内容正文:
电磁感应与电磁波初步
【必备考点与技巧】
一、穿过闭合电路的磁通量发生变化的四种情况:
①磁感应强度B不变,线圈面积S发生变化;
②线圈面积S不变,磁感应强度B发生变化;
③线圈面积S变化,磁感应强度B也变化,它们的乘积BS发生变化;
④线圈面积S不变,磁感应强度B也不变,但二者之间夹角发生变化。
二、常见的三种产生感应电流的情况
【期中好题汇编】
一、单选题
1.(24-25高二上·云南昭通·期中)在下列所示的实验装置中,能够用来研究产生感应电流的条件的是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【知识点】探究感应电流产生的条件
【详解】A.A图是奥斯特实验装置,可探究通电导线周围存在磁场,不符合题意;故A错误;
B.导体棒在磁场中运动时,如果电流表发生偏转,则回路中产生了感应电流,如果不偏转,则没有产生感应电流,因此B能够用来研究产生感应电流的条件。故B正确;
C.C图中的外电路中有电源,是电动机的原理,能用来探究通电导线在磁场中受力的作用,不符合题意;故C错误;
D.D图探究电流间的磁场力作用,不符合题意,故D错误。
故选B。
2.(24-25高二上·云南昭通·期中)如图所示为三根平行直导线的截面图,若它们的电流大小都相同,、通有垂直纸面向里的电流,通有垂直纸面向外的电流,且,则点的磁感应强度方向为( )
A.沿方向 B.沿方向 C.沿方向 D.沿方向
【答案】A
【知识点】直线电流周围的磁场
【详解】根据安培定则可知,处的通电直导线在点所产生的磁场方向沿方向,处的通电直导线在点所产生的磁场方向,沿方向,处的通电直导线在点所产生的磁场方向沿方向,且磁感应强度的大小均相等,所以点合磁感应强度的方向沿方向。
故选A。
3.(23-24高二上·云南曲靖·期中)下列给出了四幅与感应电流产生条件相关的情景图,判断正确的是( )
A.图甲,水平直导线中电流逐渐减小时,其正下方的水平金属圆线圈中有感应电流
B.图乙,正方形金属线圈以虚线为轴匀速转动时,线圈中无感应电流
C.图丙,矩形导线框以其任何一条边为轴转动时,线框中都有感应电流产生
D.图丁,正方形导线框加速离开同一平面内的条形磁体时,线框中无感应电流产生
【答案】D
【知识点】探究感应电流产生的条件
【详解】A.图甲金属圆形线圈水平放置在通电直导线的正下方,则直线电流产生的磁场穿过线圈的磁通量为零,即使减小通过导线电流,圆线圈中也不会有感应电流产生,故A错误;
B.图乙正方形金属线圈绕竖直虚线转动的过程中,回路磁通量发生变化,有感应电流产生,故B错误;
C.在题图示的情况下,线框以竖直边为轴旋转时,线框中的磁通量始终为零,线框中磁通量也就不变化,不产生感应电流,故C错误;
D.图丁,正方形导线框加速离开同一平面内的条形磁体时,磁感线与平面平行,回路磁通量始终为零,线框中无感应电流产生,故D正确。
故选D。
4.(23-24高二上·云南昆明·期中)如图所示,圆上a、b、c、d、e、f六点将圆6等分,该空间有平行于圆面的匀强磁场,圆心处有一长直电流,电流方向垂直于圆面向里。若b点磁感应强度为零,则a、d两点磁感应强度大小的比值为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【知识点】磁感应强度的矢量性与叠加、直线电流周围的磁场
【详解】b点磁感应强度为零,直导线在b点的磁场竖直向上,大小为B,则匀强磁场的方向竖直向下,大小为B,则a处的磁场为大小均为B互成120°的两个磁场的合磁场大小为
d处的磁场为大小均为B互成60°的两个磁场的合磁场,大小为
a、d两点磁感应强度大小的比值为
故选B。
5.(23-24高二上·云南昆明·期中)我国拥有世界上最大的单口径射电望远镜,被称为“天眼”,如图所示。“天眼”“眼眶”所围圆面积为S,“眼球”表面积为S0,其所在处地磁场的磁感应强度大小为B,与“眼眶”平面平行、垂直的分量分别为B1、B2,则穿过“眼眶”的磁通量大小为( )
