高考物理考前知识专题16 电学实验
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专题16 电学实验.ppt

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资料简介
专题 16  电学实验 实验专题 网络构建 考题二 伏安法测电阻 考题三 测定电源的电动势和内阻 栏目索引 考题一 多用电表的原理、使用及读数 问题 考题四 电学创新拓展实验 考题一 多用电表的原理、使用及读数问题 1. 游标卡尺、螺旋测微器的读数技巧 记住两点:一是所有读数一定以毫米为单位并注意主尺刻度对应的毫米数,根据结果再变换单位;二是以毫米为单位,小数点后数字分别是,螺旋测微器是 3 位、 20 分度和 50 分度游标卡尺是 2 位、 10 分度游标卡尺和毫米刻度尺是 1 位 . 知识精讲 2. 电压表、电流表、多用电表的读数技巧 (1) 对电表读数问题,要先弄清楚电表的精确度,即每小格的数值,再确定估读的方法, 是 还是 估 读,明确读数的小数位数 . (2) 多用电表的使用问题,在弄清其基本原理的基础上,会选择测量项目及量程、挡位,能区分机械调零和欧姆调零的区别,掌握测量电阻的步骤,此外,会看多用电表表盘,最上排不均匀刻度为测电阻时读数刻度,读出表盘刻度后应乘以挡位倍率;中间刻度是均匀的,为测量电压和电流的读数刻度,下面三排数字为方便读数所标注;最下排刻度专为测量 2.5 V 以下交流电压所用,一般较少使用 . 4. 欧姆表使用六注意 (1) 选挡接着调零; (2) 换挡重新调零; (3) 待测电阻与电路、电源要断开; (4) 尽量使指针指在表盘中间位置附近; (5) 读数之后要乘以倍率得阻值; (6) 用完后,选择开关要置于 “ OFF ” 挡或交流电压最高挡 . 答案 例 1   (1) 指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器,请完成下列问题: 典例剖析 在使用多用电表测量时,指针的位置 如图 1 甲 所示,若选择开关拨至 “× 1 ” 挡,则测量的结果为 ______ Ω ;若选择开关拨至 “ 50 mA ” 挡,则测量结果为 ________ _ ______ mA . 图 1 18 22.6(22.4 ~ 22.8 ) 解析 解析  所 测的电阻 R = 18 × 1 Ω = 18 Ω. 选择开关拨至 “ 50 mA ” 挡,电流 为 I = 22.6 mA. 解析答案 (2) 多用电表测未知电阻阻值的电路如图乙所示,电池的电动势为 E 、 内阻为 r , R 0 为调零电阻, R g 为表头内阻,电路中电流 I 与待测电阻的阻值 R x 关系 图象 如图丙所示,则该图象的函数关系式为 __________________ ; 解析  根据闭合电路欧姆定律得: (3) 下列根据图丙中 I - R x 图线作出的解释或判断中正确的是 _____. A . 因为函数图线是非线性变化的,所以欧姆表的示数左小右大 B. 欧姆表调零的实质是通过调节 R 0 使 R x = 0 时电路中的电流 I = I g C. R x 越小,相同的电阻变化量对应的电流变化量越大,所以欧姆表的示 数 左 密右疏 D. 测量中,当 R x 的阻值为图丙中的 R 2 时,指针位于表盘中央位置的右侧 解析 √ √ R x 越小,相同的电阻变化量对应的电流变化量越大,所以欧姆表的示数左密右疏, C 正确; 测量中,当 R x 的阻值为图丙中的 R 2 时,电流比半偏电流小,指针位于表盘中央位置的左侧, D 错误 . 选 B 、 C . 1. 某同学要测量一个由均匀新材料制成的圆柱体的电阻率 ρ . 