内容正文:
静电场及其应用章末练习卷
本试卷满分100分,考试时间75分钟。
注意事项:
1.答卷前,考生务必将自己的姓名,准考证号填写在答题卡上。
2.答选择题时,选出每小题答案后,用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑。如需改动,用橡皮擦干净后,再选涂其他答案标号。答非选择题时,将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
3.考试结束后,将本试卷和答题卡一并交回。
一、选择题:本题共10小题,共46分。在每小题给出的四个选项中,第1-7题只有一项符合题目要求,每小题4分;第8-10题有多项符合题目要求,每小题6分,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。
1.如图甲所示,四个四分之一绝缘圆弧所带电荷量大小相等,且电荷均匀分布。已知这四个带电绝缘圆弧在坐标原点O处产生的电场强度大小为E,则如图乙所示的两个带电绝缘圆弧在坐标原点O处产生的电场强度大小为( )
A. B. C.E D.
【答案】A
【详解】根据对称性可知,题图甲中第一象限内的圆弧在坐标原点O处产生的电场强度方向与x轴负方向的夹角为45°,设其大小为,则有
题图乙所示的两个带电绝缘圆弧在坐标原点O处产生的电场强度大小
故选A。
2.两个相距很近的等量异种点电荷组成的系统称为电偶极子。如图,电荷量分别为和,电荷间距为l,坐标原点O为两者连线中点,电偶极子沿y轴放置,P点位于x轴上,距离O点的距离为r,且。则P点的场强大小为( )(真空中静电力常量为k)
A. B. C. D.
【答案】A
【详解】两个场强和对称分布,它们在x轴方向的分量大小相等、方向相反,相互抵消。它们在y轴方向的分量大小相等,方向相同,相互叠加。如图所示
P点合场强
考虑,解得。
故选A。
3.如图所示,两带电小球的质量均为,小球A用一端固定在天花板上的绝缘细线连接,小球B用固定的绝缘轻杆连接。A球静止时,轻绳与竖直方向的夹角为,两球连线与竖直方向的夹角为,整个系统在同一竖直平面内,重力加速度为。下列说法正确的是( )
A.两小球可能带同种电荷 B.细线的拉力大小为
C.两小球间的库仑力大小为 D.剪断细线瞬间A球加速度大小为
【答案】C
【详解】ABC.根据题意A球静止时,对A球受力分析,如图所示
两球相互靠近,因此两小球可能带异种电荷,由平行四边形定则及几何关系,A球与B球间的库仑力为
细线上拉力为
故AB错误,C正确;
D.若将细线剪断,则剪断瞬间A球受到细线的拉力消失,其它两力保持不变,根据三力平衡知识,此时A球的合外力大小为
则加速度大小为,故D错误。
故选C。
4.如图所示,实线是未标明方向的由点电荷产生的电场线,虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹,a、b是轨迹上的两点。若带电粒子在运动中仅受静电力作用,根据此图不能做出推断的是( )
A.带电粒子所带电荷的电性
B.带电粒子在a、b两点的受力方向
C.带电粒子在a、b两点何处加速度较大
D.带电粒子在a、b两点何处速度较小
【答案】A
【详解】AB.由题图可知,带电粒子的运动轨迹向左弯曲,说明带电粒子在a、b两点受到的电场力方向沿电场线向左,由于电场线方向不明,带电粒子所带电荷的正负不能确定,A错误、B正确;
C.由电场线的疏密表示电场强度的大小,可知a点的电场强度较大,带电粒子在a点受到的电场力较大,由牛顿第二定律可知,带电粒子在a点的加速度较大,故C正确;
D.带电粒子的运动轨迹向左弯曲,说明带电粒子在a、b两点受到的电场力方向沿电场线向左,可知从a到b电场力对粒子做负功,粒子的动能减小,可知带电粒子在a点的速度较大,故D正确。
本题选不能做出推断的,故选A。
5.于光滑水平面的x轴上有三个带电小球M、N、P(均视为质点)均处于静止状态,其中M、N的电荷量分别为C、C,坐标分别为0、4cm(如图所示)。则P的电荷量Q和坐标x分别为( )