A.BS0 B.BS C.B1S D.B2S
【答案】D
【知识点】计算磁通量的大小
【详解】在匀强磁场中,“眼眶”与磁场Bl平行,穿过的磁通量为0,“眼眶”与磁场B2垂直,则穿过的“眼眶”磁通量为
故选D。
6.(23-24高二上·云南昆明·期中)下列说法正确的是( )
A.闭合电路欧姆定律体现了电路中的能量守恒
B.卡文迪许利用扭秤装置测定了静电力常量k
C.磁场中某点磁感应强度的方向就是置于该点的一小段通电直导线所受磁场力的方向
D.负电荷在电场中某位置A处的电势能在数值上等于将该电荷从A位置移动至零势能位置静电力做功的相反数
【答案】A
【知识点】库仑的实验——静电力常量、闭合电路欧姆定律的内容及公式、磁感应强度的定义(式)、电场力做功和电势能变化的关系
【详解】A.根据能量守恒可得
可得
则闭合电路欧姆定律体现了电路中的能量守恒,故A正确;
B.卡文迪许利用实验测得了万有引力常量,没有利用扭秤装置测定了静电力常量k,故B错误;
C.磁场中某点磁感应强度的方向与置于该点的一小段通电直导线所受磁场力的方向垂直,故C错误;
D.根据
可知负电荷在电场中某位置A处的电势能在数值上等于将该电荷从A位置移动至零势能位置静电力做的功,故D错误。
故选A。
7.(23-24高二上·云南昆明·期中)如图所示为一等腰直角三角形,为边的中点,三点处分别有一根垂直于所在平面的长直导线。当三根导线中通有大小相等,方向如图所示的电流时,D点处的磁感应强度大小为。仅将点处的导线中的电流反向,点处的磁感应强度大小为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【知识点】磁感应强度的矢量性与叠加、直线电流周围的磁场
【详解】由右手定则可知,三根导线中的电流在D点产生的磁感应强度如图所示,由几何关系可知,三点到D点的距离相等,三根导线中电流大小相等,因此导线中的电流在D点产生的磁感应强度大小相等,则有
因、大小相等,方向相反,合磁感应强度是零,因此则有
则有
将点处的导线中的电流反向,可知点处的导线中的电流在D点产生的磁感应强度大小不变,方向与磁感应强度相同,即为,由磁感应强度的叠加原理,可得此时点处的磁感应强度大小为
ACD错误,B正确。
故选B。
8.(22-23高二上·云南昆明·期中)在科学发展的历程中,许多学者、科学家做出了杰出的贡献,下列关于物理学史和事实的说法正确的是( )
A.法拉第通过实验最早测定了元电荷的数值
B.密立根不仅提出了电场的概念,而且采用了画电场线这个简洁的方法描述电场
C.卡文迪什利用库仑扭秤测出了静电引力常量
D.库仑在前人工作的基础上通过实验研究确认了真空中两个静止点电荷之间的相互作用力遵循的规律
【答案】D
【知识点】电磁感应的发现过程、物理学史
【详解】A.密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值,故A错误;
B.法拉第不仅提出了电场的概念,而且采用了画电场线这个简洁的方法描述电场,故B错误;
C.据物理学史可知卡文迪什利用扭秤实验首先较准确地测定了万有引力常量,然后是库仑通过扭秤实验测得静电力常量,故C错误;
D.库仑用他发明的扭秤研究带电体间的相互作用,确认了真空中两个静止点电荷之间的相互作用力遵循的规律即库仑定律,故D正确。
故选D。
9.(22-23高二上·云南玉溪·期中)如图所示,四根相互平行的通电长直导线a、b、c、d电流均为I,放在正方形的四个顶点上,每根通电长直导线单独存在时,正方形中心O点的磁感应强度大小均为B,则四根通电长直导线同时存在时O点的磁感应强度的大小和方向为( )
A.2B,方向向左
B.2B,方向向下
