内容正文:
第12讲 热量计算专题
概|念|构|建
深|研|精|炼
1.单位规范
物理量
符号
国际单位
含义说明
吸收 / 放出的热量
焦耳(J)
物体通过热传递转移的内能多少
比热容
焦耳每千克摄氏度
物质的吸热本领,特性量,与质量、温度无关
质量
千克(kg)
研究对象的质量,计算时必须换算为千克
温度变化量
摄氏度(℃)
温度变化的差值,始终取正值
初温
摄氏度(℃)
物体初始状态的温度
末温
摄氏度(℃)
物体末状态的温度
2.核心公式
类型
公式
变形公式
吸热公式
;;
放热公式
;;
核心注意事项:温度变化量一定是高温减低温,结果取正值;质量必须用千克(kg)代入,题目给 “克” 时先除以 1000 换算;比热容是物质特性,不能说 “比热容与热量成正比、与质量成反比”。
3.高频易错点辨析
易错表述
正确解读
常见错误
温度升高了
温度变化量,直接代入公式
误加初温,用末温代入计算
温度升高到
末温为,温度变化量
直接将当作温度变化量代入
温度降低了
温度变化量,直接代入公式
误用初温代入计算
温度降低到
末温为,温度变化量
直接将当作温度变化量代入
4.通用解题四步规范
(1)审题意:明确研究对象、吸热还是放热、已知物理量与待求量。
(2)统单位:将所有物理量统一为国际单位,质量换算为千克。
(3)找变化量:区分初末温,计算温度变化量,确保为正值。
(4)代公式:写出原始公式,代入数值与单位,计算得出结果。
一、吸热计算
1.小林家安装了一台太阳能热水器,容积为80L,将热水器装满水。已知水的密度为,水的比热容为,求:
(1)热水器中水的质量是多少?
(2)水温升高20℃,水需吸收的热量是多少?
2.小星家买了一瓶的某款消毒液,已知该消毒液的密度,比热容,求:
(1)瓶内消毒液的质量;
(2)瓶内消毒液温度从20℃升高到30℃吸收的热量。
3.质量为1kg的铁锅中放有2kg的水,要把它们从20℃加热到80℃,已知铁的比热容是,水的比热容是,求:
(1)水吸收的热量是多少?
(2)铁锅要吸收多少热量?
二、放热计算
4.地热能是一种可再生能源,人类很早以前就开始利用地热能,例如温泉沐浴、医疗,地下热水取暖、建造农作物温室、水产养殖及烘干谷物等。试计算:【温泉水的密度为 ,比热容为】,求:
(1)100L的温泉水的质量;
(2)这些水从 80℃下降了50℃放出的热量。
5.一把质量为250g的合金刀,加热到420℃,然后在空气中自然冷却至室温(20℃)。已知c合金=0.42×103J/(kg·℃),求这把合金刀在冷却过程中放出多少热量?
6.在热水袋中装入0.2kg的热水,一段时间后,水温从降至,已知水的比热容为,通过计算回答:该过程中水放出的热量是多少?
三、热平衡计算
7.某学校组织九年级团员志愿者到敬老院参加公益活动,小红想给老人倒一盆60℃的洗脚水泡脚,她先往盆里倒入1.6L,25℃的冷水,然后再加入100℃的沸水混合,不考虑混合过程中的热量散失。已知水的密度为1.0×103kg/m3,比热容为4.2×103J/(kg·℃)。求:
(1)盆里冷水吸收的热量;
(2)需要100℃沸水的质量。
8.由于天气寒冷,吃早饭时妈妈用热水给小明加热瓶装牛奶。如图所示,热水的质量为,初温为;牛奶的质量为,初温为。最终水和牛奶的温度为50℃。不计热量损失,忽略牛奶瓶质量,,求:
(1)这个过程中热水放出的热量;
(2)牛奶的比热容。
9.“睡前常泡热水脚,舒筋活络睡眠好”。小丽需用温度为的水泡脚,便把的热水与、的冷水混合。若混合过程中没有热量的损失,求:
(1)冷水吸收的热量;
(2)所需热水的质量。
四、比热容计算
10.在标准大气压下,将质量为100 g的铜块从沸水中取出,迅速放入质量为100 g、温度为10 ℃的某液体中,混合后的共同温度是25℃。若不计热量损失,求:
(1)铜块在这种液体中释放的热量是多少?[c铜=0.4×103 J/(kg·℃)]
(2)这种液体的比热容是多少?
