内容正文:
华东师范大学附属东昌中学
2023学年度第二学期期中考试高一物理等级考试卷
考生注意:
1.试卷满分100分,考试时间60分钟。
2.本考试分设试卷和答题纸,答题前务必在答题纸上填写姓名、报名号、考场号和座位号,并将核对后的条形码贴在指定位置上。作答必须写在答题纸上,在试卷上作答一律不得分。
3.本试卷标注“多选”的试题,每小题应选两个及以上的选项,但不可全选;未特别标注的选择类试题,每小题只能选一个选项。
4.本试卷标注“计算”的试题,在列式计算、逻辑推理以及回答问题的过程中,须给出必要的图示、文字说明、公式、演算等。
一、功和能
在长期的科学实践中,人们发现不同形式的能量可以相互转化,并且能量的转化与功的概念紧密相连。
1. 关于功,下列说法中正确的是( )
A. -10J的功小于+5J的功
B. 功是矢量,正、负表示方向
C. 一个力对物体做了负功,但这个力不一定阻碍物体的运动
D. 功是标量,正、负表示外力对物体做功还是物体克服外力做功
2. 如图所示,一位老爷爷在一片平坦的草地上遛狗,拉狗的绳子与地面的夹角为30°,设绳的拉力始终是20N,在向前移动2m的过程中,小狗的拉力对老爷爷做的功为( )
A. B. C. D.
3. 起重机以额定功率将地面上质量为800kg的重物由静止沿竖直方向吊起,4秒后重物开始以1m/s的速度向上做匀速直线运动,忽略空气阻力,重力加速度g=10m/s2。以下说法法正确的是( )
A. 0~4秒内重物所受起重机牵引力逐渐变大
B. 0~4秒内重物的加速度大小恒为0.25m/s2
C. 0~4秒内重物克服重力做功
D. 起重机的额定功率为8kW
【答案】1. D 2. D 3. D
【解析】
【1题详解】
A.-10J的功大于+5J的功,故A错误;
B.功是矢量,正、负表示动力做功还是阻力做功,故B错误;
C.一个力对物体做了负功,说明这个力一定阻碍物体的运动,故C错误;
D.功是标量,正、负表示外力对物体做功还是物体克服外力做功,故D正确。
故选D。
【2题详解】
根据力对物体做功的计算公式可得拉力对人做功为
故选D。
【3题详解】
A.在0~4s内,起重机以额定功率将地面上重物由静止沿竖直方向吊起,可知起重机额定功率不变,随重物的速度逐渐增大,则重物所受起重机牵引力逐渐变小,故A错误;
B.在0~4s内,由牛顿第二定律可得
由于重物所受起重机牵引力逐渐变小,可知重物的加速度逐渐变小,故B错误;
D.重物在4s后以1m/s的速度向上做匀速直线运动,由平衡条件可知
可得起重机的额定功率为
故D正确;
C.0~4s内,由动能定理可得
解得重物克服重力做功为
故C错误。
故选D。
二、生活中的圆周运动
生活中有许多关于圆周运动的实例,如自行车、游乐场的摩天轮,汽车通过拱形桥等,其中蕴含了圆周运动的相关物理学知识。
4. 游乐场中乘客在如图的摩天轮里随摩天轮一起做匀速圆周运动,下列有关圆周运动的说法中错误的是( )
A. 匀速圆周运动的物体合力都指向圆心
B. 做匀速圆周运动的物体,其线速度不变
C. 匀速圆周运动是一种变加速运动
D. 匀速圆周运动中,线速度大小和半径成正比
5. 上海锦江乐园的摩天轮高,直径,每次可乘坐378人,每转一圈需要15分钟,摩天轮转动时,某座舱内坐着一质量为的乘客,则该乘客随轮一起匀速转动的角速度为__________,所需的向心力大小为__________N。(两空均保留三位有效数字)
6. 某人骑自行车在平直路面上沿直线匀速行驶,如图所示,自行车的大齿轮的半径为,小齿轮的半径为,车轮的半径为,大齿轮转动的周期为T,则大齿轮的线速度大小为__________,自行车前进的速度大小__________。
7. 如图所示,一环形车道竖直放置,半径为,特技演员以恒定速率行驶,演员与汽车的总质量为,重力加速度取。则若要挑战成功,汽车的速率最小值为__________(保留到小数点后两位);若汽车以恒定的速率运动,汽车通过最高点时对环形车道的压力为__________N。