步骤如下: (1) 用 20 分度的游标卡尺测量其长度如图 2 甲所示,可知其长度为 _ _ ____mm ; 解析   游标卡尺 的读数为 L = 50 mm + 3 × 0.05 mm = 50.15 mm ; 解析答案 [ 变式 训练 ] 1 2 图 2 50.15 ( 2) 用螺旋测微器测量其直径如图乙所示,可知其 直径 为 ________ mm ; 解析  螺旋测微器 的读数为 D = 4 mm + 0.5 mm + 20.0 × 0.01 mm = 4.700 mm ; (3) 用多用电表的电阻 “× 10 ” 挡, 按 正确的操作步骤测此圆柱体 的 电阻 ,表盘的示数如图丙所示 , 则 该电阻的阻值约为 ________ Ω . 解析  欧姆表 的读数为 R = 22 × 10 Ω = 220 Ω . 1 2 4.700 220 解析答案 2. 已知 G 表的内阻 R g 为 990 Ω ,满偏电流 I g = 100 μA . 用它改装成 如图 3 所 示的一个多量程多用电表,电流、电压和电阻的测量都各有两个量程 ( 或分度值 ) 不同的挡位 .1 、 2 两个挡位为电流表挡位,其中的大量程是小量程的 10 倍 . (1) 关于此多用电表,下列说法错误的是 _____. A. 当转换开关 S 旋到位置 4 时,是电阻挡 B. 当转换开关 S 旋到位置 6 时,是电压挡 C. 转换开关 S 旋到 5 的量程比旋到 6 的量程大 D. A 表笔为红表笔, B 表笔为黑 表笔 1 2 图 3 解析 √ 1 2 解析  当 转换开关 S 旋到位置 4 时,表头与电表中的电源相连接,是电阻挡, A 正确; 当转换开关 S 旋到位置 6 时,表头与电阻串联,电阻起分压作用,是电压挡, B 正确; 当转换开关 S 旋到 5 串联的电阻小于旋转到 6 串联的电阻,可知旋转到 6 ,串联的电阻分压作用大,电压表量程大, C 错误; 根据电流 “ 红进黑出 ” 可知, B 表笔为黑表笔, A 表笔为红表笔, D 正确 . 因选错误的,故选 C . 1 2 返回 (2) 图中电源电动势均为 3.5 V ,当把选择开关 S 旋到位置 4 ,在 AB 之间接 3 500 Ω 电阻时,表头 G 刚好半偏,该测量过程操作的顺序和步骤都正确无误, 则 R 1 = ____ Ω , R 2 = ______ Ω . 答案 解析 11 99 1 2 返回 解析  由题知,在 AB 之间接 3 500 Ω 电阻时,表头 G 刚好半偏,即改装后电流表 的总内阻 R 内 = 3 500 Ω ,当转换开关 S 在 2 时 ( 如图 a) ,电流表量程为 I 2g = = 1 mA. 由题知,转换开关 S 在 1( 如图 b) 时,电流表的量程为 I 1g = 10 mA ,由串并联电路特点得 : + I g = I 2g , + I g = I 1g , 联 立解得 R 1 = 11 Ω , R 2 = 99 Ω . 1. 仪器的选择 (1) 电源的选择:一般根据待测电阻的额定电流或额定电压选择符合需要的直流电源 . (2) 电表的选择:一般根据电源的电动势或待测用电器的额定电压选择电压表;根据待测电路的最大电流选择电流表;电表的指针摆动的幅度不宜较大,一般应使指针能达到半偏左右 . 考题二 伏安法测电阻 知识精讲 2. 电路的选择 (1) 测量电路的选择 比较项目 电流表内接法 电流表外接法 电路 误差来源 电流表的分压 电压表的分流 测量结果 R 测 = > R x ,偏大 R 测 = < R x ,偏小 适用条件 R x ≫ R A ( 测大电阻 ) R V ≫ R x ( 测小电阻 ) (2) 控制电路的选择: ① 从节能的角度考虑,优先选用限流式 . ② 以下三种情况必须用分压式: a. 要求待测电路的 U 、 I 从 0 变化 . b. R 滑 ≪ R x . c. 选用限流式, U x 、 I x 过大 ( 超过电流表量程,烧坏电表、电源或用电器等 ). 3. 伏安法测电阻的常规设计实验 需要一个电流表和一个电压表,利用欧姆定律求其电阻 . 但有时题目中缺少电压表或缺少电流表,或电压表、电流表的量程不符,这时可以把已知内阻的电流表当作电压表来使用,把已知内阻的电压表当作电流表来使用,甚至可以把已知内阻的电流表 ( 或电压表 ) 和电阻箱改装成符合要求的电压表 ( 或电流表 ). 