2020版高考物理一輪復習 第一章 第1節(jié) 描述運動的基本概念講義.doc
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機械運動與物理模型 新課程標準 核心知識提煉 1.經(jīng)歷質(zhì)點模型的建構過程,了解質(zhì)點的含義。知道將物體抽象為質(zhì)點的條件,能將特定實際情境中的物體抽象成質(zhì)點。體會建構物理模型的思維方式,認識物理模型在探索自然規(guī)律中的作用。 2.理解位移、速度和加速度。通過實驗,探究勻變速直線運動的特點,能用公式、圖像等方法描述勻變速直線運動,理解勻變速直線運動的規(guī)律,能運用其解決實際問題,體會科學思維中的抽象方法和物理問題研究中的極限方法。 3.定性了解生活中常見的機械運動。通過實驗認識自由落體運動規(guī)律。結合物理學史的相關內(nèi)容,認識實驗對物理學發(fā)展的推動作用。 質(zhì)點(物理模型) 位移 速度(極限思想) 加速度 勻變速直線運動的規(guī)律 運動圖像 自由落體運動規(guī)律 實驗:研究勻變速直線運動的特點 第1節(jié) 描述運動的基本概念 一、質(zhì)點、參考系 1.質(zhì)點 (1)定義:用來代替物體的有質(zhì)量的點。 (2)條件:物體的大小和形狀對研究的問題的影響可以忽略不計。[注1] (3)實質(zhì):質(zhì)點是一種理想化的模型,實際并不存在。 2.參考系 (1)定義:在描述物體的運動時,用來做參考的物體。 (2)參考系的選取[注2] ①參考系的選取是任意的,既可以是運動的物體,也可以是靜止的物體,但被選為參考系的物體應認為是靜止的,通常選地面為參考系。 ②對于同一物體,選擇不同的參考系時觀察運動結果一般不同。 ③比較兩物體的運動情況時,必須選同一參考系。 二、位移、速度 1.位移和路程 (1)二者的定義 位移 表示質(zhì)點的位置變動,它是由質(zhì)點初位置指向質(zhì)點末位置的有向線段 路程 質(zhì)點運動軌跡的長度 (2)二者的區(qū)別和聯(lián)系 區(qū)別 ①位移是矢量,方向由初位置指向末位置 ②路程是標量,沒有方向 聯(lián)系 ①在單向直線運動中,位移的大小等于路程 ②其他情況下,位移的大小小于路程 2.速度和速率 (1)平均速度:物體發(fā)生的位移與發(fā)生這段位移所用時間的比值,即v=,是矢量,其方向就是對應位移的方向。 (2)瞬時速度:運動物體在某一時刻或經(jīng)過某一位置的速度,是矢量。[注3] (3)速率:瞬時速度的大小,是標量。 三、加速度[注4] 1.物理意義:描述物體速度變化快慢的物理量。 2.定義式:a=,單位為m/s2。 3.方向:加速度為矢量,方向與速度變化量的方向相同。 【注解釋疑】 [注1] 不以“大小”論質(zhì)點 ①大的物體不一定不能看成質(zhì)點; ②小的物體不一定能看成質(zhì)點。 [注2] 不能選自身為參考系。 [注3] 在實際問題中,只要時間足夠短,平均速度可認為等于瞬時速度,如光電門問題。 [注4] 速度變化快慢、速度變化率、加速度三者含義相同,速度變化快,也就是速度變化率大,加速度大。 [深化理解] 1.質(zhì)點的辨識 物體能否看成質(zhì)點,關鍵不在物體本身,而是要看研究的問題,同一個物體在不同情況下有時可看成質(zhì)點,有時則不能。 2.“速度”的理解 “速度”一詞在不同情境下可能表示瞬時速度、平均速度、速率、平均速率,解決具體問題時需要加以區(qū)分。 3.平均速度和平均速率 平均速度是位移與所用時間的比值,平均速率是路程與所用時間的比值,所以平均速率不是平均速度的大小。 4.加速度的方向 加速度的方向與速度變化量Δv的方向相同,由物體受到的合力方向決定(F=ma)。 [基礎自測] 一、判斷題 (1)只有質(zhì)量和體積都很小的物體才能看成質(zhì)點。() (2)平動的物體都可以看成質(zhì)點,而轉(zhuǎn)動的物體不能看成質(zhì)點。() (3)參考系可以任意選取,但一般遵循描述運動方便的原則。(√) (4)當一個物體做豎直上拋運動返回原拋出點時,位移的大小等于上升高度的兩倍。() (5)加速度為正值,表示速度的大小一定越來越大。() 二、選擇題(部分習題選自教材,或為教材習題的改編。教材習題最經(jīng)典,每練一次都有新發(fā)現(xiàn)。) 1.下列關于物理學的基本知識說法正確的是( ) A.只有靜止的物體才能被選為參考系 B.小明早上6點30分出門去上學,“6點30分”是時間間隔 C.地球有時可以看成質(zhì)點,有時不能看成質(zhì)點 D.國際馬拉松比賽的總長42.195公里指的是位移 解析:選C 一切物體都能被選為參考系,A錯誤。“6點30分”是時刻,B錯誤。研究地球自轉(zhuǎn)時,地球不能看成質(zhì)點,研究地球公轉(zhuǎn)時,地球可以看成質(zhì)點,C正確。42.195公里指的是路程,D錯誤。 2.[粵教版必修1 P16 T1改編]下列關于加速度的說法正確的是( ) A.加速度的單位讀作“米每秒的平方” B.物體有加速度說明物體速度在增大 C.加速度越大說明物體速度變化越大 D.加速度是描述物體速度變化快慢的物理量 解析:選D 加速度的單位讀作“米每二次方秒”,故A錯誤;物體加速度方向與速度方向反向時,物體速度在減小,故B錯誤;加速度是描述物體速度變化快慢的物理量,加速度大說明速度變化快,故C錯誤,D正確。 3.如圖所示,在某次越野自行車訓練中,某選手用地圖計算出出發(fā)地A和目的地B的直線距離為12 km,實際從A運動到B用時30 min,實際里程表指示的里程數(shù)比直線距離多了8 km,當他經(jīng)過某路標C時,車上速度計指示的示數(shù)為50 km/h,下列說法錯誤的是( ) A.整個過程中自行車的平均速度大小為24 km/h B.整個過程中自行車的平均速率為40 km/h C.經(jīng)過路標C時自行車的瞬時速度大小為50 km/h D.經(jīng)過路標C時自行車的速度方向為由A指向B 解析:選D 從A到B,自行車的位移為12 km,路程為20 km,用時0.5 h,由平均速度和平均速率的定義可得整個過程中的平均速度大小為24 km/h,平均速率為40 km/h,故A、B正確;速度計顯示的是瞬時速度大小,故C正確;經(jīng)過路標C時自行車的速度方向沿實際運動路線的切線指向運動方向,故D錯誤。 本節(jié)內(nèi)容為運動學的基本概念,因為簡單,高考一般不單獨命題。但這些概念是高中物理知識的基礎,不可掉以輕心,復習時應注重對概念的理解。 考點一 對質(zhì)點和參考系的理解[基礎自修類] [題點全練] 1.[對質(zhì)點的理解] 2017年8月27日,第十三屆全運會在天津開幕,下列幾種比賽項目中的研究對象可視為質(zhì)點的是( ) A.跳高比賽中研究運動員跳躍的姿勢時 B.研究男子千米比賽中運動員的位置時 C.研究投籃過程中籃球能否進入籃筐時 D.100米終點裁判在分析運動員沖線過程時 解析:選B 跳高比賽中研究運動員跳躍的姿勢,不能將運動員視為質(zhì)點,故A錯誤;研究男子千米比賽中運動員的位置時,可以不考慮其體積,能看成質(zhì)點,故B正確;研究投籃過程中籃球能否進入籃筐時,籃球的大小不能忽略,不能看成質(zhì)點,故C錯誤;100米終點裁判在分析運動員沖線過程時,可以是身體的不同位置接觸終點線,此時不能看成質(zhì)點,故D錯誤。 2.[對參考系的理解] 釣魚島群島自古以來就是中國領土,其附近海域是漁民祖祖輩輩傳統(tǒng)的謀生漁場。