8. 运动员趴在雪橇上从山坡沿截面为圆弧型的冰道快速滑降至水平面上的大圆轨道上。雪橇和运动员(可视为质点)的总质量为m,以速度v在大圆轨道上做匀速圆周运动。圆弧型冰道截面半径为R,雪橇离圆弧型冰道最低点的竖直高度为。忽略摩擦和空气阻力,重力加速度为g。其中R未知,求:
(1)圆弧型冰道对雪橇的支持力;
(2)雪橇的向心加速度;
(3)大圆轨道的半径r。
9. 如图所示为“探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系”的实验装置。
(1)本实验采用的方法是__________法;
(2)本实验除了有无线力传感器(图中②)外,还有无线__________传感器(图中⑤);
(3)小组同学为了探究向心力跟角速度的关系,实验中,先将⑦旋至某一挡位,当悬臂匀速转动时,记录向心力F的大小和角速度的数据。改变角速度的大小,多次实验。小组同学先让一个砝码做半径r为的圆周运动,得到图甲中①图线。然后保持砝码质量不变,再将运动半径r分别调整为、分别又做了两组实验,最后同学们把三组实验得到的图线画在了同一坐标系中。则:
(a)若对①图线的数据进行处理,为了“画曲为直”获得了图像(如图乙所示),该图像是一条过原点的直线,则图像横坐标x代表的是__________。
(b)试在甲图中任找一个数据点,得砝码质量为__________kg(保留到小数点后两位)。
【答案】4. BD 5. ①. ②. 0.119
6. ①. ②.
7. ①. 8.85 ②. 27800
8. (1);(2);(3)
9. ①. 控制变量 ②. 光电门 ③. ④. 0.21
【解析】
【4题详解】
A.匀速圆周运动的物体合力提供所需向心力,方向总是指向圆心,故A正确,不满足题意要求;
B.做匀速圆周运动的物体,线速度大小不变,方向时刻发生变化,故B错误,满足题意要求;
C.匀速圆周运动的加速度大小不变,方向时刻发生变化,所以匀速圆周运动是一种变加速运动,故C正确,不满足题意要求;
D.匀速圆周运动中,根据
只有角速度一定时,线速度大小和半径成正比,故D错误,满足题意要求。
故选BD。
【5题详解】
[1]每转一圈需要15分钟,可知周期为
则该乘客随轮一起匀速转动的角速度为
[2]所需的向心力大小为
【6题详解】
[1]大齿轮转动的周期为T,则大齿轮的角速度为
大齿轮的线速度大小为
[2]小齿轮的线速度大小等于大齿轮的线速度大小,则小齿轮的角速度为
小齿轮的角速度等于车轮的角速度,则自行车前进的速度大小
【7题详解】
[1]若要挑战成功,在最高点,当重力刚好提供向心力时,有
解得汽车的速率最小值为
[2]若汽车以恒定的速率运动,汽车通过最高点时,根据牛顿第二定律可得
解得
根据牛顿第三定律可知,汽车通过最高点时对环形车道的压力为。
【8题详解】
(1)设圆弧型冰道对雪橇的支持力与竖直方向的夹角为,竖直方向根据受力平衡可得
又
解得
,
(2)根据牛顿第二定律可得
解得雪橇的向心加速度为
(3)根据
可得大圆轨道的半径为
【9题详解】
(1)[1] 在本实验中,若探究向心力大小与半径的关系,需要保证角速度和质量保持不变,若探究向心力与角速度的关系,半径和质量保持不变,若探究向心力与质量的关系,需要保证半径和角速度不变,这种方法称为控制变量法。
(2)[2]本实验除了有无线力传感器(图中②)外,还有无线光电门传感器(图中⑤)。
(3)(a)[3]根据向心力公式
为了“画曲为直”获得了图像,该图像是一条过原点的直线,则图像横坐标x代表的是;
(b)[4]小组同学先让一个砝码做半径r为的圆周运动,得到图甲中①图线;当时,,根据
可得砝码质量为
三、小船过河
某地发生洪涝灾害,人民的生命和财产安全遭受危险,一队突击队员奉命划小船向对岸出发,执行救援任务。
10. 已知河宽,河水流速,船在静水中速度,关于小船的运动,以下说法正确的是( )
A. 小船合运动的速度大小一定是
B. 小船实际运动轨迹的最短位移是
C. 小船若以最短时间渡河,则其船头应与河岸垂直
D. 小船渡河的最短时间为
11. 经研究发现,越靠近河中心河水的流速越快,若冲锋舟船头垂直河岸行驶,则以下运动轨迹中比较符合实际的是( )