11.已知水的比热容为,为了测定铅的比热容,把质量为的铅块加热到98℃,再投入到的12℃的水中,混合后的共同温度为18℃。若不计热损失,求:
(1)水吸收的热量;
(2)铅块的比热容。
12.为了测量某种液体的比热容,把质量为100g的铜块从标准大气压下的沸水中取出,迅速投入质量为100g的温度为10℃的待测液体中,混合后的共同温度是25℃。(不计热量损失)【c铜=0.39×103J/(kg•℃)】求:
(1)铜块放出的热量是多少焦耳?
(2)这种液体的比热容是多少?
五、质量计算
13.由于天气渐凉,妈妈要用热水给小明加热250g的瓶装牛奶,如图所示,要使这瓶牛奶的温度由10℃最终升高到50℃,水的比热容为4.2×103J/(kg•℃),牛奶的比热容为2.1×103J/(kg•℃),不计热量损失,则:
(1)牛奶需要吸收多少热量?
(2)若用热水加热牛奶的效率是50%,热水放出了多少热量?
(3)利用(2)的数据,妈妈至少需要用60℃的热水多少千克?
14.小明妈妈用热水给小明热牛奶喝,袋装牛奶的标签上标明牛奶质量为420g,温度从25℃加热至75℃,所用热水初温为95℃,(水的比热容为,牛奶的比热容为),试求:
(1)牛奶吸收了多少热量?
(2)所需热水的质量至少多少kg?
15.吃早餐时小聪用热水加热牛奶,如图所示,热水从60℃降低至40℃,牛奶的温度由20℃升高到40℃,不计热量损失[,]求:
(1)水放出的热量?
(2)牛奶的质量?
六、温度变化量计算
16.打制铁质工具时要淬火以提高工具的硬度。现将一个质量为420g、温度为的烧红的铁件淬火,淬火后温度降低到。[已知铁的比热容为,水的比热容为,假设整个过程没有热量散失。]
(1)此过程中铁件释放的热量为多少?
(2)若这些热量全部用于加热质量为5kg、温度为的水,则水温将升高多少?
17.已知煤油的比热容为,则质量为2kg、初温为30℃的煤油:
(1)当温度降低到10℃时放出的热量是多少?
(2)这些热量如果全部被质量为2kg的水吸收,温度升高多少℃?(水的比热容为)
18.在1个标准大气压下,用电热水壶加热质量为2kg,初始温度为20℃的水。
(1)若水温升高到50℃,求水吸收的热量;【】
(2)若水继续吸收热量,求水变化的温度。
七、末温计算
19.在标准大气压下,将一壶内质量为2kg,初温为30℃的水,加热到80℃。求:
(1)水吸收的热量Q吸;
(2)接着再继续加热,若水又吸收了3.36×105J的热量,求水的末温t末。
20.如图所示,一个质量为2kg锻好的铁器毛坯,温度为700℃,淬火使它的温度降低到200℃,释放的热量有84%被质量为10kg、初温为20℃的水吸收,[,]。求:
(1)铁器毛坯释放的热量;
(2)水吸收的热量;
(3)水的末温。
21.白天海滩上的沙子热得烫脚,海水却非常凉爽,这是因为海水的比热容较大。若50kg的沙子升高15℃吸收的热量全部被质量为2kg的水吸收,水的初始温度为20℃,已知,。试问:
(1)水吸收的热量是多少?
(2)在1个标准大气压下,吸收热量后水的温度是多少?(结果保留整数)
八、图像计算
22.在完全隔热的装置内,用同一电加热器给100g水和100g油分别加热,其温度随加热时间变化的关系如图所示,问:[已知]
(1)水在4min内吸收了多少热量?
(2)油的比热容是多少?
