吸住的时长均为300s,每次由54℃加热到60℃需要30s,则除了第一次外还需要加热三次,所以消耗的总电能为
答:开关S1、S2闭合20min内,工作电路总共消耗的电能是 。
7.【答案】(1)解:由P=UI= 可知,灯泡电阻:RL= = =10Ω
(2)解:只闭合S,S1时两电阻串联,由P= 可知,在电压U一定时,电路总电阻R越大,电路总功率越小,滑片移至b端时电路总电阻最大,
最小功率:P= = =0.9W
(3)解:当只闭合S与S2时灯泡与滑动变阻器串联,
由P=UI可知,灯泡额定电流:IL= = =0.4A<0.6A,则电路最大电流:I最大=0.4A,
由I= 可知,R总= = =15Ω,
滑动变阻器接入电路的最小电阻:R滑最小=R总﹣RL=15Ω﹣10Ω=5Ω;·
滑动变阻器两端最大电压:U滑最大=3V,此时滑动变阻接入电路的阻值最大,电路电流最小,最小电路电流:I滑=IL= = = =0.3A,
R滑最大= = =10Ω,
滑动变阻器接入电路的阻值范围是:5Ω~10Ω。
8.【答案】解:已知: m t 20
800 780
J/(Kg )
求:
解:根据 m 0.46 J/(Kg Kg 780 717.6 。
答:要放出717.6J热量。
9.【答案】(1)解:为U=220V,P1=300W
所以保温时通过电热水瓶的电流为:
答:保温时通过电热水瓶的电流是1.36A;
(2)解:因为U=220V,P2=1200W,所以电热水瓶的电阻为:
答:加热时电热水瓶的电阻为40.33Ω;
(3)解:瓶内水的质量为:
m=ρV=1.0×103kg/m3×2×10﹣3m3=2kg,
瓶内水吸收的热量:
Q=cm(t﹣t0)=4.2×103kg/m3×2kg×(100℃﹣20℃)=6.72×105J,
消耗的电能:
W=P2t=1200W×10×60s=7.2×105J,
热水瓶效率:
答:加热时电热水瓶的热效率是93.3%.
10.【答案】(1)解: 由图知,当开关闭合,、断开,滑动变阻器的滑片移动到最右端时,电路中只有工作,此时电流表的示数为,
由得电源电压为:;
答:电源电压为;
(2)解: 当开关、、都闭合时,定值电阻被短路,定值电阻和滑动变阻器并联,电流表测量干路的电流;
通过定值电阻的电流为:,
由于电流表的量程为,所以通过滑动变阻器的最大电流为:,
滑动变阻器的最大电功率为:;
当滑动变阻器接入电路的电阻最大时,滑动变阻器的电功率最小,最小为:,
则滑动变阻器消耗电功率的范围为。
答:当开关、、都闭合时,在保证各元件安全工作的情况下,滑动变阻器消耗电功率的范围为。
11.【答案】(1)解:因为
当R1工作时,由P= 可知电功率较小,当R2工作时,由P= 可知电功率较大,所以R1的电功率 ,R2的电功率 ,R1的电阻
(2)由 得 正常工作时的电流
(3)由图乙可得,R1工作的时间
R2工作的时间
R1工作时消耗的电能
R2工作时消耗的电能
该电热水器在图乙所示连续工作15min所消耗的电能
答: 电阻是 ;
答: 正常工作时的电流是 ;
答:该电热水器在图乙所示连续工作15min所消耗的电能是 。
12.【答案】(1)解: 汽车受到的重力
因为匀速行驶,根据二力平衡原理,汽车受到的牵引力
答:汽车受到的牵引力为;
(2)解:汽车行驶的距离
牵引力做的功为
答:牵引力做的功为;
(3)解:氢完全燃烧所产生的热量
汽车利用氢能的效率
答:汽车利用氢能的效率为50%。
13.【答案】(1)解:汽车的质量
汽车对水平地面的压力
汽车对水平地面的压强
答:汽车静止时对水平地面的压强是;
(2)解:百公里耗油量
由得,汽车行百公里耗油的质量为
汽车行百公里燃烧汽油放出的热量
汽车行百公里的路程
由得,汽车行百公里所用的时间为
由得,汽车行驶百公里做的有用功为
在测试条件下,该汽车发动机的效率是
答:在测试条件下,该汽车发动机的效率是32%。
14.【答案】(1)解:)当开关S打到2位置且滑片P在中点时,R0与R2串联,电路中的电流
电源电压
(2)解:当开关S打到1位置且滑片P在A端时,R0与R1串联,
,
(3)解:当开关S打到1位置且滑片P在A端时,电路中的电阻最大,电功率最小
当开关S打到位置2且电路中的电流为0.5A时,电路的总功率最大
此时R0连入电路的电阻
15.【答案】解:(1)由电路图可知,开关S闭合时,电路为只有R1的简单电路,电路中的电阻最小,