A. B. C. D.
12. 一次救援活动中,无人机也一起参与了救援。无人机在直角坐标系xOy所在的平面内运动规律分别为、,则无人机的加速度大小为__________,无人机的轨迹是__________(填“直线”或“曲线”),末无人机的速度大小为__________。
【答案】10. CD 11. D
12. ①. 6 ②. 曲线 ③. 10
【解析】
【10题详解】
A.小船合运动的速度大小满足
故A错误;
B.由于船在静水中速度小于河水流速,所以小船不能到达正对岸,所以小船实际运动轨迹的最短位移一定大于,故B错误;
CD.小船若以最短时间渡河,则其船头应与河岸垂直,最短时间为
故CD正确。
故选CD。
【11题详解】
经研究发现,越靠近河中心河水的流速越快,若冲锋舟船头垂直河岸行驶,则冲锋舟垂直于河岸做匀速直线运动,沿河岸先做加速运动后做减速运动,冲锋舟的加速度方向先向右后向左,冲锋舟做曲线运动,根据曲线运动的合力和加速度方向位于轨迹的凹侧,可知比较符合实际的轨迹是D。
故选D。
【12题详解】
[1]根据
结合运动学公式
可知方向的加速度为
根据,可知无人机沿方向做匀速直线运动,则无人机的加速度大小为;
[2]无人机沿方向做匀加速直线运动,沿方向做匀速直线运动,则合运动为匀变速曲线运动,无人机的轨迹是曲线;
[3]根据
,
可知无人机方向的初速度为
则末无人机方向的速度为
根据
可知无人机沿方向做匀速直线运动,速度大小为
则末无人机的速度大小为
四、天体运动
2021年4月29日,长征运载火箭在海南文昌成功将空间站“天和”核心舱送入高度约的预定轨道,中国空间站在轨组装建造全面展开。今年还将发射“问天”和“梦天”两个实验舱,完成与核心舱对接,并再发射“天舟”货运飞船、“神舟“载人飞船各两艘,为空间站送去乘组和物资,最终完成中国第一座空间站“天宫”的建造。
13. 空间站绕地球做圆周运动靠的是万有引力,而万有引力常量__________,它是由英国物理学家__________在实验室里首先测出的。引力常量的普适性是万有引力定律正确性的有力证据。
14. “天和”核心舱的发射速度应__________,空间站绕地飞行速度应__________第一宇宙速度。(均填“大于”、“等于”、“小于”)
15. 假设“天和”核心舱在离开地面飞向太空时,沿曲线从M点向N点飞行的过程中,速度逐渐减小。在此过程中探月卫星所受合力方向可能是下列图中的( )
A. B. C. D.
16. 在已知万有引力常量G的情况下,利用下列哪组数据,可以计算出地球质量的( )
A. 已知地球的半径R和地面的重力加速度g
B. 已知卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径r和周期T
C. 已知地球绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径r和公转周期T
D. 已知卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度v和周期T
17. 已知空间站离地面高度h约为,地球半径R约,地球表面重力加速度,引力常量G,假设空间站可看成绕地球做匀速圆周运动,则空间站绕地球公转周期为__________(用题中所给字母表示);空间站运行的向心加速度与地球表面重力加速度之比约为__________。(用分数表示)
【答案】13. ①. ②. 卡文迪许
14. ①. 小于 ②. 小于 15. C 16. ABD
17. ①. ②.