A.C,cm B.C,cm
C.C,cm D.C,cm
【答案】D
【详解】根据“两同加一异,两大加一小”可知,电荷P应该在N点右侧且带正电,设坐标为x,则由平衡可知
解得C,
故选D。
6.下列说法中正确的是( )
A.公式中,q指的是场源电荷的电荷量
B.公式中,Q指的是试探电荷的电荷量
C.电场是客观存在的而电场线实际并不存在
D.体积很小的带电小球一定可以看成点电荷
【答案】C
【详解】A.公式 是电场强度的定义式,其中 为试探电荷的电荷量,故A错误;
B.公式 是点电荷电场强度公式,其中 为场源电荷的电荷量,故B错误;
C.电场是客观存在的物质,而电场线是为描述电场分布而人为引入的假想曲线,实际并不存在,故C正确;
D.点电荷是理想化模型,能否将带电体视为点电荷取决于所研究问题是否与其大小、形状无关,体积很小的带电小球不一定可看成点电荷,故D错误。
故选C。
7.如图所示,两个质量均为m的带电小球A和B,用绝缘细绳悬挂起来处于静止状态,则下列说法正确的是( )
A.若A球质量加倍,则稳定后A、B球间距加倍
B.若A球电荷量加倍,则稳定后A、B球间距加倍
C.剪断细绳瞬间,B球加速度大小为g
D.剪断细绳瞬间,A球加速度大小为2g
【答案】D
【详解】AB.稳定后A 对B的库仑力仍等于B的重力,若A球质量加倍,根据可知,A、B球间距不变;若A球电荷量加倍,根据可知,A、B球间距变为原来的倍,故AB错误;
CD.剪断细绳瞬间,A和B所受库仑力不变,B所受合力仍为零,加速度为零;A所受的合力与剪断细绳前细绳对A的拉力等大反向,故A球加速度大小为,故C错误,D正确。
故选D。
8.如图所示,圆弧形槽固定在地面上,为水平直径,在光滑的半球形绝缘内壁有质量分别为、两带同种电荷的小球,各自带电量为、,、两小球与球心点的连线与竖直方向分别成、夹角,处于静止状态,圆弧形槽对、两小球的弹力分别为、,已知,则( )
A.
B.可能有
C.
D.若球电量减小,球会降低,球会升高
【答案】BC
【详解】ABC.分别以小球A、B为研究对象,受力分析,如图所示
根据正弦定理可得,
则,
由题中条件不能判断两球电量关系,则可能有,故A错误,BC正确;
D.若 A 球电量减小,根据三角形相似法可得,
其中都减小,即A、B球都会降低,D错误。
故选BC。
9.关于电场,下列说法正确的是( )
A.电场是一种客观存在的特殊物质形态
B.我们虽然不能用手触摸到电场的存在,却可以用检验电荷去探测它的存在和强弱
C.电场不会存在于绝缘体中,但可以存在于导体中
D.在真空中,电荷无法激发电场
【答案】AB
【详解】A.电荷周围存在电场,电场是客观存在的一种特殊物质,而电场线是人为引入的、假想的曲线,并不存在,故A正确;
B.我们虽然不能用手触摸到电场的存在,却可以用试探电荷去探测它的存在和强弱,当有电场力时,则说明有电场存在,当在不同位置电场力有大小时,则说明电场有强弱,故B正确;
C.电荷周围存在电场,因此可存在于绝缘体中,也可以存在于导体中,故C错误;
D.在真空中,电荷可以激发电场,因为电场是电荷的固有属性,其存在不依赖于介质,故D错误。
故选AB。
10.如图所示,正四面体的棱长为L,O点为底面abc的中心,P点位于Od的延长线上,且。在四面体的顶点a、b、c处各固定一电荷量为Q的正电荷,P点处再放置某电荷,顶点d处的电场强度为0,静电力常量为k。下列说法正确的是( )。
A.P点处的电荷一定带正电
B.P点处电荷的电荷量为
C.O点处的电场强度大小为
D.将P点的电荷移至O点后,d点处的电场强度大小为
【答案】AC
【详解】A.因abc三点的正电荷在d点的合场强竖直向上,而d点场强为零,可知 P点处的电荷在d点的场强竖直向下,即P处的电荷一定带正电,A正确;
B.由几何关系可知Od连线与竖直方向的夹角为
根据场强叠加可知
可得P点处电荷的电荷量为,B错误;
C.由几何关系可知