如圖,中國海監(jiān)46船(甲)和中國海監(jiān)49船(乙),在釣魚島領海內(nèi)開展例行維權巡航。甲、乙兩船并排行駛,甲船上的船員看見釣魚島向東移動,乙船內(nèi)的船員發(fā)現(xiàn)甲船沒有動。如果以釣魚島為參照物,上述事實說明( ) A.甲船向西運動,乙船不動 B.乙船向西運動,甲船不動 C.甲船向西運動,乙船向東運動 D.甲、乙兩船以相等的速度都向西運動 解析:選D 甲船上的船員看見釣魚島向東移動,以釣魚島為參照物,甲船向西運動,乙船內(nèi)的船員發(fā)現(xiàn)甲船沒有動。甲、乙兩船的速度大小、行駛的方向應該是一樣的,即甲、乙兩船以相等的速度都向西運動。故D正確。 3.[對質(zhì)點、參考系的綜合考查] (多選)我國第四顆月球探測器“嫦娥四號”于北京時間2018年12月8日2時23分成功發(fā)射。與“嫦娥三號”在月球西經(jīng)19.51度、北緯44.12度的虹灣以東區(qū)域著陸不同,“嫦娥四號”實現(xiàn)了人類首次月球背面軟著陸和巡視探測。下列說法正確的是( ) A.“嫦娥四號”繞月球做橢圓運動,是以地球為參考系來描述的 B.在觀測“嫦娥四號”繞月球運行周期時可將其看成質(zhì)點 C.2018年12月8日是時間,2時23分是時刻 D.西經(jīng)19.51度、北緯44.12度表示位置 解析:選BD “嫦娥四號”繞月球做橢圓運動是以月球中心為參考系來描述的,故A錯;觀測其繞月球飛行周期可將其看成質(zhì)點,故B對;2018年12月8日2時23分整體表示時刻,故C錯;西經(jīng)19.51度、北緯44.12度表示位置,故D對。 [名師微點] 1.對質(zhì)點的兩點說明 (1)質(zhì)點不同于幾何“點”,質(zhì)點有質(zhì)量,而幾何中的“點”僅僅表示空間中的某一位置。 (2)物體能否被看成質(zhì)點是由要研究的問題決定的,并非依據(jù)物體自身的大小和形狀來判斷。 2.判斷質(zhì)點問題的兩個關鍵 (1)明確題目中要研究的問題是什么。 (2)分析物體的大小和形狀對所研究問題的影響能否忽略不計。當物體的大小和形狀對所研究的問題影響很小,可以忽略不計時,不論體積大小均可將其視為質(zhì)點。 3.對參考系的三點提醒 (1)由于運動描述的相對性,凡是提到物體的運動,都應該明確它是相對哪個參考系而言的,在沒有特殊說明的情況下,一般選大地作為參考系。 (2)在同一個問題中,若要研究多個物體的運動或同一物體在不同階段的運動,則必須選取同一個參考系。 (3)對于復雜運動的物體,應選取能最簡單描述物體運動情況的物體為參考系。 考點二 位移和路程[基礎自修類] [題點全練] 1.[對位移和路程的理解] 關于位移和路程,下列說法正確的是( ) A.在某一段時間內(nèi)物體運動的位移為零,則該物體一定是靜止的 B.在某一段時間內(nèi)物體運動的路程為零,則該物體一定是靜止的 C.在直線運動中,物體的位移大小一定等于其路程 D.在曲線運動中,物體的位移大小可能等于其路程 解析:選B 物體運動了一段時間后又回到出發(fā)點,位移為零,選項A錯誤;物體不運動,則它的路程一定為零,反之物體在某一段時間內(nèi)運動的路程為零,則它一定靜止,選項B正確;物體只有做單向直線運動時,其位移大小才等于路程,選項C、D錯誤。 2.[位移和路程的計算] 如圖所示,物體沿兩個半徑為R的圓弧由A到C,則它的位移和路程分別為( ) A.R,A指向C;R B.R,A指向C;R C.R,A指向C;R D.R,C指向A;R 解析:選C 如圖,物體沿兩個半徑為R的圓弧由A運動到C,路程s=πR+2πR=πR,位移由A指向C,x==R,故選項C正確。 3.[利用位置坐標確定位移的大小和方向] (多選)小明在玩“跳跳鼠”手機游戲時,讓跳跳鼠在手機屏幕上由點(0,0)出發(fā),沿直線運動到點(3,1),吃到一次食物。