【解析】
【13题详解】
[1][2]根据万有引力表达式
可得
可知万有引力常量为,它是由英国物理学家卡文迪许在实验室里首先测出的。引力常量的普适性是万有引力定律正确性的有力证据。
【14题详解】
[1][2]“天和”核心舱的发射速度应小于第二宇宙速度;第一宇宙速度是卫星在地面表面轨道处绕地球做匀速圆周运动的线速度,即为卫星绕地球做匀速圆周运动的最大线速度,所以空间站绕地飞行速度应小于第一宇宙速度。
【15题详解】
“天和”核心舱在离开地面飞向太空时,沿曲线从M点向N点飞行的过程中,速度逐渐减小,在此过程中探月卫星所受合力方向位于轨迹的凹侧,且与速度方向(切线方向)的夹角大于。
故选C。
【16题详解】
A.已知地球的半径R和地面的重力加速度g,物体在地面表面有
解得地球质量为
故A正确;
BD.已知卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径r和周期T,根据万有引力提供向心力得
可得地球质量为
已知卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度v和周期T,则卫星轨道半径为
可得地球质量为
故BD正确;
C.已知地球绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径r和公转周期T,根据万有引力提供向心力得
由于地球质量被约去,所以无法求得地球的质量,故C错误。
故选ABD。
【17题详解】
[1]根据万有引力提供向心力得
又
联立可得空间站绕地球公转周期为
[2]在地球表面有
在空间站运行轨道处,有
联立可得;空间站运行的向心加速度与地球表面重力加速度之比为
五、平抛运动
平抛运动是生活中常见的曲线运动,如:摩托车飞跃壕沟,跳台滑雪、投篮、飞镖等。
18. 物体做曲线运动,下列说法正确的是( )
A. 曲线运动相同时间内速度变化量可能相同
B. 曲线运动的物体速度大小一定发生变化
C. 曲线运动不可能是匀变速运动
D. 曲线运动速度方向可以保持不变
19. 用如图所示的装置来测量小球做平抛运动的初速度和圆盘匀速转动的角速度,现测得圆盘的半径为R,在其圆心正上方高h处沿OB方向水平抛出一小球,使小球落点恰好在B处,重力加速度为g,则小球的初速度__________,圆盘转动的角速度__________。
20. 如图所示,半径为R的四分之一圆弧轨道的最底端A点刚好与水平面相切。为研究滑板运动,在A点安装一个压力传感器。总质量为m的运动员和滑板从圆弧轨道面顶端由静止滑下,运动员通过A点时压力传感器的示数为F。之后运动员从水平面的边沿B点水平滑出,在空中飞行一段时间后落于地面C点。测得A、B两点间的距离为s,水平面离地高度为h,B点到落地点C的水平距离为x,当地重力加速度大小为g,不计空气阻力。求:
(1)运动员通过圆弧面最低点A时的速度大小v为多少?
(2)运动员通过B点时的速度大小为多少?
(3)运动员落地前瞬间,重力的功率P为多大?
【答案】18. A 19. ①. ②. (,,)
20. (1);(2);(3)
【解析】
【18题详解】
AC.物体做曲线运动,如果加速度保持不变,则物体做匀变速曲线运动,根据
可知相同时间内速度变化量相同,故A正确,C错误;
BD.物体做曲线运动,速度方向时刻发生变化,但速度大小不一定发生变化;比如物体做匀速圆周运动时,速度大小不变,故BD错误。
故选A。
【19题详解】
[1]小球做平抛运动,竖直方向有
可得
水平方向有
联立解得小球的初速度为
[2]根据
(,,)
解得圆盘转动的角速度为
(,,)
【20题详解】
(1)运动员通过圆弧面最低点A时,根据牛顿第二定律可得
解得
(2)运动员从B点到C点做平抛运动,则有
,
解得运动员通过B点时的速度大小为
(3)运动员落地前瞬间,竖直分速度大小为
运动员落地前瞬间,重力的功率为
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华东师范大学附属东昌中学
2023学年度第二学期期中考试高一物理等级考试卷
考生注意:
1.试卷满分100分,考试时间60分钟。
2.本考试分设试卷和答题纸,答题前务必在答题纸上填写姓名、报名号、考场号和座位号,并将核对后的条形码贴在指定位置上。作答必须写在答题纸上,在试卷上作答一律不得分。
3.本试卷标注“多选”的试题,每小题应选两个及以上的选项,但不可全选;未特别标注的选择类试题,每小题只能选一个选项。
4.本试卷标注“计算”的试题,在列式计算、逻辑推理以及回答问题的过程中,须给出必要的图示、文字说明、公式、演算等。
一、功和能
在长期的科学实践中,人们发现不同形式的能量可以相互转化,并且能量的转化与功的概念紧密相连。
1. 关于功,下列说法中正确的是( )
A. -10J的功小于+5J的功
B. 功是矢量,正、负表示方向
C. 一个力对物体做了负功,但这个力不一定阻碍物体的运动
D. 功是标量,正、负表示外力对物体做功还是物体克服外力做功
2. 如图所示,一位老爷爷在一片平坦的草地上遛狗,拉狗的绳子与地面的夹角为30°,设绳的拉力始终是20N,在向前移动2m的过程中,小狗的拉力对老爷爷做的功为( )