因abc三点的点电荷在O点的合场强为零,可知O点处的电场强度大小等于P点的电荷在O点的场强,则为,C正确;
D.将P点的电荷移至O点后,d点处的电场强度大小为,D错误。
故选AC。
二、非选择题:本题共5小题,共54分。
11.(6分)某物理兴趣小组利用图示装置来探究影响电荷间的静电力的因素。图甲中,A是一个带正电的物体,系在绝缘丝线上的带正电的小球会在静电力的作用下发生偏离,静电力的大小可以通过丝线偏离竖直方向的角度显示出来。他们分别进行了以下操作。
步骤一:如图甲所示,用绝缘柄固定带电物体,把系在丝线上的带电小球先后挂在横杆上的、、等位置,比较小球在不同位置所受静电力的大小。
步骤二:如图乙所示,固定带电小球B处于同一位置,用绝缘柄移动带电物体,使和带电小球B的距离保持不变。增大或减小其所带的电荷量,比较小球所受的静电力大小。
(1)图中实验采用的方法是______(填正确选项前的字母)。
A.理想实验法 B.等效替代法 C.微小量放大法 D.控制变量法
(2)为了比较带电小球所受带电体的作用力的大小,下列方法最好的是______。
A.比较小球抬起的高度 B.比较小球往右偏移的距离
C.比较丝线偏离竖直方向的角度 D.比较丝线的长度
(3)如图乙所示缓慢移动绝缘底座,改变和的距离,得到五组、数据,根据库仑定律,拟合的库仑力与距离的关系图像可能正确的是______;
A. B. C.
【答案】(1)D
(2)C
(3)C
【详解】(1)图中实验先保持电量不变改变电荷间距;然后保持间距不变,改变电荷量,则采用的方法是固定变量法,故选D;
(2)带电小球平衡时所受带电体的作用力的大小为
F=mgtanθ
则为了比较带电小球所受带电体的作用力的大小,最好的办法是比较丝线偏离竖直方向的角度。故选C。
(3)根据
可知
可知成正比关系。
故选C。
12.(8分)(1)如图所示,取甲、乙两个验电器,用一根长的导体杆把它们连接在一起,用带正电的有机玻璃棒靠近验电器乙的上端,甲会带正电,乙会带负电。关于甲、乙带电的现象,下列说法正确的是( )
A.这是感应起电现象,遵守电荷守恒定律
B.这是摩擦起电现象,遵守电荷守恒定律
C.这是感应起电现象,不遵守电荷守恒定律
D.这是摩擦起电现象,不遵守电荷守恒定律
(2)如图所示,一个原来不带电的半径为r的空心金属球放在绝缘支架上,右侧放一个电荷量为+Q的点电荷,点电荷到金属球的球心距离为3r。达到静电平衡后,下列说法正确的是( )
A.金属球的左侧感应出负电荷,右侧感应出正电荷
B.点电荷Q在金属球内产生的电场的场强处处为零
C.金属球最左侧表面的电势高于最右侧表面的电势
D.感应电荷在金属球球心处产生的电场强度大小为
(3)上题(2)中,若先用金属网把不带电的金属球罩起来,再使带正电点电荷靠近金属网。跟原来相比会出现什么变化?并解释原因__。
(4)为观察电荷在导体上的分布规律,将一个大的导体安放在绝缘支架上,并使导体带上负电荷,如图所示,用带绝缘柄的小验电球P接触导体上的各点,再与不带电的验电器接触,通过验电器金箔片的张角判断各点的带电情况,主要实验步骤如下:
a.用P接触导体上的A点,再与不带电的验电器接触,发现验电器的金箔片张角较小;
b.用P接触导体上的B点,再与不带电的验电器接触,发现验电器的金箔片张角较大;
c.用P与导体的尖端C点接触,再与不带电的验电器接触,发现验电器的金箔片张角最大。由此可以确定:
电荷在导体表面的分布是不均匀的,突出的位置,电荷比较__;平坦的位置,电荷比较__
A.密集 B.稀疏
【答案】(1)A
(2)D
(3)金属球不带电。原因:金属网内部合场强为0,整个金属网是个等势体,起到了静电屏蔽的作用。
(4) A B
【详解】(1)如图所示,取甲、乙两个验电器,用一根长的导体杆把它们连接在一起,用带正电的有机玻璃棒靠近验电器乙的上端,甲会带正电,乙会带负电,是感应起电现象,遵守电荷守恒定律。
故选A。
(2)A.点电荷在金属球的左侧感应出正电荷,右侧感应出负电荷,故A错误;
B.根据
可知点电荷Q在金属球内产生的电场的场强处处不为零,故B错误;