C.2B,方向向左
D.2B,方向向上
【答案】A
【知识点】磁感应强度的矢量性与叠加、直线电流周围的磁场
【分析】利用安培定则判断各电流在O点处的磁感应强度,在对O点处的多个磁感应强度进行矢量运算。
【详解】由安培定则可知a、b、c、d四根通电导线在O点处的磁感应强度如图所示
由题意可知
根据平行四边形定则可知
(方向水平向左)
故选A。
10.(22-23高二上·云南玉溪·期中)如图,两根长直平行输电线中有等大同向的电流,在两导线所在平面,垂直于导线的连线上有a、b、c三点,b点为ac中点且位于两根导线的正中间。下列说法正确的是( )
A.a点和c点的磁感应强度相同
B.b点的磁感应强度为零
C.a点的磁感应强度垂直纸面向外
D.c点的磁感应强度水平向左
【答案】B
【知识点】磁感应强度的矢量性与叠加、直线电流周围的磁场
【详解】ACD.由右手螺旋定则及矢量叠加规律可知,a点的磁感应强度垂直纸面向里,c点的磁感应强度垂直纸面向外;a点和c点的磁感应强度大小相等,方向相反,选项ACD错误;
B.两导线在b点的磁场等大反向,b点的磁感应强度为零,选项B正确;
故选B。
二、多选题
11.(24-25高二上·云南保山·期中)如图所示,一根通电直导线垂直放在磁感应强度为B的匀强磁场中,以导线截面的中心为圆心,半径为r的圆周上有a、b、c、d四个点,已知c点的实际磁感应强度为零,则下列叙述正确的是( )
A.直导线中的电流方向垂直纸面向外
B.b点的实际磁感应强度大小为
C.a点的实际磁感应强度大小为零
D.d点的实际磁感应强度大小为
【答案】AB
【知识点】磁感应强度的矢量性与叠加、直线电流周围的磁场
【详解】A.已知c点的实际磁感应强度为零,说明通电导线在c点产生的磁感应强度与匀强磁场的磁感应强度大小相等、方向相反;即通电导线在c点产生的磁感应强度方向水平向左,根据安培定则可知,直导线中的电流方向垂直纸面向外,故A正确;
B.由以上分析可知,通电导线在b点产生的磁感应强度大小为B,由安培定则可知,通电导线在b处的磁感应强度方向竖直向下,根据平行四边形定则可知b点的实际磁感应强度大小为
故B正确;
C.通电导线在a点产生的磁感应强度大小为B,根据安培定则可知通电导线在a点的磁感应强度方向水平向右,则a点的实际磁感应强度大小为
故C错误;
D.通电导线在d点产生的磁感应强度大小为B,根据安培定则可知通电导线在d点的磁感应强度方向竖直向上,根据平行四边形定则可知d点的实际磁感应强度大小为
故D错误。
故选AB。
12.(23-24高二上·云南曲靖·期中)许多科学家在物理学的发展过程中做出了重要贡献,下列叙述不符合事实的是( )
A.伽利略认为力不是维持物体运动的原因
B.经过精密实验测出万有引力常量,被称为“称量地球的人”的是牛顿
C.安培发现了通电导线的周围存在磁场
D.密立根测出了元电荷的电荷量
【答案】BC
【知识点】物理学史、奥斯特实验与安培定则
【详解】A.伽利略认为力不是维持物体运动的原因,而是改变物体运动状态的原因,故A正确;
B.牛顿发现了万有引力定律,卡文迪许测出了万有引力常量,故B错误;
C.奥斯特发现了通电导线的周围存在磁场,故C错误;
D.美国物理学家密立根第一个用油滴法测出了元电荷的电荷量,故D正确。
本题选错误的,故选BC。
【点睛】熟悉物理学史。
13.(23-24高二上·云南昆明·期中)下列关于磁感应强度方向的说法中,正确的是( )
A.磁场中某点的磁感应强度的方向规定为小磁针静止时S极所指的方向
B.磁场中某点的磁感应强度的方向与小磁针N极在此处的受力方向一致
C.磁感应强度的方向由磁场本身决定
D.磁场中某点的磁感应强度的方向由一小段通电导线在此处的受力方向决定
【答案】BC
【知识点】磁感应强度的矢量性与叠加
【详解】AB.小磁针在磁场中静止时,N极所指的方向规定为该点的磁感应强度的方向,故A错误,B正确;