A. B. C. D.
3. 起重机以额定功率将地面上质量为800kg的重物由静止沿竖直方向吊起,4秒后重物开始以1m/s的速度向上做匀速直线运动,忽略空气阻力,重力加速度g=10m/s2。以下说法法正确的是( )
A. 0~4秒内重物所受起重机牵引力逐渐变大
B. 0~4秒内重物的加速度大小恒为0.25m/s2
C. 0~4秒内重物克服重力做功
D. 起重机的额定功率为8kW
二、生活中的圆周运动
生活中有许多关于圆周运动的实例,如自行车、游乐场的摩天轮,汽车通过拱形桥等,其中蕴含了圆周运动的相关物理学知识。
4. 游乐场中乘客在如图的摩天轮里随摩天轮一起做匀速圆周运动,下列有关圆周运动的说法中错误的是( )
A. 匀速圆周运动的物体合力都指向圆心
B. 做匀速圆周运动的物体,其线速度不变
C. 匀速圆周运动是一种变加速运动
D. 匀速圆周运动中,线速度大小和半径成正比
5. 上海锦江乐园的摩天轮高,直径,每次可乘坐378人,每转一圈需要15分钟,摩天轮转动时,某座舱内坐着一质量为的乘客,则该乘客随轮一起匀速转动的角速度为__________,所需的向心力大小为__________N。(两空均保留三位有效数字)
6. 某人骑自行车在平直路面上沿直线匀速行驶,如图所示,自行车的大齿轮的半径为,小齿轮的半径为,车轮的半径为,大齿轮转动的周期为T,则大齿轮的线速度大小为__________,自行车前进的速度大小__________。
7. 如图所示,一环形车道竖直放置,半径为,特技演员以恒定速率行驶,演员与汽车的总质量为,重力加速度取。则若要挑战成功,汽车的速率最小值为__________(保留到小数点后两位);若汽车以恒定的速率运动,汽车通过最高点时对环形车道的压力为__________N。
8. 运动员趴在雪橇上从山坡沿截面为圆弧型的冰道快速滑降至水平面上的大圆轨道上。雪橇和运动员(可视为质点)的总质量为m,以速度v在大圆轨道上做匀速圆周运动。圆弧型冰道截面半径为R,雪橇离圆弧型冰道最低点的竖直高度为。忽略摩擦和空气阻力,重力加速度为g。其中R未知,求:
(1)圆弧型冰道对雪橇的支持力;
(2)雪橇的向心加速度;
(3)大圆轨道的半径r。
9. 如图所示为“探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系”的实验装置。
(1)本实验采用的方法是__________法;
(2)本实验除了有无线力传感器(图中②)外,还有无线__________传感器(图中⑤);
(3)小组同学为了探究向心力跟角速度的关系,实验中,先将⑦旋至某一挡位,当悬臂匀速转动时,记录向心力F的大小和角速度的数据。改变角速度的大小,多次实验。小组同学先让一个砝码做半径r为的圆周运动,得到图甲中①图线。然后保持砝码质量不变,再将运动半径r分别调整为、分别又做了两组实验,最后同学们把三组实验得到的图线画在了同一坐标系中。则:
(a)若对①图线的数据进行处理,为了“画曲为直”获得了图像(如图乙所示),该图像是一条过原点的直线,则图像横坐标x代表的是__________。
(b)试在甲图中任找一个数据点,得砝码质量为__________kg(保留到小数点后两位)。
三、小船过河
某地发生洪涝灾害,人民的生命和财产安全遭受危险,一队突击队员奉命划小船向对岸出发,执行救援任务。
10. 已知河宽,河水流速,船在静水中速度,关于小船的运动,以下说法正确的是( )
A. 小船合运动的速度大小一定是
B. 小船实际运动轨迹的最短位移是
C. 小船若以最短时间渡河,则其船头应与河岸垂直
D. 小船渡河的最短时间为
11. 经研究发现,越靠近河中心河水的流速越快,若冲锋舟船头垂直河岸行驶,则以下运动轨迹中比较符合实际的是( )