C.金属球处于静电平衡状态,是一个等势体,最左侧表面的电势等于最右侧表面的电势,故C错误;
D.金属球处于静电平衡状态,球心处产生的合场强为零,则感应电荷在球心的电场强度大小与点电荷在球心的电场强度大小相等,即
故D正确。
故选D。
(3)若先用金属网把不带电的金属球罩起来,再使带正电点电荷靠近金属网。则金属球不带电。原因:金属网内部合场强为0,整个金属网是个等势体,起到了静电屏蔽的作用。
(4)[1]电荷在导体表面的分布是不均匀的,突出的位置,电荷比较密集。
故选A。
[2]平坦的位置,电荷比较稀疏。
故选B。
四、解答题
13.(10分)如图所示,同一竖直平面内,有两根光滑绝缘杆OA和OB,与竖直线的夹角均为,两杆上均套有能自由滑动的导体小球,两球的质量均为,带电量均为,且静止于同一竖直高度处,,问:
(1)两球相距多远?
(2)OC为AB中垂线,OC线上何处电场强度最小?最小场强是多少?
【答案】(1)
(2)见解析
【详解】(1)设平衡时两球相距L,对其中一个小球为对象,由平衡条件可得
由库仑定律可得
联立解得
(2)经分析可知在OC与AB的交点,即AB的中点处场强最小,设该点到O点的距离为,根据几何关系可知
且最小场强为零。
14.(12分)如图所示,用两根不可伸长的绝缘细线将A、B两带电小球悬挂于O点,电荷量分别为+9q、+q,质量分别记为m1和m2,静止时A、B两球处于同一水平线上,其中O点到B球的距离OB=L,∠AOB=90°,∠OAB=30°,带电小球均可视为点电荷,静电力常量为k。求:
(1)A、B间的库仑力大小;
(2)A、B两球的质量m1和m2之比;
(3)A、B连线上且在O点的正下方C点的电场强度。
【答案】(1)
(2)1:3
(3)零
【详解】(1)由几何关系可知,A、B间距为
根据库仑定律,A、B之间的库仑力大小为
(2)对A、B受力分析如图所示
对A球有
对B球有
解得
(3)两个带电小球A、B在C点产生的电场强度大小分别为
,
二者方向相反,因此C点的合场强为零。
15.(18分)如图所示,一质量,电荷量的带电小球A用长为20cm的轻质绝缘细线悬挂于O点,另一带电量未知的小球B固定在O点正下方绝缘柱上(A、B均可视为点电荷)。当小球A平衡时,恰好与B处在同一水平线上,此时细线与竖直方向的夹角,已知重力加速度,静电力常量,求:
(1)小球A受到的静电力大小;
(2)小球A所在位置的场强大小和方向;
(3)小球B的电荷量。
【答案】(1)
(2),方向水平向右
(3)
【详解】(1)小球处于静止状态,由力的平衡条件可得
(2)根据电场强度定义式
解得电场强度大小为,方向水平向右。
(3)根据库仑定律可得
根据几何关系可得
解得
答案第10页,共12页
2
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静电场及其应用章末练习卷
本试卷满分100分,考试时间75分钟。
注意事项:
1.答卷前,考生务必将自己的姓名,准考证号填写在答题卡上。
2.答选择题时,选出每小题答案后,用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑。如需改动,用橡皮擦干净后,再选涂其他答案标号。答非选择题时,将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
3.考试结束后,将本试卷和答题卡一并交回。
一、选择题:本题共10小题,共46分。在每小题给出的四个选项中,第1-7题只有一项符合题目要求,每小题4分;第8-10题有多项符合题目要求,每小题6分,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。
1.如图甲所示,四个四分之一绝缘圆弧所带电荷量大小相等,且电荷均匀分布。已知这四个带电绝缘圆弧在坐标原点O处产生的电场强度大小为E,则如图乙所示的两个带电绝缘圆弧在坐标原点O处产生的电场强度大小为( )
