内容正文:
第3节 来自地球的力
【学习目标】
(1)知道重力是如何产生的;
(2) 知道重力的大小与质量成正比,能利用公式G=mg 计算有关问题;
(3) 知道重力的方向总是竖直向下的;
(4) 知道重力的作用点叫重心,会找规则物体的重心。
【学习重点】
探究重力的大小与质量的关系,能利用公式G=mg 计算有关问题。
【学习难点】
理解重力的方向和作用点。
【合作探究】
自主学习(一) 重力的大小
任务清单:1.阅读教材P141--143的内容,思考完成下列问题:
(1)什么是重力?
(2)重力的产生原因?
(3)如何测量重力?
(4)重力与质量有什么关系?
2.小组内互相批改,找出正确答案。然后进行释疑环节:
助学释疑一 重力的大小
1.重力的定义:
重力是地球附近一切物体都受到的力,它是由于 而产生的。用字母 表示。
2.生活中常见的重力现象:
正是由于重力的作用,苹果会落下,水会往低处流,抛出去的物体会落向地面。
3.对重力的理解:
(1) 的物体都受重力作用。
(2)重力的产生原因:万有引力(宇宙中任何两个物体间,都存在相互吸引的力)。
(3)重力的施力物体是: 。
(4)地球吸引物体,物体也吸引地球,二力大小 。
4.重力的测量:
(1)物体所受重力大小可用 测量。
(2)方法:把物体悬挂在 放置的弹簧测力计的挂钩上,
当物体 时,弹簧测力计的示数就可看成物体所受重力的大小。
(3)加油站:用手提某物体,当物体静止时,手对物体的拉力大小等于物体重力的大小。
5.做中学:探究重力与质量的关系
(1)提出问题:物体所受重力的大小与物体质量之间有什么关系?
(2)猜想与假设:物体的质量越大,它所受的重力可能越大。
生活依据:生活经验告诉我们,用手提起质量越大的物体,用的力越大。这说明质量越大的物体,所受重力越大。
(3)实验器材: 、钩码等。
(4)实验步骤:将弹簧测力计竖直放置并调零,然后在其挂钩上依次增加1个相同的钩码,待钩码重新静止后记下弹簧测力计的每一次示数(等于钩码所受重力的大小)。
(5)记录表格:
(6)实验结论:
物体所受的重力跟它的质量成 。其比值是定值,约等于 N/kg。
(7)论证依据:
①算出每组钩码的物重和质量之比,发现比值是个 ;
②画出钩码的G-m图像,发现图像是一条 (也就是正比例函数)。
8.计算公式:
(1)各字母意义:
G:表示重力,单位N。m:表示质量,单位Kg。g=9.8N/kg 它表示质量为1kg 的物体所受重力为9.8N(粗略计算,取10N/kg)。
(2)关于g:在地球上不同纬度的地方测定的g稍有差异,在不同星体上测定的g差异更大。
例如:同一航天员在月球上受到的“重力”大约是在地球上受到的重力的1/6 ,也就是说,月球上的g月大约是地球上g地的1/6 。
牛刀小试
1.地球附近的所有物体都受到的重力的作用,重力的施力物体是 。将一个苹果从地球上带到月球上,苹果受到的重力将 (填“变大”“不变”“变小”)。
2.小明对身边一些物体所受重力的估测,其中正确的是( )
A.一个苹果所受的重力约为100N B.一个鸡蛋所受的重力约为10N
C.一瓶500mL的矿泉水所受的重力约为5N D.一个圆珠笔所受的重力约为5N
3.在探究重力大小与质量的关系实验中,小明用如图所示的弹簧测力计测量物体的重力,该弹簧测力计的分度值为 N,图中所测物体的重力为 N。记录多次实验的质量、重力数据后,可通过以下两种方法分析数据,总结结论。方法一:计算重力与质量的 ,发现接近一个定值。方法二:作出 的关系图像,发现是正比例函数的图像。
4.小明在“探究重力与质量的关系”的实验中:测量一些木块的质量及其所受的重力,获得的数据记录如下表:
所测木块
质量m/kg
测得重力G/N
木块1
0.1
1
木块2
0.2
2
木块3
0.3
3
木块4
0.4
4
(1)实验中所用的主要测量器材是弹簧测力计和 。
(2)测量木块重力时,应将木块竖直挂在弹簧测力计上,并让它处于 (选填“静止”或“运动”)状态,这时弹簧测力计的示数 (选填“大于”、“小于”或“等于”)物体所受的重力。
(3)根据表中数据在图中的坐标图中画出G和m的关系图像。
(4) 分析上面实验数据可知:物体所受重力的大小与质量成 (选填“正”或“反”)比。
5.质量为0.25kg的木块,受到的重力是多少牛?一个中学生所受的重力为550N,那么,他的质量是多少千克?()
自主学习(二) 重力的方向
任务清单:1.阅读教材P144--145的内容,思考完成下列问题:
(1)重力的方向是什么?