CD.磁场中某点的磁感应强度由磁场本身决定,与此处是否有通电导线无关,故C正确,D错误。
故选BC。
14.(23-24高二上·云南昆明·期中)在磁感应强度为方向竖直向上的匀强磁场中,水平放置一根长通电直导线,电流的方向垂直于纸面向里。如图所示,a、b、c、d是以直导线为圆心的同一圆周上的四点,在这四点中( )
A.b、d两点的磁感应强度相同
B.b、d两点的磁感应强度方向相反
C.c点的磁感应强度的值最小
D.a点的磁感应强度的值最大
【答案】CD
【知识点】磁感应强度的矢量性与叠加、直线电流周围的磁场
【详解】根据右手螺旋定则可知,长通电直导线在a、b、c、d四点产生的磁感应强度方向如图所示
根据矢量叠加可知,b、d两点的磁感应强度大小均为
方向不相同,但也不相反;c点的磁感应强度大小为
a点的磁感应强度大小为
则有
故选CD。
15.(22-23高二上·云南昆明·期中)普朗克在1900年将“能量子”引入物理学,开创了物理学的新纪元。在下列宏观概念中,不具有“量子化”特征的是( )
A.人的个数 B.物体所受的重力 C.物体的动能 D.物体的长度
【答案】BCD
【知识点】能量子
【详解】“量子化”的特征是不连续:人的个数是不连续的,符合;
而物体所受的重力、物体的动能、物体的长度都是连续的,不具有“量子化”特征。
故选BCD。
16.(22-23高二上·云南玉溪·期中)如图所示,闭合矩形金属线框abcd中轴线的右半部分置于与线框平面垂直的匀强磁场中。当线框以不同方式运动时,以下说法正确的是( )
A.线框绕中轴线转过90°的过程中,穿过线框的磁通量减小,线框中有感应电流
B.线框绕中轴线转过180°的过程中,穿过线框的磁通量不变,线框中没有感应电流
C.线框向左平移且在bc边离开磁场前,穿过线框的磁通量减小,线框中有感应电流
D.线框绕bc边转动90°的过程中,穿过线框的磁通量大小不变,线框中无感应电流
【答案】AC
【知识点】探究感应电流产生的条件
【详解】AB.线框绕中轴线转动时,磁通量持续在变化,线框中有感应电流,其中转过90°的过程中,磁通量减小为0。而转过180°的过程中,磁通量先减为0再变为-Φ0,磁通量发生了变化,故A正确,B错误;
C.线框向左平移时,在磁场中的面积减小,因此穿过线框的磁通量减小,线框中有感应电流,故C正确;
D.因为线框绕bc边从转动60°的过程中,线框在磁场中的有效面积不变,即穿过线框的磁通量大小不变,线框中无感应电流。但是从60°到90°的过程中,线框在磁场中的有效面积逐渐减小到零,则磁通量逐渐减小到0,此过程中有感应电流产生,故D错误。
故选AC。
三、解答题
17.(22-23高二上·云南昆明·期中)如图所示,固定于水平面上的金属架CDEF处于与水平方向夹角为θ斜向上的匀强磁场中,θ=,金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动。t=0时,磁感应强度为B0,此时MN到达的位置使MDEN构成一个边长为L的正方形。
(1)求t=0时穿过MDEN回路的磁通量;
(2)为使MN棒中不产生感应电流,从t=0开始,磁感应强度B应怎样随时间t变化?请推导出这种情况下B与t的关系式。
【答案】(1);(2)
【知识点】计算磁通量的大小
【详解】(1)求t=0时穿过MDEN回路的磁通量为
(2)当穿过MDEN回路的磁通量不变,MN棒中不产生感应电流,可得
解得B与t的关系式为
18.(22-23高二上·云南昆明·期中)在的匀强磁场中,有一个边长为0.2m的正方形线圈。
(1)当线圈平面和磁场方向垂直时,通过线圈的磁通最是少?
(2)当线圈平面和磁场方向成60°角时,通过线圈的磁通量是多少?
(3)线圈从垂直于磁场的位置开始,绕着某一条边转过180°时,它的磁通量变化量是多少?