4. 定值电阻作为保护电阻,是定值电阻最常见的应用 近几年考题当中,经常出现用阻值已知的定值电阻 ( 或电阻箱 ) 充当电压表,或用阻值已知的定值电阻 ( 或电阻箱 ) 充当电流表 . 例 2   发光二极管在生产和生活中得到了广泛的应用, 如图 4 所 示是一种发光 二极管的实物图,正常使用时,带 “ + ” 号的一端接高电势,带 “ - ” 号的一端接低电势,某同学想描绘它的伏安特性曲线,实验测得它两端的电压 U 和通过它的电流 I 的数据如下表所示 . 典例剖析 图 4 U /V 0 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00 2.40 2.80 I /mA 0 0.9 2.3 4.3 6.8 12.0 19.0 30.0 (1) 实验室提供的器材如下: A. 电压表 ( 量程 0 ~ 3 V ,内阻约 10 kΩ ) B. 电压表 ( 量程 0 ~ 15 V ,内阻约 25 kΩ ) C. 电流表 ( 量程 0 ~ 50 mA ,内阻约 50 Ω) D. 电流表 ( 量程 0 ~ 0.6 A ,内阻约 1 Ω) E. 滑动变阻器 ( 阻值范围 0 ~ 10 Ω ,允许最大电流 3 A) F. 电源 ( 电动势 6 V ,内阻不计 ) G. 开关,导线若干 该同学做实验时,电压表选用的是 ___ , 电流表选用的是 ____.( 填选项字母 ) 解析  由 表中数据可知:最大电压为 2.8 V ,电压表选 A ; 最大 电流为 30 mA ,电流表选 C ; 解析答案 A C (2) 请 在图 5 中 以笔画线代替导线,按实验要求将实物图中的连线补充完整 . 图 5 解析答案 解析  因电压、电流要从 0 测起,滑动变阻器用分压式接法;二极管的电阻更接近电流表的内阻,故电流表用外接法,实物图的连接如图甲 . 答案   见解析图甲  (3) 在实验过程中,开关 S 闭合前,滑动变阻器的滑片应置于最 ________ 端; ( 填 “ 左 ” 或 “ 右 ” ). 解析  因 滑动变阻器是分 压式 接法,在开始前滑动变阻器的滑片应置于最左端 ; 解析答案 左 (4) 根据表中数据,在图乙所示的坐标纸中画出该发光二极管的 I - U 图线 . 解析答案 解析  根据表中数据,在图上描出各点,用光滑的曲线连接起来,如图乙 . 答案  见解析图乙 (5) 由 I - U 图线可知:二极管的电阻值随工作电压的增大而 ________( 填 “ 不变 ”“ 增大 ” 或 “ 减小 ” ) 解析  由 图线可知,二极管的电阻值随电压的增大而减小; 减小 解析答案 ( 6) 若此发光二极管的最佳工作电流为 10 mA ,现将此发光二极管与电动势为 3 V 、内阻不计的电池组相连,还需串联一个阻值 R = ________ 的电阻,才能使它工作在最佳状态 .( 结果保留三位有效数字 ) 解析  根据 U - I 图线,当二极管的工作电压 为 1.9 V 时,工作电流约为 10 mA , 串联电阻上 分 到 电压应为 1.1 V ,故应串联的电阻为 : R = = 110 Ω . 110 Ω 解析答案 3. 使用理想电压表、理想电流表、滑动变阻器、直流电源等仪器,研究一只小灯泡完整的伏安特性,测得 I - U 图象 如图 6 甲 所示 . 已知滑动变阻器滑动片的有效移动长度为 30 cm ,变阻器的最大阻值为 22.5 Ω ,电源电动势为 6 V ,内阻不计 . (1) 在图乙的虚线框内,不改变 滑动 变阻器 和电源的位置,补上 电压表、 电流表 、灯泡,画出完整的 电路图 . 要求 滑动变阻器的滑动片向左 滑动 时 ,灯泡的电压增大 . 3 4 [ 变式 训练 ] 图 6 解析答案 3 4 解析  滑动 变阻器采用分压接法,电流表内、外接法均可,滑动片左移灯泡电压变大,电路图如图所示 . 