(2)重垂线的工作原理?
(3)重垂线有什么应用?
2.小组内互相批改,找出正确答案。然后进行释疑环节:
助学释疑二 重力的方向
看一看想一想:
如果你留意生活中与重力作用相关的现象,就不难发现重力的方向是怎样的。
例如,悬挂电灯的电线静止时总是 下垂的;原本在手中静止的物体,松手后总是 落的。
1.重力的方向:
这些现象表明:重力的方向总是 的。
特别强调:
重力的方向“竖直向下” 指与水平面垂直向下,即指向地心,不能说成“垂直向下” 。
2.重力方向的应用:
重垂线:在一根线下吊一个重物,就做成一根重垂线。重垂线可指示 的方向(竖直向下)。
利用重垂线可检查工作台面是否 、墙壁上的画是否 ,在建筑施工中可检查所砌墙是否 。
牛刀小试
1.重锤线在古时候的叫法是“墨绳”,多用于建筑测量。它利用了重力的方向始终是 的;重力的施力物体是 。
2.如图所示的辣椒椒果朝天生长,故名“朝天椒”。椒果在结出后不断朝上生长的过程中,其所受重力的大小 (选填“变大”“变小”或“不变”),其所受重力的方向是 。
3.课堂上老师实验探究了“重力的方向”,请小明上台和他配合完成。
(1)如图甲是探究重力方向的实验装置,将小球用细线悬挂在支架上,并让其自由下垂,此时通过悬线的方向来确定 的方向,其原理是 。
(2)如图乙,为进一步研究重力的方向,小明缓慢改变支架与桌面的夹角,观察到悬线的方向 (选填“改变”或“不变”),如图丙,为判断悬线的方向,需要创设一个水平面,小明在烧杯内倒入适量的水,将小球浸入水中,待水面静止,缓慢改变支架与桌面的夹角,用量角器可测出悬线与水面的夹角始终为 度,由此可判定悬线的方向。
(3)请在图乙中作出小球受到的重力示意图 。
助学释疑三 重力的作用点--重心
1.重心定义:
物体的各部分都受到重力的作用,从效果上看,各部分受到的重力就好像集中作用在一个点上,这个点就叫做物体的 。
试试看:
你能否找出铅笔、直尺、三角板、量角器等文具重心的大致位置。
2.重心的确定:
重心位置与物体的 有关。那么,如何确定物体的重心呢?
(1)重心在其几何中心上:
质量分布均匀、形状规则的物体的重心,就在它的 上。
例如,质量分布均匀的球或长方体,其重心在球心或几何中心。
(2)用支撑法确定重心:
如图: 把汤匙放在手指上,仔细调节支撑汤匙的支点,使其在手指上平衡,由此可确定汤匙的重心就在过支点的 上。
(3)用悬挂法确定重心:
如图:如图所示,将薄板用细线悬挂起来,静止后,过悬挂点A画一条沿细线方向的线段AB;然后换一个悬挂点,再次静止悬挂,用同样的方法画出线段CD。AB和CD的交点E,就是薄板的 。
牛刀小试:
1.如图所示,伴随着“牛顿在苹果树下”的故事,我们学习了重力的知识。以下关于“苹果”的各种叙述,其中错误的是:( )
A.苹果所受重力的方向是竖直向下的
B.苹果所受的重力跟它的质量成正比
C.苹果的重心在苹果上,但有些物体的重心可能不在物体上
D.苹果在下落过程中受到重力作用,落到地面后就不受重力作用了
2.请画出图中灯笼所受重力G的示意图(重心在O点)。
3.如图所示,静止的小球所受的重力为10牛,请用力的图示法画出该球所受的重力G。
【当堂检测】
1.“夜来风雨声,花落知多少”是唐代诗人孟浩然《春晓》中的诗句,用物理知识解释其中现象,“花落”指花瓣落地,是由于花瓣受到________的作用,其施力物体是________.