【答案】(1)0.008Wb;(2);(3)0.016Wb
【知识点】计算磁通量的大小、计算磁通量的变化量
【详解】(1)当线圈平面垂直于磁场时,它的磁通量
(2)当线圈平面和磁场成60°角时,它的法线跟磁场的夹角是30°,因此它的磁通量
(3)当线圈由垂直于磁场的位置绕某一条边转过时,它的法线也转过了180°,因此它的磁通量的变化量
试卷第1页,共3页
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电磁感应与电磁波初步
【必备考点与技巧】
一、穿过闭合电路的磁通量发生变化的四种情况:
①磁感应强度B不变,线圈面积S发生变化;
②线圈面积S不变,磁感应强度B发生变化;
③线圈面积S变化,磁感应强度B也变化,它们的乘积BS发生变化;
④线圈面积S不变,磁感应强度B也不变,但二者之间夹角发生变化。
二、常见的三种产生感应电流的情况
【期中好题汇编】
一、单选题
1.(24-25高二上·云南昭通·期中)在下列所示的实验装置中,能够用来研究产生感应电流的条件的是( )
A. B. C. D.
2.(24-25高二上·云南昭通·期中)如图所示为三根平行直导线的截面图,若它们的电流大小都相同,、通有垂直纸面向里的电流,通有垂直纸面向外的电流,且,则点的磁感应强度方向为( )
A.沿方向 B.沿方向 C.沿方向 D.沿方向
3.(23-24高二上·云南曲靖·期中)下列给出了四幅与感应电流产生条件相关的情景图,判断正确的是( )
A.图甲,水平直导线中电流逐渐减小时,其正下方的水平金属圆线圈中有感应电流
B.图乙,正方形金属线圈以虚线为轴匀速转动时,线圈中无感应电流
C.图丙,矩形导线框以其任何一条边为轴转动时,线框中都有感应电流产生
D.图丁,正方形导线框加速离开同一平面内的条形磁体时,线框中无感应电流产生
4.(23-24高二上·云南昆明·期中)如图所示,圆上a、b、c、d、e、f六点将圆6等分,该空间有平行于圆面的匀强磁场,圆心处有一长直电流,电流方向垂直于圆面向里。若b点磁感应强度为零,则a、d两点磁感应强度大小的比值为( )
A. B. C. D.
5.(23-24高二上·云南昆明·期中)我国拥有世界上最大的单口径射电望远镜,被称为“天眼”,如图所示。“天眼”“眼眶”所围圆面积为S,“眼球”表面积为S0,其所在处地磁场的磁感应强度大小为B,与“眼眶”平面平行、垂直的分量分别为B1、B2,则穿过“眼眶”的磁通量大小为( )
A.BS0 B.BS C.B1S D.B2S
6.(23-24高二上·云南昆明·期中)下列说法正确的是( )
A.闭合电路欧姆定律体现了电路中的能量守恒
B.卡文迪许利用扭秤装置测定了静电力常量k
C.磁场中某点磁感应强度的方向就是置于该点的一小段通电直导线所受磁场力的方向
D.负电荷在电场中某位置A处的电势能在数值上等于将该电荷从A位置移动至零势能位置静电力做功的相反数
7.(23-24高二上·云南昆明·期中)如图所示为一等腰直角三角形,为边的中点,三点处分别有一根垂直于所在平面的长直导线。当三根导线中通有大小相等,方向如图所示的电流时,D点处的磁感应强度大小为。仅将点处的导线中的电流反向,点处的磁感应强度大小为( )