答案  电路图如图所示 3 4 (2) 根据 I - U 图象可知:从 A 到 B 的过程中灯泡的电阻逐渐 ________( 选填 “ 增大 ” 或 “ 减小 ” ) ,改变的阻值为 _____Ω . 解析   由 I — U 图象可知,从 A 到 B 的过程中灯泡的电阻逐渐增大,由欧姆定律得:电阻的改变量 Δ R = R B - R A = = 5 Ω . 解析答案 增大 5 3 4 (3) 在获得 A → B 段图线数据的过程中,滑动变阻器的滑动片向左移动了 ____ cm 的长度 . 答案 解析 10 3 4 4. 某待测电阻 R x 的阻值在 80 ~ 100 Ω 之间,现要测量其阻值,实验室提供如下器材 : A. 电流表 A 1 ( 量程 30 mA ,内阻 r 1 = 10 Ω) B. 电流表 A 2 ( 量程 150 mA ,内阻 r 2 约为 30 Ω) C. 电压表 V( 量程 15 V ,内阻约为 10 kΩ ) D. 定值电阻 R 0 = 20 Ω E. 滑动变阻器 R ( 最大电阻约 10 Ω) F. 电源 E ( 电动势为 4 V) G. 开关 S 和导线 若干 3 4 图 7 (1) 如果用图 7 甲来测量 R x ,测得的电阻将 ______ 真实值 ( 填 “ 大于 ”“ 小于 ” 或 “ 等于 ” ) ; 解析   因 待测电阻 R x 是小电阻,如果用图甲 来测量 R x ,由于电压表的分流作用,故测得的 电阻 将小于真实值 . 小于 图 7 解析答案 3 4 (2) 如果用图乙来测量 R x ,测量电流表 A 1 和 A 2 的读数分别为 I 1 和 I 2 ,则 R x = ____________ ; 解析   如果用乙图来测量 R x ,根据欧姆定律有 , 并联 部分电压为 : U = ( I 2 - I 1 ) R 0 ; 乙 (3) 根据提供的器材要完成此实验,甲、乙两同学分别设计了如图甲、乙两种电路,你认为图 ____ 更 合适 . 解析答案 返回 3 4 考题 三 测定电源的电动势和内阻 方法指导 测量电源的电动势和内阻的基本原理是闭合电路欧姆定律,数据处理的主要思想方法是 “ 化曲为直 ” ,常用的方法有三种: 1. 伏安法 —— 利用电压表和电流表 . 闭合电路方程为 E = U + Ir ,利用两组数据,联立方程求解 E 和 r ;也可作出 U - I 图象,图线的纵截距表示电源的电动势,斜率的绝对值表示电源的内阻 . 典例剖析 例 3   某同学用伏安法测一节干电池的电动势和内阻,现备有下列器材: A. 被测干电池一节 B. 电流表 1 :量程 0 ~ 0.6 A ,内阻 r = 0.3 Ω C. 电流表 2 :量程 0 ~ 0.6 A ,内阻约为 0.1 Ω D. 电压表 1 :量程 0 ~ 3 V ,内阻未知 E. 电压表 2 :量程 0 ~ 15 V ,内阻未知 F. 滑动变阻器 1 : 0 ~ 10 Ω , 2 A G. 滑动变阻器 2 : 0 ~ 100 Ω , 1 A H. 开关、导线若干 解析答案 伏安法测电池电动势和内阻的实验中,由于电流表和电压表内阻的影响,测量结果存在系统误差,在现有器材的条件下,要尽可能准确地测量电池的电动势和内阻 . (1) 在上述器材中请选择适当的器材 ( 填写器材前的字母 ) :电流表选择 ___ ,电压表选择 ____ , 滑动变阻器选择 ____. 解析  一 节干电池的电动势约为 1.5 V ,电压表选 D ; 电流表 的量程为 0 ~ 0.6 A ,且明确电流表内阻,电流表选 B ; 滑动 变阻器阻值较小利于电表的数值变化,滑动变阻器选 F . B D F 解析答案 ( 2) 实验电路图应选择图 8 中的 ________( 填 “ 甲 ” 或 “ 乙 ” ) ; 图 8 解析  因 电流表 B 的内阻已知,可将电流表内阻等效为电源内阻,求出等效电阻后,再求出实际电源内阻,故选用甲图; 甲 解析答案 (3) 根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的 U - I 图象,则在修正了实验系统误差后,干电池的电动势 E = ___ V ,内电阻 r = ___ Ω . 