2.如图所示是探月工程嫦娥五号从月球带回的“土特产”-1731g月球土壤样品,充分展示了我国在探月计划上重大的突破,展示了我们日益强盛的综合国力。这些密封的土壤从月球带回地球后,质量__________(选填“变大”“变小”或“不变”),它们受到的重力__________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
3.如图所示是描述地球上不同位置的人释放手中石块的四个示意图,图中的虚线表示石块下落的路径,则对石块下落路径的表示最接近实际的是( )
A. B. C. D.
4.在“探究重力的大小跟质量的关系”实验中,得到如下表数据所示:
m/kg
0.1
0.3
0.5
0.7
0.9
G/N
0.98
2.94
4.90
6.86
(1)本实验中用到的测量器材有:___________和___________;
(2)分析表中数据可知:物体的质量为0.9kg时,它受到的重力是___________N;
(3)在如图所示的四个图象中,关于物体重力的大小与其质量的关系,正确的是___________。
5.如图,某同学将篮球掷向地面,经过甲位置后碰到地面,接着向上反弹经过乙位置,忽略空气的作用力。请在图中乙位置画出篮球的受力示意图。
【学后反思】
说说你在本节课中:
(1)收获有哪些?
(2)需要改进的地方有哪些?
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第3节 来自地球的力
【学习目标】
(1)知道重力是如何产生的;
(2) 知道重力的大小与质量成正比,能利用公式G=mg 计算有关问题;
(3) 知道重力的方向总是竖直向下的;
(4) 知道重力的作用点叫重心,会找规则物体的重心。
【学习重点】
探究重力的大小与质量的关系,能利用公式G=mg 计算有关问题。
【学习难点】
理解重力的方向和作用点。
【合作探究】
自主学习(一) 重力的大小
任务清单:1.阅读教材P141--143的内容,思考完成下列问题:
(1)什么是重力?
(2)重力的产生原因?
(3)如何测量重力?
(4)重力与质量有什么关系?
【答案】略。
【详解】略。
2.小组内互相批改,找出正确答案。然后进行释疑环节:
助学释疑一 重力的大小
1.重力的定义:
重力是地球附近一切物体都受到的力,它是由于地球对物体的吸引而产生的。用字母G表示。
2.生活中常见的重力现象:
正是由于重力的作用,苹果会落下,水会往低处流,抛出去的物体会落向地面。
3.对重力的理解:
(1)地球上及地球附近的物体都受重力作用。
(2)重力的产生原因:万有引力(宇宙中任何两个物体间,都存在相互吸引的力)。
(3)重力的施力物体是:地球。
(4)地球吸引物体,物体也吸引地球,二力大小相等。
4.重力的测量:
(1)物体所受重力大小可用弹簧测力计测量。
(2)方法:把物体悬挂在竖直放置的弹簧测力计的挂钩上,
当物体静止时,弹簧测力计的示数就可看成物体所受重力的大小。
(3)加油站:用手提某物体,当物体静止时,手对物体的拉力大小等于物体重力的大小。
5.做中学:探究重力与质量的关系
(1)提出问题:物体所受重力的大小与物体质量之间有什么关系?