然后又由點(3,1)沿直線運動到點(1,4),接著又由點(1,4)沿直線運動到點(5,5),最后又由點(5,5)沿直線運動到點(2,2),各吃到一次食物。平面坐標系橫、縱坐標軸的單位長度為1 cm,則( ) A.跳跳鼠的運動軌跡是一條直線 B.跳跳鼠不會兩次通過同一點 C.整個過程中跳跳鼠的位移大小為2 cm D.整個過程中跳跳鼠的位移與由點(5,5)運動到點(2,2)的位移方向相反 解析:選CD 在坐標系中畫出跳跳鼠的運動軌跡如圖所示,可見其運動軌跡不是一條直線,圖線的交點表示跳跳鼠兩次通過同一點,A、B均錯誤;整個過程中跳跳鼠的位移為從點(0,0)到點(2,2)的有向線段,大小為2 cm,C正確;(0,0)、(2,2)、(5,5)三個坐標點在一條直線上,故可得出整個過程中跳跳鼠的位移與由點(5,5)到點(2,2)的位移方向相反,D正確。 [名師微點] 位移與路程的區(qū)別和聯(lián)系 位移x 路程s 物理意義 描述物體位置的變化 表示物體運動軌跡的長度 決定因素 由初、末位置決定 由實際的運動路徑?jīng)Q定 運算規(guī)則 矢量的平行四邊形定則 標量的代數(shù)運算 大小關系 x≤s 考點三 平均速度與瞬時速度[師生共研類] 1.平均速度與瞬時速度的區(qū)別和聯(lián)系 區(qū)別 平均速度是過程量,表示物體在某段時間或某段位移內(nèi)的平均運動快慢程度 瞬時速度是狀態(tài)量,表示物體在某一時刻或某一位置的運動快慢程度 聯(lián)系 瞬時速度是運動時間Δt→0時的平均速度 2.平均速度與平均速率的區(qū)別和大小關系 平均速度的大小不能稱為平均速率,因為平均速率是路程與時間的比值,只有當路程與位移的大小相等時,平均速率才等于平均速度的大小。 3.計算平均速度時應注意的兩個問題 (1)平均速度的大小與物體不同的運動階段有關,求解平均速度必須明確是哪一段位移或哪一段時間內(nèi)的平均速度。 (2)=是平均速度的定義式,適用于所有的運動。 [典例] 如圖所示,物體沿曲線軌跡的箭頭方向運動,AB、ABC、ABCD、ABCDE四段曲線軌跡運動所用的時間分別是:1 s、2 s、3 s、4 s。下列說法不正確的是( ) A.物體在AB段的平均速度為1 m/s B.物體在ABC段的平均速度為 m/s C.AB段的平均速度比ABC段的平均速度更能反映物體處于A點時的瞬時速度 D.物體在B點的速度等于AC段的平均速度 [解析] 由=可得:AB= m/s=1 m/s,AC= m/s,故A、B均正確;所選取的過程離A點越近,運動時間越短,其階段的平均速度越接近A點的瞬時速度,故C正確;由A經(jīng)B到C的過程不是勻變速直線運動過程,故B點雖為中間時刻,但其速度不等于AC段的平均速度,D錯誤。 [答案] D (1)中間時刻的速度等于這段時間的平均速度,只適用于勻變速直線運動。本題中A→C的過程為曲線運動。 (2)所選取的時間或過程越短,平均速度越接近該過程內(nèi)某時刻或某位置的瞬時速度。 [題點全練] 1.[平均速度的計算] 某同學在研究一輛汽車的運動時發(fā)現(xiàn),汽車沿直線運動,以速度v1=20 m/s行駛了的路程,接著以速度v2=30 m/s跑完了其余的的路程,他根據(jù)這些數(shù)據(jù)算出了汽車在全程的平均速度,你看下列哪一個是正確的( ) A.25 m/s B.24 m/s C.23 m/s D.25.7 m/s 解析:選D 由平均速度的公式=,可得v==25.7 m/s。D正確。 2.[平均速度與平均速率的比較]如圖,三個質(zhì)點A、B、C均同時從長方體上的M點沿不同路徑同時運動至N點,運動軌跡如圖所示,下列說法正確的是( ) A.三個質(zhì)點的路程相同 B.