解析   由 U - I 图可知,电源的电动势 E = 1.5 V ;等效 内电阻 r ′ = = 1 Ω ;则干电池内阻 为 r = 1 Ω - 0.3 Ω = 0.7 Ω . 1.5 0.7 5. 某同学设计了 如图 9 甲 所示的电路来测量电源电动势 E 及电阻 R 1 和 R 2 的阻值 . 实验器材有:待测电源 E ( 不计内阻 ) ,待测电阻 R 1 ,待测电阻 R 2 ,电压表 V( 量程为 3 V ,内阻很大 ) ,电阻箱 R (0 ~ 99.99 Ω) ,单刀单掷开关 S 1 ,单刀双掷开关 S 2 ,导线若干 . 5 6 [ 变式 训练 ] 图 9 (1) 先测电阻 R 1 的阻值 . 请将该同学的操作补充完整: A. 闭合 S 1 ,将 S 2 切换到 a ,调节电阻箱,读出其示数 R 0 和对应的电压表示数 U 1 . B. 保持电阻箱示数不变, _ _ _________ ,读出电压表的示数 U 2 . C . 则电阻 R 1 的表达式为 R 1 = __________. 解析答案 将 S 2 切换到 b 5 6 (2) 该同学已经测得电阻 R 1 = 3.2 Ω ,继续测电源电动势 E 和电阻 R 2 的阻值,其做法是:闭合 S 1 ,将 S 2 切换到 a ,多次调节电阻箱,读出多组电阻箱示数 R 和对应的电压表示数 U ,由测得的数据,绘出了如图乙所示 的 图线 ,则电源电动势 E = ____ V ,电阻 R 2 = _____ Ω. 2 0.8 答案 解析 5 6 5 6 6. 甲同学利用 如图 10 所 示的电路测定电源的电动势和内阻,提供的器材有: A. 干电池两节,每节电动势约为 1.5 V ,内阻未知 B. 直流电压表 V 1 、 V 2 ,内阻很大 C. 直流电流表 A ,内阻可忽略不计 D. 定值电阻 R 0 ,阻值未知,但不小于 5 Ω E. 滑动变阻器 F. 导线和 开关 (1) 请根据所给电路图,以笔画线代表导线 , 在图 11 的 实物图上将所缺导线画上 . 解析答案 图 10 图 11 5 6 解析  根据电路图,在给出的实物图上画出所缺的导线,如图甲所示; 答案  见解析图 5 6 (2) 甲同学利用该电路完成实验时,由于某根导线发生断路故障,导致一只电压表始终没有读数,因此只记录了一只电压表和电流表的示数,如下表所示 : 解析答案 U /V 2.62 2.48 2.34 2.20 2.06 1.92 I /A 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 0.28 利用表格中的数据 在图 12 中 作出 U - I 图象 . 解析  将 ( I , U ) 作为坐标值将各点描出,并用直线将各点相连,作图象如图乙所示 ; 答案  见解析图 图 12 5 6 (3) 由图象可知,两节干电池总电动势为 ________ V ,总内阻为 ______ Ω. 由计算得到的数据可以判断,能够示数的电压表应为表 ________( 选填 “ V 1 ” 或 “ V 2 ” ). 解析答案 返回 2.90 3.50 V 1 5 6 考题 四 电学创新拓展实验 知识精讲 高考中电学实验要拿到满分,考生应注意以下 “ 三 ” 个方面: 第一:认真完成课本上的每一个实验 . 知道每一个实验的目的,掌握每一个实验的原理,熟悉每一个实验步骤,领会每一个实验步骤的作用,学会每一个实验仪器的使用,学会每一个实验的处理方法,弄清每一个实验误差的来源等 . 第二:对于给出实验电路图的创新性实验,要注意从原理出发,理解实验方法,找出图象中两个物理量之间的关系,理想图象中图线的斜率和截距的物理意义 . 第三:对于设计性实验,要注意从原理出发找方法,选器材,定方案 . 