A. B. C. D.
12. 一次救援活动中,无人机也一起参与了救援。无人机在直角坐标系xOy所在的平面内运动规律分别为、,则无人机的加速度大小为__________,无人机的轨迹是__________(填“直线”或“曲线”),末无人机的速度大小为__________。
四、天体运动
2021年4月29日,长征运载火箭在海南文昌成功将空间站“天和”核心舱送入高度约的预定轨道,中国空间站在轨组装建造全面展开。今年还将发射“问天”和“梦天”两个实验舱,完成与核心舱对接,并再发射“天舟”货运飞船、“神舟“载人飞船各两艘,为空间站送去乘组和物资,最终完成中国第一座空间站“天宫”的建造。
13. 空间站绕地球做圆周运动靠的是万有引力,而万有引力常量__________,它是由英国物理学家__________在实验室里首先测出的。引力常量的普适性是万有引力定律正确性的有力证据。
14. “天和”核心舱的发射速度应__________,空间站绕地飞行速度应__________第一宇宙速度。(均填“大于”、“等于”、“小于”)
15. 假设“天和”核心舱在离开地面飞向太空时,沿曲线从M点向N点飞行的过程中,速度逐渐减小。在此过程中探月卫星所受合力方向可能是下列图中的( )
A. B. C. D.
16. 在已知万有引力常量G的情况下,利用下列哪组数据,可以计算出地球质量的( )
A. 已知地球的半径R和地面的重力加速度g
B. 已知卫星绕地球做匀速圆周运动的轨道半径r和周期T
C. 已知地球绕太阳做匀速圆周运动的轨道半径r和公转周期T
D. 已知卫星绕地球做匀速圆周运动的线速度v和周期T
17. 已知空间站离地面高度h约为,地球半径R约,地球表面重力加速度,引力常量G,假设空间站可看成绕地球做匀速圆周运动,则空间站绕地球公转周期为__________(用题中所给字母表示);空间站运行的向心加速度与地球表面重力加速度之比约为__________。(用分数表示)
五、平抛运动
平抛运动是生活中常见的曲线运动,如:摩托车飞跃壕沟,跳台滑雪、投篮、飞镖等。
18. 物体做曲线运动,下列说法正确的是( )
A. 曲线运动相同时间内速度变化量可能相同
B. 曲线运动的物体速度大小一定发生变化
C. 曲线运动不可能是匀变速运动
D. 曲线运动速度方向可以保持不变
19. 用如图所示的装置来测量小球做平抛运动的初速度和圆盘匀速转动的角速度,现测得圆盘的半径为R,在其圆心正上方高h处沿OB方向水平抛出一小球,使小球落点恰好在B处,重力加速度为g,则小球的初速度__________,圆盘转动的角速度__________。
20. 如图所示,半径为R的四分之一圆弧轨道的最底端A点刚好与水平面相切。为研究滑板运动,在A点安装一个压力传感器。总质量为m的运动员和滑板从圆弧轨道面顶端由静止滑下,运动员通过A点时压力传感器的示数为F。之后运动员从水平面的边沿B点水平滑出,在空中飞行一段时间后落于地面C点。测得A、B两点间的距离为s,水平面离地高度为h,B点到落地点C的水平距离为x,当地重力加速度大小为g,不计空气阻力。求:
(1)运动员通过圆弧面最低点A时的速度大小v为多少?
(2)运动员通过B点时的速度大小为多少?
(3)运动员落地前瞬间,重力的功率P为多大?
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