内容正文:
现信号加载;另一种是调频,即通过改变电磁波的频率来实
现信号加载。由题意可知高频载波的振幅随电信号改变,
所以调制方式为调幅,故选C。]
2.AD[调制是把低频信号加到高频电磁波上增强发射能
力,也就是把含有信息的低频信号加载到高频电磁波上,频
率变大,即辐射能量的本领变强,易于向外发射,A正确;电
磁波在空气中的波速接近光速,传播速度不变,B错误;根
据=入∫可知,速度不变的情况下,频率改变,则波长必然
改变,C错误;要把电磁波有效地发射出去,必须有足够高
的频率,经过调制之后的波具有较高频率,从而把我们要告
知对方的信号有效地传递出去,D正确。」
要点2
探究导入提示:调节旋钮改变的是可变电容器的电容,可以
改变调谐电路的频率,使它跟要接收的电台发出的电磁波
的频率相同,这个频率的电磁波在调谐电路里激起较强的
感应电流,这样就选出了这个电台。
探究归纳
[典例2][解析]发生电谐振时两电路的固有频率相同。
为使回路发生电谐振,可以改变可变电容器C,使∫,=f1,
即1
2π√L,C,2x√/LC
C,-L,C-40x200pF=50pF.
L
160
发生电谐振时的频率
1
f1-2r√L
=≈1.78X10Hz=1.78MHz。
[答案]改变可变电容器C,的电容,使C,为50pF
1.78 MHz
针对训练
3.AD[当处于电谐振时,所有的电磁波仍能在接收电路中
产生感应电流,只不过频率跟谐振电路固有频率相等的电
磁波,在接收电路中激发的感应电流最强。由调谐电路接
收的感应电流,要再经过检波(也就是调制的逆过程)、放
大,通过耳机才可以听到声音,故正确答案为A、D。]
4.ABC[接收电路与电磁波发生电谐振时,即接收电路的固
有频率等于电磁波的频率时,电路中激起的感应电流最大,
选项A正确;根据调谐的概念可知,选项B正确,D错误;收
音机的接收电路是LC振荡回路,选项C正确。]
要点3
探究导入提示:(1)设有。
(2)它的原理是体温越高,辐射红外线越强。
探究归纳
[典例3][解析]X射线有很高的穿透本领,常用于医学上
透视人体,红外线没有,选项A错误;过强的紫外线照射对
人的皮肤有害,选项B错误;电磁波中频率最大的为Y射
线,其波长最短,最不容易发生衍射现象,选项C错误;紫外
线和X射线都可以使感光底片感光,选项D正确。
[答案]D
针对训练
5.BCD[红外线测温仪,是利用了红外线的热效应,故A错
误;X射线具有穿透性、荧光性和摄影效应的特性,所以可
以用来做胸透,故B正确;Y射线能量高、穿透力强,医院常
用Y射线照射瘟细胞治疗癌症,故C正确:医用紫外灭菌灯
是利用了紫外线的消毒特性,故D正确。]
6.D[验钞机发出的是紫外线,遥控器发出的是红外线,故
选D。」
素养演练·提升技能
1.ACD[电磁波的发射过程中,一定要对低频输入信号进行
调制,把传输信号加到高频电流上,为了有效地向外发射电
磁波,必须使用开放电路,A、C、D正确。产生电谐振是在
信号接收过程,B错误。]
2.ABD[雷达发射的是不连续的电磁波,采用微波进行发
射。根据多普勒效应,当目标离雷达天线而去时反射信号
-21
频率低于发射信号频率,当目标向雷达天线靠近时反射信
号频率高于发射信号频率,故选项A、B、D正确,C错误。]
3.C[发射长波、中波、短波的天线使用的是LC开放式电
路,A错误:使载波随各种信号而改变的技术叫作调制,B
错误;把声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程叫
作解调,C正确:使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐,D
错误。
4.C[由各种电磁波的性质可知C正确。]
5.解析(1)各种无线电波通过天线时,所有的电磁波都能在接
收电路中产生感应电流,调谐电路的固有频率等于90MHz
时,在接收电路中激发的感应电流最强,由调谐电路接收的感
应电流,要再经过解调、放大、通过耳机才可以听到声音。
(2)由c=f入可知
A=c=.