三個質(zhì)點的平均速率相同 C.A、B的位移最大,C的位移最小 D.三個質(zhì)點的平均速度相同 解析:選D 路程是質(zhì)點運動軌跡的實際長度,可見A、B的路程相同,且大于C的路程,A錯。平均速率等于路程與時間的比值,所以B錯。位移是初位置指向末位置的有向線段,由此可知,三者的位移相同,C錯。平均速度等于位移與時間的比值,所以平均速度相同,D對。 3.[平均速度和瞬時速度的應用] 如圖所示,氣墊導軌上滑塊經(jīng)過光電門時,其上的遮光條將光遮住,電子計時器可自動記錄遮光時間Δt。測得遮光條的寬度為Δx,用近似代表滑塊通過光電門時的瞬時速度。為使更接近瞬時速度,正確的措施是( ) A.換用寬度更窄的遮光條 B.提高測量遮光條寬度的精確度 C.使滑塊的釋放點更靠近光電門 D.增大氣墊導軌與水平面的夾角 解析:選A 表示的是Δt時間內(nèi)的平均速度,遮光條的寬度Δx越窄,則記錄的遮光時間Δt越小,越接近滑塊通過光電門時的瞬時速度,選項A正確。 考點四 加速度與速度及速度變化量的關系[師生共研類] 1.速度、速度變化量和加速度的對比 速度 速度變化量 加速度 物理意義 描述物體運動的快慢 描述物體速度的變化 描述物體速度變化的快慢 定義式 v= Δv=v-v0 a== 方向 與位移Δx同向,即物體運動的方向 由v-v0或a的方向決定 與Δv的方向一致,由合力F的方向決定,而與v0、v的方向無關 2.加速度的定義式和決定式 a=是加速度的定義式,a=是加速度的決定式,即加速度的大小由物體受到的合力F和物體的質(zhì)量m共同決定,加速度的方向由合力的方向決定。 3.根據(jù)a與v的方向關系判斷物體加速還是減速 ? ? [典例] 兩個物體A、B的加速度aA>aB,則( ) A.A的速度一定比B的速度大 B.A的速度變化量一定比B的速度變化量大 C.A的速度變化一定比B的速度變化快 D.A受的合外力一定比B受的合外力大 [解析] 加速度a=,表示速度變化的快慢,因此加速度a大,速度v、速度變化量Δv均不一定大,但速度變化一定快,故選項A、B錯誤,選項C正確。根據(jù)牛頓第二定律F=ma可知,物體所受合力的大小與質(zhì)量和加速度兩個物理量有關,而題意中未涉及物體A、B質(zhì)量的大小關系,因此它們所受合外力的大小關系也無法確定,故選項D錯誤。 [答案] C (1)速度的大小與加速度的大小沒有必然聯(lián)系。 (2)速度變化量的大小由加速度和速度變化的時間共同決定。 (3)速度增大或減小是由速度與加速度的方向關系決定的?!? [題點全練] 1.[速度、速度變化量與加速度方向間的關系] 如圖所示,汽車在做直線運動過程中,原來的速度是v1,經(jīng)過一小段時間Δt以后,速度變?yōu)関2,則下列說法正確的是( ) A.圖中a是矢量,Δv是標量 B.圖甲中汽車速度v1的方向與加速度a的方向相反 C.圖甲中汽車速度v1的方向與加速度a的方向相同 D.圖乙中汽車速度v1的方向與加速度a的方向相同 解析:選C 速度、速度變化量以及加速度均是矢量,選項A錯誤;題圖甲中汽車做加速運動,則速度v1的方向與加速度a的方向相同,選項B錯誤,C正確;題圖乙中汽車做減速運動,則速度v1的方向與加速度a的方向相反,選項D錯誤。 2.[速度變化量、加速度的大小計算] (多選)如圖甲所示,火箭發(fā)射時,速度能在10 s內(nèi)由0增加到100 m/s;如圖乙所示,汽車以108 km/h的速度行駛,急剎車時能在2.5 s內(nèi)停下來,下列說法中正確的是( ) A.10 s內(nèi)火箭的速度改變量為10 m/s B.2.5 s內(nèi)汽車的速度改變量為-30 m/s C.火箭的速度變化比汽車的快 D.