(2)猜想与假设:物体的质量越大,它所受的重力可能越大。
生活依据:生活经验告诉我们,用手提起质量越大的物体,用的力越大。这说明质量越大的物体,所受重力越大。
(3)实验器材:弹簧测力计、钩码等。
(4)实验步骤:将弹簧测力计竖直放置并调零,然后在其挂钩上依次增加1个相同的钩码,待钩码重新静止后记下弹簧测力计的每一次示数(等于钩码所受重力的大小)。
(5)记录表格:
(6)实验结论:
物体所受的重力跟它的质量成正比。其比值是定值,约等于9.8 N/kg。
(7)论证依据:
①算出每组钩码的物重和质量之比,发现比值是个定值;
②画出钩码的G-m图像,发现图像是一条过原点的倾斜直线(也就是正比例函数)。
8.计算公式: G=mg
(1)各字母意义:
G:表示重力,单位N。m:表示质量,单位Kg。g=9.8N/kg 它表示质量为1kg 的物体所受重力为9.8N(粗略计算,取10N/kg)。
(2)关于g:在地球上不同纬度的地方测定的g稍有差异,在不同星体上测定的g差异更大。
例如:同一航天员在月球上受到的“重力”大约是在地球上受到的重力的1/6 ,也就是说,月球上的g月大约是地球上g地的1/6 。
牛刀小试
1.地球附近的所有物体都受到的重力的作用,重力的施力物体是 。将一个苹果从地球上带到月球上,苹果受到的重力将 (填“变大”“不变”“变小”)。
【答案】 地球 变小
【详解】[1]地球表面附近的一切物体都要受到地球对物体的吸引力,即重力,所以重力的施力物体是地球。
[2]苹果位置发生了改变,但它内部所含物质的多少没有改变,即其质量将不变;而月球引力是地球引力的六分之一,则月球上的苹果重力将变小,变为原来的六分之一。
2.小明对身边一些物体所受重力的估测,其中正确的是( )
A.一个苹果所受的重力约为100N B.一个鸡蛋所受的重力约为10N
C.一瓶500mL的矿泉水所受的重力约为5N D.一个圆珠笔所受的重力约为5N
【答案】C
【详解】略。
3.在探究重力大小与质量的关系实验中,小明用如图所示的弹簧测力计测量物体的重力,该弹簧测力计的分度值为 N,图中所测物体的重力为 N。记录多次实验的质量、重力数据后,可通过以下两种方法分析数据,总结结论。方法一:计算重力与质量的 ,发现接近一个定值。方法二:作出 的关系图像,发现是正比例函数的图像。
【答案】 0.2 2.6 比值 重力与质量
【详解】[1][2]由图知道,该弹簧测力计的分度值为0.2N,图中所测物体的重力为2.6N。
[3][4]人们要通过分析才能得出结论,计算重力与质量的比值,发现接近一个定值;通过描点连线知道,图像为过原点的直线,故为正比例函数图像。
4.小明在“探究重力与质量的关系”的实验中:测量一些木块的质量及其所受的重力,获得的数据记录如下表:
所测木块
质量m/kg
测得重力G/N
木块1
0.1
1
木块2
0.2
2
木块3
0.3
3
木块4
0.4
4
(1)实验中所用的主要测量器材是弹簧测力计和 。
(2)测量木块重力时,应将木块竖直挂在弹簧测力计上,并让它处于 (选填“静止”或“运动”)状态,这时弹簧测力计的示数 (选填“大于”、“小于”或“等于”)物体所受的重力。
(3)根据表中数据在图中的坐标图中画出G和m的关系图像。
(4) 分析上面实验数据可知:物体所受重力的大小与质量成 (选填“正”或“反”)比。
【答案】 天平 静止 等于 正
【详解】(1)[1]探究重力与质量的关系中,重力可用弹簧测力计测量,质量可用天平进行测量。
(2)[2][3]由二力平衡可知,测量物体重力时,应等物体静止时再读数,此时物体处于平衡状态,其所受的重力与弹簧测力计对它的拉力是一对平衡力,大小相等。
(3)[4]根据表格中的数据,当m=0.1kg时,重力G=1N;当m=0.2kg时,重力G=2N;当m=0.3kg时,重力G=3N;当m=0.4kg时,重力G=4N。则可得物体所受重力的大小与质量的关系图像如下:
(4)[5]由数据可知,物体的重力与质量的关系图像是一条过原点的直线,所以可得物体所受重力的大小与质量成正比。
5.质量为0.25kg的木块,受到的重力是多少牛?一个中学生所受的重力为550N,那么,他的质量是多少千克?()
【答案】2.5N,55kg
【详解】质量为0.25kg的木块,受到的重力
一个中学生所受的重力为550N,那么,他的质量为
答:质量为0.25kg的木块,受到的重力是2.5N,一个中学生所受的重力为550N,那么,他的质量是54kg。
自主学习(二) 重力的方向
任务清单:1.阅读教材P144--145的内容,思考完成下列问题:
(1)重力的方向是什么?