23.小红在实验室利用电热器加热(电热器相同时间放出的热量相同),完成了冰的熔化实验,并描绘出冰的温度随加热时间变化的关系图像如图所示。实验时,冰的质量为0.5kg,相同时间冰和水吸收的热量相同。[水的比热容为 4.2×103J/(kg·℃)]求:
(1)CD段水吸收的热量;
(2)冰的比热容。
24.小斌组装了如图甲、乙所示的装置,用相同加热器给初温均为20°C的甲、乙液体加热,其中甲容器中液体是水,乙容器中的液体质量为0.4kg。这两种液体的温度和加热时间的图线如图丙所示,已知水的比热容为。
(1)若水从20°C加热到40°C过程中,共吸收热量1.68×104J,则水的质量为多少?
(2)乙液体的比热容是多少?
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第12讲 热量计算专题
概|念|构|建
深|研|精|炼
1.单位规范
物理量
符号
国际单位
含义说明
吸收 / 放出的热量
焦耳(J)
物体通过热传递转移的内能多少
比热容
焦耳每千克摄氏度
物质的吸热本领,特性量,与质量、温度无关
质量
千克(kg)
研究对象的质量,计算时必须换算为千克
温度变化量
摄氏度(℃)
温度变化的差值,始终取正值
初温
摄氏度(℃)
物体初始状态的温度
末温
摄氏度(℃)
物体末状态的温度
2.核心公式
类型
公式
变形公式
吸热公式
;;
放热公式
;;
核心注意事项:温度变化量一定是高温减低温,结果取正值;质量必须用千克(kg)代入,题目给 “克” 时先除以 1000 换算;比热容是物质特性,不能说 “比热容与热量成正比、与质量成反比”。
3.高频易错点辨析
易错表述
正确解读
常见错误
温度升高了
温度变化量,直接代入公式
误加初温,用末温代入计算
温度升高到
末温为,温度变化量
直接将当作温度变化量代入
温度降低了
温度变化量,直接代入公式
误用初温代入计算
温度降低到
末温为,温度变化量
直接将当作温度变化量代入
4.通用解题四步规范
(1)审题意:明确研究对象、吸热还是放热、已知物理量与待求量。
(2)统单位:将所有物理量统一为国际单位,质量换算为千克。
(3)找变化量:区分初末温,计算温度变化量,确保为正值。
(4)代公式:写出原始公式,代入数值与单位,计算得出结果。
一、吸热计算
1.小林家安装了一台太阳能热水器,容积为80L,将热水器装满水。已知水的密度为,水的比热容为,求:
(1)热水器中水的质量是多少?
(2)水温升高20℃,水需吸收的热量是多少?
【答案】(1)
(2)
【解析】【小题1】水的体积为,热水器中水的质量
【小题2】水需吸收的热量
2.小星家买了一瓶的某款消毒液,已知该消毒液的密度,比热容,求:
(1)瓶内消毒液的质量;
(2)瓶内消毒液温度从20℃升高到30℃吸收的热量。
【答案】(1)0.4kg
(2)
【解析】(1)消毒液的体积为
瓶内消毒液的质量为
(2)瓶内消毒液温度从20℃升高到30℃吸收的热量为
3.质量为1kg的铁锅中放有2kg的水,要把它们从20℃加热到80℃,已知铁的比热容是,水的比热容是,求:
(1)水吸收的热量是多少?
(2)铁锅要吸收多少热量?
【答案】(1)
(2)
【解析】(1)根据得,水吸收的热量
(2)根据得,铁锅吸收的热量
二、放热计算
4.地热能是一种可再生能源,人类很早以前就开始利用地热能,例如温泉沐浴、医疗,地下热水取暖、建造农作物温室、水产养殖及烘干谷物等。试计算:【温泉水的密度为 ,比热容为】,求:
(1)100L的温泉水的质量;
(2)这些水从 80℃下降了50℃放出的热量。
【答案】(1)100kg
(2)
【解析】(1)因为,所以温泉水的体积,温泉水的密度为,100L的温泉水的质量
(2)水从80℃下降了50℃放出的热量
5.一把质量为250g的合金刀,加热到420℃,然后在空气中自然冷却至室温(20℃)。已知c合金=0.42×103J/(kg·℃),求这把合金刀在冷却过程中放出多少热量?
【答案】
【解析】合金刀放出的热量
6.在热水袋中装入0.2kg的热水,一段时间后,水温从降至,已知水的比热容为,通过计算回答:该过程中水放出的热量是多少?