A. B. C.E D.
2.两个相距很近的等量异种点电荷组成的系统称为电偶极子。如图,电荷量分别为和,电荷间距为l,坐标原点O为两者连线中点,电偶极子沿y轴放置,P点位于x轴上,距离O点的距离为r,且。则P点的场强大小为( )(真空中静电力常量为k)
A. B. C. D.
3.如图所示,两带电小球的质量均为,小球A用一端固定在天花板上的绝缘细线连接,小球B用固定的绝缘轻杆连接。A球静止时,轻绳与竖直方向的夹角为,两球连线与竖直方向的夹角为,整个系统在同一竖直平面内,重力加速度为。下列说法正确的是( )
A.两小球可能带同种电荷 B.细线的拉力大小为
C.两小球间的库仑力大小为 D.剪断细线瞬间A球加速度大小为
4.如图所示,实线是未标明方向的由点电荷产生的电场线,虚线是某一带电粒子通过该电场区域时的运动轨迹,a、b是轨迹上的两点。若带电粒子在运动中仅受静电力作用,根据此图不能做出推断的是( )
A.带电粒子所带电荷的电性
B.带电粒子在a、b两点的受力方向
C.带电粒子在a、b两点何处加速度较大
D.带电粒子在a、b两点何处速度较小
5.于光滑水平面的x轴上有三个带电小球M、N、P(均视为质点)均处于静止状态,其中M、N的电荷量分别为C、C,坐标分别为0、4cm(如图所示)。则P的电荷量Q和坐标x分别为( )
A.C,cm B.C,cm
C.C,cm D.C,cm
6.下列说法中正确的是( )
A.公式中,q指的是场源电荷的电荷量
B.公式中,Q指的是试探电荷的电荷量
C.电场是客观存在的而电场线实际并不存在
D.体积很小的带电小球一定可以看成点电荷
7.如图所示,两个质量均为m的带电小球A和B,用绝缘细绳悬挂起来处于静止状态,则下列说法正确的是( )
A.若A球质量加倍,则稳定后A、B球间距加倍
B.若A球电荷量加倍,则稳定后A、B球间距加倍
C.剪断细绳瞬间,B球加速度大小为g
D.剪断细绳瞬间,A球加速度大小为2g
8.如图所示,圆弧形槽固定在地面上,为水平直径,在光滑的半球形绝缘内壁有质量分别为、两带同种电荷的小球,各自带电量为、,、两小球与球心点的连线与竖直方向分别成、夹角,处于静止状态,圆弧形槽对、两小球的弹力分别为、,已知,则( )
A.
B.可能有
C.
D.若球电量减小,球会降低,球会升高
9.关于电场,下列说法正确的是( )
A.电场是一种客观存在的特殊物质形态
B.我们虽然不能用手触摸到电场的存在,却可以用检验电荷去探测它的存在和强弱
C.电场不会存在于绝缘体中,但可以存在于导体中
D.在真空中,电荷无法激发电场
10.如图所示,正四面体的棱长为L,O点为底面abc的中心,P点位于Od的延长线上,且。在四面体的顶点a、b、c处各固定一电荷量为Q的正电荷,P点处再放置某电荷,顶点d处的电场强度为0,静电力常量为k。下列说法正确的是( )。
A.P点处的电荷一定带正电
B.P点处电荷的电荷量为
C.O点处的电场强度大小为
D.将P点的电荷移至O点后,d点处的电场强度大小为
二、非选择题:本题共5小题,共54分。
11.(6分)某物理兴趣小组利用图示装置来探究影响电荷间的静电力的因素。图甲中,A是一个带正电的物体,系在绝缘丝线上的带正电的小球会在静电力的作用下发生偏离,静电力的大小可以通过丝线偏离竖直方向的角度显示出来。他们分别进行了以下操作。
步骤一:如图甲所示,用绝缘柄固定带电物体,把系在丝线上的带电小球先后挂在横杆上的、、等位置,比较小球在不同位置所受静电力的大小。
步骤二:如图乙所示,固定带电小球B处于同一位置,用绝缘柄移动带电物体,使和带电小球B的距离保持不变。增大或减小其所带的电荷量,比较小球所受的静电力大小。
(1)图中实验采用的方法是______(填正确选项前的字母)。
A.理想实验法 B.等效替代法 C.微小量放大法 D.控制变量法
(2)为了比较带电小球所受带电体的作用力的大小,下列方法最好的是______。
A.比较小球抬起的高度 B.比较小球往右偏移的距离
C.比较丝线偏离竖直方向的角度 D.比较丝线的长度
(3)如图乙所示缓慢移动绝缘底座,改变和的距离,得到五组、数据,根据库仑定律,拟合的库仑力与距离的关系图像可能正确的是______;