由P=可知,电热水器的功率最大,处于加热状态;
同理可知,当开关S断开时,两电阻串联,电路中的总电阻最大,电热水器的功率最小,处于保温状态;
(2)电热水器处于加热状态时工作5min,
由P=可得,电流做的功:
W=P加热t=440W×5×60s=1.32×105J;
(3)电热水器加热时,电路为R1的简单电路,
由P=可得,R1的阻值:
R1= ==110Ω,
电热水器保温时,两电阻串联,电路中的总电阻:
R= ==2200Ω,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,
所以,R2的阻值:
R2=R﹣R1=2200Ω﹣110Ω=2090Ω 。
答:(1)因为U一定,关S闭合时,电路为R1的简单电路,根据P=可知,此时电路功率最大,所以处于加热状态;当S断开时,R1与R2串联,此时电路功率最小,所以处于保温状态;
(2)电热水器处于加热状态时工作5min,电流做功为1.32×105J;
(3)R2的阻值为2090Ω 。
16.【答案】(1)解:电烙铁铭牌为“6 V 12 W ”,由P=UI可知,其正常工作时,电流为
由可知,电烙铁的电阻为
答:当电烙铁正常工作时,通过电烙铁的电流为1A,电烙铁的电阻为12Ω;
(2)解:由图可知电烙铁与滑动变阻器串联接入电路,电烙铁正常工作时,滑动变阻器接入电路的电阻R滑=6Ω,则此时滑动变阻器两端的电压为U滑=IR滑=1A×6Ω=6V
则电源电压为U总=U+U滑=12V+6V=18V
答:该电路两端电源电压为18V;
(3)解:电烙铁电阻不变,由P=I2R可知,当电路电流最小时,其电功率最小,当滑动变阻器接入电路的阻值为15Ω时,电路中电流最小为
此时电烙铁的功率最小为Pmin=(Imin)2R1=(0.6 A)2×12Ω=4.32W
答:该电路中电烙铁的最小实际功率为4.32W。
17.【答案】(1)解:由图可知,处于“高温”档加热时,R1单独工作,且“高温”档功率为36W,此时通过座椅的电流
答:处于“高温”档加热时,通过座椅垫的电流为1.5A。
(2)解:R1的阻值
答:电热丝R1的阻值为16Ω。
(3)解:t=5min=300s,该电路为纯电阻电路,则产生的热量Q=W=Pt=20W×300s=6000J
答:处于“低温”档加热5min产生的热量为2000J。
18.【答案】(1)解:洗一次澡用水的质量为m=ρV=1.0×103kg/m3×25×10-3m3=25kg
水温由22℃升高到42℃,水吸收的热量Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×25kg×(42℃-22℃)=2.1×106J
答:洗澡水吸收的热量是2.1×106J;
(2)解:空气能热水器制热效能比为4∶1,则热水器压缩机所消耗的能量W= Q吸= ×2.1×106J=5.25×105J
答:空气能热水器压缩机所消耗的能量是5.25×105J;
(3)解:燃气燃烧时放出的热量Q放= =2.8×106J
消耗燃气的质量为 =0.07kg
答:所消耗燃气的质量是0.07kg。
19.【答案】(1)解:水吸收的热量:
Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg ℃)×1kg×(100℃-20℃)=3.36×105J。
(2)解:工作时间t=7min=420s,
电热水壶正常工作7min消耗的电能:
W=Pt=1000W×420s=4.2×105J,
则电热水壶的热效率:
η= ×100%= ×100%=80%。
20.【答案】解:(1)小灯泡正常发光的电流I1=Pe/Ue=0.5A; 当开关S1、S2都闭合,滑动变阻器的滑片P移到最右端时,L和R2并联,滑动变阻器中的电流I2=I-I1=1.2A因灯泡恰能正常发光,即电源电压U=Ue="12V," 滑动变阻器的最大阻值R2=U/I2=10Ω
当开关S1、S2都断开时,且P在最右端,R1和R2串联,接入电路中的总电阻R=R1+R2=15Ω
电流表的读数I2=U/R=0.8A
此时滑动变阻器消耗的电功率P2=I22R2="6.4" w
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