【答案】
【解析】水的比热容,质量,温度变化
水放出的热量
三、热平衡计算
7.某学校组织九年级团员志愿者到敬老院参加公益活动,小红想给老人倒一盆60℃的洗脚水泡脚,她先往盆里倒入1.6L,25℃的冷水,然后再加入100℃的沸水混合,不考虑混合过程中的热量散失。已知水的密度为1.0×103kg/m3,比热容为4.2×103J/(kg·℃)。求:
(1)盆里冷水吸收的热量;
(2)需要100℃沸水的质量。
【答案】(1)
235200 J
(2)
1.4 kg
【解析】(1)冷水的体积
质量
冷水温度变化
因此吸收的热量
(2)沸水与冷水混合后达到热平衡,且不考虑热量散失,因此沸水放出的热量等于冷水吸收的热量。沸水温度变化
由热平衡方程
解得
8.由于天气寒冷,吃早饭时妈妈用热水给小明加热瓶装牛奶。如图所示,热水的质量为,初温为;牛奶的质量为,初温为。最终水和牛奶的温度为50℃。不计热量损失,忽略牛奶瓶质量,,求:
(1)这个过程中热水放出的热量;
(2)牛奶的比热容。
【答案】(1)
(2)
【解析】(1)设热水的质量为m水,初温为t0,末温为t,比热容为c水,热水放出的热量Q放=c水 m水(t0- t)=4.2×103J/(kg·℃)×0.4kg×(60℃-50℃)=1.68×104J
(2)设牛奶的质量为m奶,初温为t´0,末温为t´,比热容为c奶,不计热量损失,牛奶吸收的热量等于热水放出的热量,即Q吸=Q放=1.68×10⁴J
牛奶吸收的热量Q吸=c奶m奶(t´-t´0)
所以,牛奶的比热容c奶==
9.“睡前常泡热水脚,舒筋活络睡眠好”。小丽需用温度为的水泡脚,便把的热水与、的冷水混合。若混合过程中没有热量的损失,求:
(1)冷水吸收的热量;
(2)所需热水的质量。
【答案】(1)
(2)2.4kg
【解析】(1)冷水温度变化
根据热量公式,代入数据
(2)热水温度变化
根据条件热水放出的热量,列热平衡方程
解得
四、比热容计算
10.在标准大气压下,将质量为100 g的铜块从沸水中取出,迅速放入质量为100 g、温度为10 ℃的某液体中,混合后的共同温度是25℃。若不计热量损失,求:
(1)铜块在这种液体中释放的热量是多少?[c铜=0.4×103 J/(kg·℃)]
(2)这种液体的比热容是多少?
【答案】(1)3000J;(2)2.0×103 J/(kg·℃)
【解析】解:(1)在标准大气压下,铜块从沸水中取出时,温度为100℃,放入某液体后,放出的热量
Q放=c铜m(t-t0)=0.4×103J/(kg·℃)×0.1kg×(100-25)℃=3×103J=3000J
(2)不计热损失时,铜块放出的热量等于液体吸收的热量,所以
答:(1)铜球在这种液体中释放的热量是3000J;
(2)这种液体的比热容是2.0×103 J/(kg·℃)。
11.已知水的比热容为,为了测定铅的比热容,把质量为的铅块加热到98℃,再投入到的12℃的水中,混合后的共同温度为18℃。若不计热损失,求:
(1)水吸收的热量;
(2)铅块的比热容。
【答案】(1);(2)
【解析】解:(1)水吸收的热量
Q吸=c水m水(t-t0水)=4.2×103J/(kg•℃)×0.08kg×(18℃-12℃)=2016J
(2)已知不计热损失,则
Q放=Q吸=2016J
由Q放=cm(t0-t)得铅的比热容
c铅== =126J/(kg•℃)
答:(1)水吸收的热量为2016J;
(2)铅块的比热容是126J/(kg•℃)。
12.为了测量某种液体的比热容,把质量为100g的铜块从标准大气压下的沸水中取出,迅速投入质量为100g的温度为10℃的待测液体中,混合后的共同温度是25℃。(不计热量损失)【c铜=0.39×103J/(kg•℃)】求:
(1)铜块放出的热量是多少焦耳?
(2)这种液体的比热容是多少?