A. B. C.
12.(8分)(1)如图所示,取甲、乙两个验电器,用一根长的导体杆把它们连接在一起,用带正电的有机玻璃棒靠近验电器乙的上端,甲会带正电,乙会带负电。关于甲、乙带电的现象,下列说法正确的是( )
A.这是感应起电现象,遵守电荷守恒定律
B.这是摩擦起电现象,遵守电荷守恒定律
C.这是感应起电现象,不遵守电荷守恒定律
D.这是摩擦起电现象,不遵守电荷守恒定律
(2)如图所示,一个原来不带电的半径为r的空心金属球放在绝缘支架上,右侧放一个电荷量为+Q的点电荷,点电荷到金属球的球心距离为3r。达到静电平衡后,下列说法正确的是( )
A.金属球的左侧感应出负电荷,右侧感应出正电荷
B.点电荷Q在金属球内产生的电场的场强处处为零
C.金属球最左侧表面的电势高于最右侧表面的电势
D.感应电荷在金属球球心处产生的电场强度大小为
(3)上题(2)中,若先用金属网把不带电的金属球罩起来,再使带正电点电荷靠近金属网。跟原来相比会出现什么变化?并解释原因__。
(4)为观察电荷在导体上的分布规律,将一个大的导体安放在绝缘支架上,并使导体带上负电荷,如图所示,用带绝缘柄的小验电球P接触导体上的各点,再与不带电的验电器接触,通过验电器金箔片的张角判断各点的带电情况,主要实验步骤如下:
a.用P接触导体上的A点,再与不带电的验电器接触,发现验电器的金箔片张角较小;
b.用P接触导体上的B点,再与不带电的验电器接触,发现验电器的金箔片张角较大;
c.用P与导体的尖端C点接触,再与不带电的验电器接触,发现验电器的金箔片张角最大。由此可以确定:
电荷在导体表面的分布是不均匀的,突出的位置,电荷比较__;平坦的位置,电荷比较__
A.密集 B.稀疏
四、解答题
13.(10分)如图所示,同一竖直平面内,有两根光滑绝缘杆OA和OB,与竖直线的夹角均为,两杆上均套有能自由滑动的导体小球,两球的质量均为,带电量均为,且静止于同一竖直高度处,,问:
(1)两球相距多远?
(2)OC为AB中垂线,OC线上何处电场强度最小?最小场强是多少?
14.(12分)如图所示,用两根不可伸长的绝缘细线将A、B两带电小球悬挂于O点,电荷量分别为+9q、+q,质量分别记为m1和m2,静止时A、B两球处于同一水平线上,其中O点到B球的距离OB=L,∠AOB=90°,∠OAB=30°,带电小球均可视为点电荷,静电力常量为k。求:
(1)A、B间的库仑力大小;
(2)A、B两球的质量m1和m2之比;
(3)A、B连线上且在O点的正下方C点的电场强度。
15.(18分)如图所示,一质量,电荷量的带电小球A用长为20cm的轻质绝缘细线悬挂于O点,另一带电量未知的小球B固定在O点正下方绝缘柱上(A、B均可视为点电荷)。当小球A平衡时,恰好与B处在同一水平线上,此时细线与竖直方向的夹角,已知重力加速度,静电力常量,求:
(1)小球A受到的静电力大小;
(2)小球A所在位置的场强大小和方向;
(3)小球B的电荷量。
答案第10页,共12页
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