A. B. C. D.
8.(22-23高二上·云南昆明·期中)在科学发展的历程中,许多学者、科学家做出了杰出的贡献,下列关于物理学史和事实的说法正确的是( )
A.法拉第通过实验最早测定了元电荷的数值
B.密立根不仅提出了电场的概念,而且采用了画电场线这个简洁的方法描述电场
C.卡文迪什利用库仑扭秤测出了静电引力常量
D.库仑在前人工作的基础上通过实验研究确认了真空中两个静止点电荷之间的相互作用力遵循的规律
9.(22-23高二上·云南玉溪·期中)如图所示,四根相互平行的通电长直导线a、b、c、d电流均为I,放在正方形的四个顶点上,每根通电长直导线单独存在时,正方形中心O点的磁感应强度大小均为B,则四根通电长直导线同时存在时O点的磁感应强度的大小和方向为( )
A.2B,方向向左
B.2B,方向向下
C.2B,方向向左
D.2B,方向向上
10.(22-23高二上·云南玉溪·期中)如图,两根长直平行输电线中有等大同向的电流,在两导线所在平面,垂直于导线的连线上有a、b、c三点,b点为ac中点且位于两根导线的正中间。下列说法正确的是( )
A.a点和c点的磁感应强度相同
B.b点的磁感应强度为零
C.a点的磁感应强度垂直纸面向外
D.c点的磁感应强度水平向左
二、多选题
11.(24-25高二上·云南保山·期中)如图所示,一根通电直导线垂直放在磁感应强度为B的匀强磁场中,以导线截面的中心为圆心,半径为r的圆周上有a、b、c、d四个点,已知c点的实际磁感应强度为零,则下列叙述正确的是( )
A.直导线中的电流方向垂直纸面向外
B.b点的实际磁感应强度大小为
C.a点的实际磁感应强度大小为零
D.d点的实际磁感应强度大小为
12.(23-24高二上·云南曲靖·期中)许多科学家在物理学的发展过程中做出了重要贡献,下列叙述不符合事实的是( )
A.伽利略认为力不是维持物体运动的原因
B.经过精密实验测出万有引力常量,被称为“称量地球的人”的是牛顿
C.安培发现了通电导线的周围存在磁场
D.密立根测出了元电荷的电荷量
13.(23-24高二上·云南昆明·期中)下列关于磁感应强度方向的说法中,正确的是( )
A.磁场中某点的磁感应强度的方向规定为小磁针静止时S极所指的方向
B.磁场中某点的磁感应强度的方向与小磁针N极在此处的受力方向一致
C.磁感应强度的方向由磁场本身决定
D.磁场中某点的磁感应强度的方向由一小段通电导线在此处的受力方向决定
14.(23-24高二上·云南昆明·期中)在磁感应强度为方向竖直向上的匀强磁场中,水平放置一根长通电直导线,电流的方向垂直于纸面向里。如图所示,a、b、c、d是以直导线为圆心的同一圆周上的四点,在这四点中( )
A.b、d两点的磁感应强度相同
B.b、d两点的磁感应强度方向相反
C.c点的磁感应强度的值最小
D.a点的磁感应强度的值最大
15.(22-23高二上·云南昆明·期中)普朗克在1900年将“能量子”引入物理学,开创了物理学的新纪元。在下列宏观概念中,不具有“量子化”特征的是( )
A.人的个数 B.物体所受的重力 C.物体的动能 D.物体的长度
16.(22-23高二上·云南玉溪·期中)如图所示,闭合矩形金属线框abcd中轴线的右半部分置于与线框平面垂直的匀强磁场中。当线框以不同方式运动时,以下说法正确的是( )
A.线框绕中轴线转过90°的过程中,穿过线框的磁通量减小,线框中有感应电流
B.线框绕中轴线转过180°的过程中,穿过线框的磁通量不变,线框中没有感应电流
C.线框向左平移且在bc边离开磁场前,穿过线框的磁通量减小,线框中有感应电流
D.线框绕bc边转动90°的过程中,穿过线框的磁通量大小不变,线框中无感应电流
三、解答题
17.(22-23高二上·云南昆明·期中)如图所示,固定于水平面上的金属架CDEF处于与水平方向夹角为θ斜向上的匀强磁场中,θ=,金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动。t=0时,磁感应强度为B0,此时MN到达的位置使MDEN构成一个边长为L的正方形。
(1)求t=0时穿过MDEN回路的磁通量;
(2)为使MN棒中不产生感应电流,从t=0开始,磁感应强度B应怎样随时间t变化?请推导出这种情况下B与t的关系式。
18.(22-23高二上·云南昆明·期中)在的匀强磁场中,有一个边长为0.2m的正方形线圈。
(1)当线圈平面和磁场方向垂直时,通过线圈的磁通最是少?
(2)当线圈平面和磁场方向成60°角时,通过线圈的磁通量是多少?
(3)线圈从垂直于磁场的位置开始,绕着某一条边转过180°时,它的磁通量变化量是多少?
试卷第1页,共3页
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