【答案】(1)2925J;(2)1.95×103J/(kg·℃)
【解析】解:(1)铜块的质量
m铜=100g=0.1kg
铜块放出的热量
Q放=c铜m铜Δt铜=0.39×103J/(kg·℃)×0.1kg×(100℃﹣25℃)=2925J
(2)若不计热量损失,这些热量被液体吸收
Q吸=Q放=2925J
由Q=cmΔt得,这种液体的比热容
答:(1)铜放出的热量为2925J;
(2)这种液体的比热容为1.95×103J/(kg·℃)。
五、质量计算
13.由于天气渐凉,妈妈要用热水给小明加热250g的瓶装牛奶,如图所示,要使这瓶牛奶的温度由10℃最终升高到50℃,水的比热容为4.2×103J/(kg•℃),牛奶的比热容为2.1×103J/(kg•℃),不计热量损失,则:
(1)牛奶需要吸收多少热量?
(2)若用热水加热牛奶的效率是50%,热水放出了多少热量?
(3)利用(2)的数据,妈妈至少需要用60℃的热水多少千克?
【答案】(1)2.1×104J
(2)4.2×104J
(3)1kg
【解析】(1)根据计算牛奶吸收的热量为
(2)根据计算水的放热
(3)根据计算需要60℃热水的质量
14.小明妈妈用热水给小明热牛奶喝,袋装牛奶的标签上标明牛奶质量为420g,温度从25℃加热至75℃,所用热水初温为95℃,(水的比热容为,牛奶的比热容为),试求:
(1)牛奶吸收了多少热量?
(2)所需热水的质量至少多少kg?
【答案】(1);(2)0.625kg
【解析】解:(1)牛奶吸收的热量为
(2)若热量不损失,则所需热水的质量最少,热水质量为
答:(1)牛奶吸收的热量为;
(2)所需热水的质量至少为0.625kg。
15.吃早餐时小聪用热水加热牛奶,如图所示,热水从60℃降低至40℃,牛奶的温度由20℃升高到40℃,不计热量损失[,]求:
(1)水放出的热量?
(2)牛奶的质量?
【答案】(1)
(2)
【解析】(1)由热量公式可得,热水从60℃降低至40℃时,水放出的热量为
(2)若不计热量损失,水放出的热量被牛奶完全吸收,则牛奶吸收的热量等于水放出的热量。由热量公式可得,
六、温度变化量计算
16.打制铁质工具时要淬火以提高工具的硬度。现将一个质量为420g、温度为的烧红的铁件淬火,淬火后温度降低到。[已知铁的比热容为,水的比热容为,假设整个过程没有热量散失。]
(1)此过程中铁件释放的热量为多少?
(2)若这些热量全部用于加热质量为5kg、温度为的水,则水温将升高多少?
【答案】(1)
(2)
【解析】(1)铁件释放的热量
(2)这些热量全部被水吸收后,水升高的温度
17.已知煤油的比热容为,则质量为2kg、初温为30℃的煤油:
(1)当温度降低到10℃时放出的热量是多少?
(2)这些热量如果全部被质量为2kg的水吸收,温度升高多少℃?(水的比热容为)
【答案】(1)8.4 × 104J
(2)10°C
【解析】(1)温度降低到10℃时,温度的变化量为
温度降低到10℃时放出的热量
(2)热量全部被水吸收,即
水的质量为2kg,水的比热容为,由 可知,水温度升高量
18.在1个标准大气压下,用电热水壶加热质量为2kg,初始温度为20℃的水。
(1)若水温升高到50℃,求水吸收的热量;【】
(2)若水继续吸收热量,求水变化的温度。
【答案】(1)2.52×105J
(2)50℃
【解析】(1)水吸收的热量Q吸=c水mΔt=4.2×103J/(kg·℃)×2kg×(50℃-20℃)=2.52×105J
(2)由Q=cmΔt可知,水变化的温度
此时水的末温t末=t初+Δt'=50℃+70℃=120℃
但在1个标准大气压下,水的沸点是100℃<120℃,所以水的末温应该是100℃,即水实际升高的温度Δt'=100℃-50℃=50℃
七、末温计算
19.在标准大气压下,将一壶内质量为2kg,初温为30℃的水,加热到80℃。求:
(1)水吸收的热量Q吸;
(2)接着再继续加热,若水又吸收了3.36×105J的热量,求水的末温t末。
【答案】(1)4.2×105J
(2)100℃
【解析】(1)水吸收的热量为
(2)水升高的温度
则
在一个标准大气压下水的沸点为100℃,所以水的末温为100℃。
20.如图所示,一个质量为2kg锻好的铁器毛坯,温度为700℃,淬火使它的温度降低到200℃,释放的热量有84%被质量为10kg、初温为20℃的水吸收,[,]。求:
(1)铁器毛坯释放的热量;
(2)水吸收的热量;
(3)水的末温。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】(1)铁器毛坯释放的热量为
(2)水吸收的热量为
(3)水升高的温度为
水的末温为
21.白天海滩上的沙子热得烫脚,海水却非常凉爽,这是因为海水的比热容较大。若50kg的沙子升高15℃吸收的热量全部被质量为2kg的水吸收,水的初始温度为20℃,已知,。试问:
(1)水吸收的热量是多少?