高考中,对设计性实验的考查,一般不直接采用课本上的设计方案,但是其设计理念均取材于课本中的必考实验,因此考生要对课本上的每一个实验做到心中有数 . 典例剖析 例 4   某同学尝试把一个灵敏电流表改装成温度表,他所选用的器材有: 灵敏电流表 ( 待改装 ) ,学生电源 ( 电动势为 E ,内阻不计 ) ,滑动变阻器,单刀 双掷开关,导线若干,导热性能良好的防水材料,标准温度计, PTC 热敏 电阻 R t (PTC 线性热敏电阻的阻值与摄氏温度 t 的关系为 R t = a + kt , a > 0 , k > 0). 设计电路如图 13 所示,并按如下步骤进行操作: (1) 按电路图连接好实验器材; (2) 将滑动变阻器滑片 P 滑到 a 端,单刀双掷开关 S 掷于 c 端,调节滑片 P 使电流 表满偏,并在以后的 操作中保持滑片 P 位置不动,设此时电路总电阻 为 R ,断开电路; 图 13 解析答案 (3) 容器中倒入适量开水,观察标准温度计,每当标准电流表的示数下降 5 ℃ ,就将开关 S 置于 d 端,并记录此时的温度 t 和对应的电流表的示数 I ,然后断开 开关,请根据温度表的设计原理和电路图,写出电流与温度的关系式 I = __________( 用题目中给定的符号 ) ; (4) 根据对应温度记录的电流表示数,重新刻制电流表的表盘,改装成温度表, 根据改装原理,此温度表表盘刻度线的特点是:低温刻度在 ______ 侧 ( 填 “ 左 ” 或 “ 右 ” ) ,刻度线分布是否均匀? _____( 填 “ 是 ” 或 “ 否 ” ). 解析  由上式可知,温度越高,电流表中的电流值越小,则低温刻度在表盘的右侧;由于电流与温度的关系不是线性函数,所以表盘的刻度是不均 匀的 . 右 否 解析答案 7 . 图 14 甲 图是乙图所示多用电表欧姆 × 1 k 挡的工作电池,外壳上印着标称电动势 9 V ,但 A 、 B 两极极性没有标示 . [ 变式 训练 ] 图 14 (1) 实验小组甲同学选择多用电表的直流电压挡对电池测量:将 ( + )( - ) 表笔分别与 A 、 B 相连时电表指针反偏;对调连接, 电表有了 正常示数;再在 A 、 B 两极间接入一只 200 Ω 电阻 ,电 表示数减小 ( 如 电表刻度盘 所示 ). 由以上测量 可以确定 电池的正极是 ___( 填 “ A ” 或 “ B ” ). 解析  电压表 接入电路中时,正极应与电源正极相连 , 将 ( + )( - ) 表笔分别与 A 、 B 相连时电表指针反偏; 对调 连接 ,电表有了正常示数,说明 B 极为正极 ; 解析答案 B (2) 接着要测量这个电池的电动势 E 和内电阻 r . 乙同学 说至少还需要电流表、电压表、滑动变阻器;丙同学说至少还需要电阻箱;丁同学说 不再需要什么,利用甲的实验数据就可以了 . 显然 丁同学设计的方案不再需要实验操作,他能得到电池的电动势和内电阻么?若能,写出结论;若不能,简述理由 __________________. 答案 解析 E = 7.0 V   r = 80 Ω 解析  电池外壳上印着标称电动势 9 V ,则直流电压表的量程取 10 V ,直接 接在电源两端时,测量电源电动势,由图乙可知 E = 7.0 V ,在 A 、 B 两极间接入一只 200 Ω 电阻时,由图乙可知,电压表示数为 5.0 V ,根据闭合电路欧姆定律得: U = , 代入数据得 : (3) 最后按图丙所示电路对该电池进行放电实验 . 实验中通过适时调整滑动变阻器,保持电流表示数为 10 mA 不变,每分钟记录一次电压表示数,实验历时 20 分钟 . 将各组电压 — 时间数据在坐标纸上描点作图,经拟合,可认为电压由 6.2 V 均匀下降到 5.8 V. 则这次放电过程中通过电流表的电量 是 ____ C ,电流表和变阻器消耗的电能是 ____J . 12 72 返回 解析答案

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