火箭的加速度比汽車的加速度小 解析:選BD 因火箭發(fā)射時,速度在10 s內(nèi)由0增加到100 m/s,故10 s內(nèi)火箭的速度改變量為100 m/s,選項A錯誤;汽車以108 km/h=30 m/s的速度行駛,急剎車時能在2.5 s內(nèi)停下來,則2.5 s內(nèi)汽車的速度改變量為0-30 m/s=-30 m/s,選項B正確;火箭的加速度為:a1== m/s2=10 m/s2,汽車的加速度為:a2== m/s2=-12 m/s2,故火箭的速度變化比汽車的慢,火箭的加速度比汽車的加速度小,選項C錯誤,D正確。 3.[速度變化規(guī)律分析] (多選)一個物體做變速直線運動,物體的加速度(方向不變)大小從某一值逐漸減小到零,則在此過程中,關于該物體的運動情況的說法可能正確的是( ) A.物體速度不斷增大,加速度減小到零時,物體速度最大 B.物體速度不斷減小,加速度減小到零時,物體速度為零 C.物體速度減小到零后,反向加速再勻速 D.物體速度不斷增大,然后逐漸減小 解析:選ABC 物體做變速直線運動,速度方向可能與加速度方向相同,加速度逐漸減小,速度不斷增大,當加速度減小到零時,速度達到最大,而后做勻速直線運動,A正確;物體做變速直線運動,速度方向可能與加速度方向相反,加速度逐漸減小,速度不斷減小,當加速度減小到零時,物體速度可能恰好為零,B正確;物體的加速度方向與初速度方向可能相反,加速度減小,速度減小,當速度減為零時,加速度不為零,然后反向做加速直線運動,加速度等于零后,物體做勻速運動,C正確,D錯誤。 “STS問題”巧遷移——與描述運動的概念有關的STS問題 考“活”思維的STS問題 物理與現(xiàn)實生活結合比較緊密,高考常常命制STS問題,此類問題大多以生活常識、體育運動、交通運輸、社會生產(chǎn)、能源環(huán)保、現(xiàn)代科技等信息為載體,考查學生活學活用物理知識的能力??忌猿JХ?,皆因不能準確審題、不會思維遷移造成。本書在一些章節(jié)設此欄目,旨在讓考生平時多接觸,通過練習進行感悟,消除對STS問題的恐懼感。 1.在“金星凌日”的精彩天象中,觀察到太陽表面上有顆小黑點緩慢走過,持續(xù)時間達六個半小時,那便是金星,如圖所示。下面說法正確的是( ) A.地球在金星與太陽之間 B.觀測“金星凌日”時可將太陽看成質(zhì)點 C.以太陽為參考系,金星繞太陽一周位移不為零 D.以太陽為參考系,可以認為金星是運動的 解析:選D 金星通過太陽和地球之間時,我們才看到金星沒有被太陽照亮的一面呈黑色,選項A錯誤;因為太陽的大小對所研究問題起著至關重要的作用,所以觀測“金星凌日”時不能將太陽看成質(zhì)點,選項B錯誤;金星繞太陽一周,起點與終點重合,位移為零,選項C錯誤;金星相對于太陽的空間位置發(fā)生了變化,所以以太陽為參考系,金星是運動的,選項D正確。 2.校運會400 m比賽中,終點在同一直線上,但起點不在同一直線上(如圖所示)。關于這樣的做法,下列說法正確的是( ) A.這樣做目的是為了使參加比賽的同學位移大小相同 B.這樣做目的是為了使參加比賽的同學運動路程相同 C.這樣做目的是為了使參加比賽的同學所用時間相同 D.這樣做其實是不公平的,明顯對外側(cè)跑道的同學有利 解析:選B 校運會400 m比賽,其跑道是彎的,為了保證參賽同學的路程均為400 m,終點在同一直線上,起點則不在同一直線上,故B正確。 3.如圖所示,自行車的車輪半徑為R,車輪沿直線無滑動地滾動,當氣門芯由輪子的正上方第一次運動到輪子的正下方時,氣門芯位移的大小為( ) A.πR B.2R C.2πR D.R 解析:選D 當氣門芯由輪子的正上方第一次運動到輪子的正下方時,輪子向前運動半個周長,氣門芯的初位置與末位置如圖所示,由幾何知識得,氣門芯的位移大小x==R,故D正確。- 配套講稿:
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