(2)在1个标准大气压下,吸收热量后水的温度是多少?(结果保留整数)
【答案】(1)
(2)100℃
【解析】(1)水吸收的热量等于沙子吸收的热量。沙子吸收的热量为
因此,水吸收的热量为
(2)吸收热量后水的温度升高的度数为
水的末温
在1个标准大气压下,水的沸点为100℃,且水沸腾后温度保持不变,因此吸收热量后水的温度为100℃。
八、图像计算
22.在完全隔热的装置内,用同一电加热器给100g水和100g油分别加热,其温度随加热时间变化的关系如图所示,问:[已知]
(1)水在4min内吸收了多少热量?
(2)油的比热容是多少?
【答案】(1)
(2)
【解析】(1)由图像可知,水在4min内温度从0℃升高到10℃,根据公式可知,水在4min内吸收的热量为
(2)用同一电加热器加热,在相同时间内,水和油吸收的热量相等,则在4min内,油吸收的热量为
由图像可知,油在4min内温度从0℃升高到20℃,根据公式可知,油的比热容为
23.小红在实验室利用电热器加热(电热器相同时间放出的热量相同),完成了冰的熔化实验,并描绘出冰的温度随加热时间变化的关系图像如图所示。实验时,冰的质量为0.5kg,相同时间冰和水吸收的热量相同。[水的比热容为 4.2×103J/(kg·℃)]求:
(1)CD段水吸收的热量;
(2)冰的比热容。
【答案】(1)4.2×104J;
(2)2.1×103J/(kg·℃)
【解析】(1)由题意知,冰的质量为0.5kg,熔化为水后质量不变,CD段水升高的温度为20℃,则水吸收的热量为
Q吸=c水m水Δt=4.2×103J/(kg·℃)×0.5kg×20℃=4.2×104J
(2)由题意知,相同时间冰和水吸收的热量相同,而AB段冰吸热时间为CD段水吸热时间的一半,所以AB段吸收的热量为CD段水吸收热量的一半,即
AB段冰升高的温度为20℃,则冰的比热容
24.小斌组装了如图甲、乙所示的装置,用相同加热器给初温均为20°C的甲、乙液体加热,其中甲容器中液体是水,乙容器中的液体质量为0.4kg。这两种液体的温度和加热时间的图线如图丙所示,已知水的比热容为。
(1)若水从20°C加热到40°C过程中,共吸收热量1.68×104J,则水的质量为多少?
(2)乙液体的比热容是多少?
【答案】(1)
0.2kg
(2)
2.1×103J/(kg·°C)
【解析】(1)水的温度变化量为Δt=t-t₀=40°C-20°C=20°C
水的质量为
(2)由题意可知,实验中使用相同的加热器,这意味着在相同的时间内,两种液体吸收的热量是相等的。由图丙可知,当加热时间为60s时,水(甲)的温度从20°C升高到80°C,温度变化量为Δt甲= 80°C-20°C=60°C
根据题意,乙液体的初温也为20°C,从图丙可知,加热60s后其温度也升高到80°C(达到沸点),温度变化量为Δt乙=80°C-20°C=60°C
在60s内,两种液体吸收的热量相等,即Q吸甲=Q吸乙
根据吸热公式可得c水m水Δt甲=c乙m乙Δt乙
代入数据得4.2×103J/(kg·°C) × 0.2kg×60°C= c乙×0.4kg×60°C
解得
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