(2)重垂线的工作原理?
(3)重垂线有什么应用?
【答案】略。
【详解】略。
2.小组内互相批改,找出正确答案。然后进行释疑环节:
助学释疑二 重力的方向
看一看想一想:
如果你留意生活中与重力作用相关的现象,就不难发现重力的方向是怎样的。
例如,悬挂电灯的电线静止时总是竖直下垂的;原本在手中静止的物体,松手后总是竖直向下落的。
1.重力的方向:
这些现象表明:重力的方向总是竖直向下的。
特别强调:
重力的方向“竖直向下” 指与水平面垂直向下,即指向地心,不能说成“垂直向下” 。
2.重力方向的应用:
重垂线:在一根线下吊一个重物,就做成一根重垂线。重垂线可指示重力的方向(竖直向下)。
利用重垂线可检查工作台面是否水平、墙壁上的画是否挂正,在建筑施工中可检查所砌墙是否竖直。
牛刀小试
1.重锤线在古时候的叫法是“墨绳”,多用于建筑测量。它利用了重力的方向始终是 的;重力的施力物体是 。
【答案】 竖直向下 地球
【详解】[1]重力的方向始终是竖直向下的。
[2]物体由于地球吸引而受到的力叫做重力,故重力的施力物体是地球。
2.如图所示的辣椒椒果朝天生长,故名“朝天椒”。椒果在结出后不断朝上生长的过程中,其所受重力的大小 (选填“变大”“变小”或“不变”),其所受重力的方向是 。
【答案】 变大 竖直向下
【详解】[1][2]由题意知,椒果在开始结果并不断朝上生长的过程中,质量变大,根据G=mg可知,重力变大,重力的方向始终竖直向下。
3.课堂上老师实验探究了“重力的方向”,请小明上台和他配合完成。
(1)如图甲是探究重力方向的实验装置,将小球用细线悬挂在支架上,并让其自由下垂,此时通过悬线的方向来确定 的方向,其原理是 。
(2)如图乙,为进一步研究重力的方向,小明缓慢改变支架与桌面的夹角,观察到悬线的方向 (选填“改变”或“不变”),如图丙,为判断悬线的方向,需要创设一个水平面,小明在烧杯内倒入适量的水,将小球浸入水中,待水面静止,缓慢改变支架与桌面的夹角,用量角器可测出悬线与水面的夹角始终为 度,由此可判定悬线的方向。
(3)请在图乙中作出小球受到的重力示意图 。
【答案】(1) 重力 重力的方向始终是竖直向下的
(2) 不变 90
(3)
【详解】(1)[1][2]将小球用细线悬挂在支架上,并让其自由下垂,由于重力的方向始终是竖直向下的,故可以通过悬线的方向确定重力的方向。
(2)[1]由于重力的方向始终是竖直向下的,故改变支架与桌面的夹角,悬线的方向不会改变。
[2]重力的方向始终竖直向下,即与水平面垂直,故改变支架与桌面的夹角,用量角器可测出悬线与水面的夹角始终为90度。
(3)由于重力是方向始终是竖直向下的,故小球受到的重力如图所示:
助学释疑三 重力的作用点--重心
1.重心定义:
物体的各部分都受到重力的作用,从效果上看,各部分受到的重力就好像集中作用在一个点上,这个点就叫做物体的重心。
试试看:
你能否找出铅笔、直尺、三角板、量角器等文具重心的大致位置。
2.重心的确定:
重心位置与物体的质量分布和形状有关。那么,如何确定物体的重心呢?
(1)重心在其几何中心上:
质量分布均匀、形状规则的物体的重心,就在它的几何中心上。
例如,质量分布均匀的球或长方体,其重心在球心或几何中心。
(2)用支撑法确定重心:
如图: 把汤匙放在手指上,仔细调节支撑汤匙的支点,使其在手指上平衡,由此可确定汤匙的重心就在过支点的竖直线上。
(3)用悬挂法确定重心:
如图:如图所示,将薄板用细线悬挂起来,静止后,过悬挂点A画一条沿细线方向的线段AB;然后换一个悬挂点,再次静止悬挂,用同样的方法画出线段CD。AB和CD的交点E,就是薄板的重心。
牛刀小试:
1.如图所示,伴随着“牛顿在苹果树下”的故事,我们学习了重力的知识。以下关于“苹果”的各种叙述,其中错误的是:( )
A.苹果所受重力的方向是竖直向下的
B.苹果所受的重力跟它的质量成正比
C.苹果的重心在苹果上,但有些物体的重心可能不在物体上
D.苹果在下落过程中受到重力作用,落到地面后就不受重力作用了
【答案】D
【详解】A.重力的方向总是竖直向下的,所以苹果所受重力的方向是竖直向下的,故A正确,不符合题意;
B.由G=mg可知,苹果所受的重力跟它的质量成正比,故B正确,不符合题意;
C.苹果的重心在苹果上,但有些物体的重心可能不在物体上,比如:圆环的重心没有在圆环上,故C正确,不符合题意;
D.地球表面附近的物体都受到重力作用,苹果在下落过程中受到重力作用,落到地面后仍受重力作用,故D错误,符合题意。
故选D。
2.请画出图中灯笼所受重力G的示意图(重心在O点)。
【答案】
【解析】重力作用点在重心位置,方向竖直向下,过重心O做竖直向下的带箭头的直线表示重力,并在箭头旁标注符号G
3.如图所示,静止的小球所受的重力为10牛,请用力的图示法画出该球所受的重力G。
【答案】
【解析】由题意知道,可画出大小表示5N的标度,通过小球的重心做一条竖直向下的有向线段,使线段长度为标度的2倍,并标明力的大小,即小球所受的重力G的图示
【当堂检测】
1.“夜来风雨声,花落知多少”是唐代诗人孟浩然《春晓》中的诗句,用物理知识解释其中现象,“花落”指花瓣落地,是由于花瓣受到________的作用,其施力物体是________.
【答案】重力;地球
【解析】花瓣在地球上,受到地球重力的作用,其施力物体是地球,重力方向始终竖直向下,所以花瓣会落地。
2.如图所示是探月工程嫦娥五号从月球带回的“土特产”-1731g月球土壤样品,充分展示了我国在探月计划上重大的突破,展示了我们日益强盛的综合国力。这些密封的土壤从月球带回地球后,质量__________(选填“变大”“变小”或“不变”),它们受到的重力__________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
【答案】不变、变大。
【解析】质量是物体的一种基本属性,与物体的状态、形状、温度、所处的空间位置的变化无关,所以月球土壤样品被带回地球后,质量不变;同一物体在月球上受到的重力大约是地球上的,所以月球土壤样品被带回地球后,重力变大。
3.如图所示是描述地球上不同位置的人释放手中石块的四个示意图,图中的虚线表示石块下落的路径,则对石块下落路径的表示最接近实际的是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】本题考查重力的方向.由于重力的方向总是竖直向下的,地球上不同位置的人释放手中的石块后,石块受到重力的方向都是竖直向下的,也就是指向地心.故选D.
4.在“探究重力的大小跟质量的关系”实验中,得到如下表数据所示:
m/kg
0.1
0.3
0.5
0.7
0.9
G/N
0.98
2.94
4.90
6.86
(1)本实验中用到的测量器材有:___________和___________;
(2)分析表中数据可知:物体的质量为0.9kg时,它受到的重力是___________N;
(3)在如图所示的四个图象中,关于物体重力的大小与其质量的关系,正确的是___________。
【答案】(1)弹簧测力计;天平(2)8.82(3)B
【解析】(1)实验目的是探究重力与质量的关系,因此需要测量物体的质量和重力,测量质量需要托盘天平,测重力需要弹簧测力计。
(2)分析表中数据可得,重力与质量的比值,当物体的质量为0.9kg时,它受到的重力为。
(3)由于为正比例函数,说明物体所受的重力跟它的质量成正比,图象过坐标原点的倾斜直线,故选B图。
5.如图,某同学将篮球掷向地面,经过甲位置后碰到地面,接着向上反弹经过乙位置,忽略空气的作用力。请在图中乙位置画出篮球的受力示意图。
【答案】见解析
【解析】忽略空气的作用力,图中乙位置的篮球只受重力,其方向竖直向下,作用点在重心,受力示意图如图所示:
。
【学后反思】
说说你在本节课中:
(1)收获有哪些?
(2)需要改进的地方有哪些?
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