3×10
f90X10m≈3.33m。
(3)要接收频率为98.6MHz的无线电波,应增大调谐电路
的固有频率,根据∫=
2r√/LC
及C三可知,应把调谐
电路中可变电容器的动片旋出一些以减小电容。
答案(1)90MHz(2)3.33m(3)旋出一些
章末综合提升
核心素养提升
[典例1][解析]根据电路图可知1=五匹=工时刻,
2
回路中电流最大,电场能全部转化为磁场能,A错误;2=
π√C=时刻,回路中电流为0,磁场能全部转化为电场
能,B错误:从0时刻到,=C时刻,电容器放电,上极
2
板的电子从b到a移动,所以电流从a到b流过电流表,电
场能向磁场能转化,C正确:从=C时刻到,
2
π√LC时刻,电容器充电,电流从口到b流过电流表,磁场
能向电场能转化,D错误。
[答案]C
[典例2][解析]第一次测量时汽车距雷达的距离s1=
号,第二次测量时汽车距雪达的距离与=受,两次发射时
间间隔为,则汽车车速0=三=二2=ct一七》
2t
[答案]o=t,一t)
2t
第五章传感器
1
认识传感器
2
常见传感器的工作原理及应用
必备知识·自主梳理
一、1.明暗强弱低于高于2.红外线红外线传感器
3.乙醇传感器浓度4.规律电压电流电路的
通断
二、1.力传感器磁传感器声传感器2.成分浓度
3.酶传感器微生物传感器
三、1.非电学量2.电信号3.检测转换
四、1.越小2.差增强变好3.光照强弱电阻
五、2.增大
六、1.形变电阻2.金属梁电阻应变片应变片
即学即用
1.(1)√(2)×(3)×(4)/
2.B[根据题意可知,当键被按下后,电容器的电容发生了变
化,与之相连的电子电路才能给出相应的信号,即力信号转
化成了电信号,故键盘中使用的传感器是压力传感器。故
选B。
3.AB[传感器能够感受诸如力、温度、声、光、化学成分等被:
铁的磁场减弱,磁敏电阻阻值减小,右侧电路总电流变大,
测量,并能把它们按照一定的规律转化为便于传送和处理·
路端电压减小,故灯泡L。变暗:由于通过L,支路的电流变
的可用信号输出,通常转换成的可用信号是电压、电流等电·
大,故L1变亮。
学量。故选A、B。]
答案L。变暗,L1变亮
关键能力·合作探究
3利用传感器制作简单的自动控制装置
要点1
、
实验研析·创新学习
探究导入提示:它是声电传感器,输入的是声信号,输出的[典例][解析]电池、光敏电阻与开关及干簧管继电器开
是电信号。
关外面的接线构成一个回路:而另一组电池、蜂鸣器与千簧
探究归纳
管继电器开关里面的接线构成又一个回路。当有光照时,
[典例1][解析]传感器材料分为半导体材料、陶瓷材料、
光敏电阻阻值变小,使得干簧管继电器开关产生磁场,使开
金属材料和有机材料等,A错误,B正确:传感器是通过非!
关接通,最终使得蜂鸣器发声,电路如图所示。
电学量转换成电学量来传递信号的,C错误;水银温度计根
据热胀冷缩来测量温度,不是传感器,D错误。
干簧管继电器开关
[答案]B
光敏电阻的
蜂鸣器
针对训练
B
时A中电流1-是-品A=1.6X10A
光电报警装置
[答案]
(2)当电流1=20mA=20×103A时,压力传感器的电阻针对训练
见解析图
4.8
R三号20×10一0=2400,对应表格可知,这个人的体解析)光数电阻的阻值随无照度变化的曲线如图甲
重为50kg。
所示。
答案(1)1.6×10-2(2)50
+电阻k2
要点2
80米-十十
探究导入提示:当光被产品挡住时,R电阻增大,电路中电:
70
流减小,R。两端电压减小,信号处理系统得到低电压,每通:
601
过一个产品就获得一次低电压,并计数一次。
50
探究归纳
4
[典例2][解析]火警报警器使用了光传感器,故A错误;:
30
冰箱控温系统使用了温度传感器,故B正确;一般人体都有:
20t
恒定的体温,一般在37℃,所以会发出特定波长的红外线,!
101
被动式红外探头就是靠探测人体发射的红外线而进行工作!
的,人走向门口时,门会自动打开,是因为安装了红外线传·
0
0.20.40.60.81.01.21.4照度1x
感器,从而能感知红外线,导致门被打开,故C错误:灯要求
图甲
夜晚亮、白天熄,而白天有光,黑夜没有光,则是由光导致电
特,点:光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小。
路的电流变化,所以电路中光传感器导致电阻变化,实现自!
(2)电路原理图如图乙所示。控制开关自动启动照明系统,
动控制,因此利用的是半导体的光敏性,即为光电传感器,
给1、2两端提供电压,要求当天色渐暗照度降低至1.01x
故D错误。
时启动照明系统,即此时光敏电阻阻值为20k,两端电压
[答案]B
为2V,电源电动势为3V,所以应加上一个分压电阻,分压
针对训练
电阻阻值为10k2,即选用R。
2.B[增加光照强度时,R的阻值减小,电路的总电阻减小。
照明系统
根据闭合电路的欧姆定律可知,电路中的总电流增大,电源!
的总功率增大,路端电压减小,A灯变暗,A中的电流变小,
控制开关
则R2的电流变大,R,两端的电压变大,R,两端的电压变
小,B灯变暗,选项B正确,A、C、D错误。]
素养演练·提升技能
1.C[人走向门口时,门会自动打开,是因为安装了红外线传!
感器,从而能感知红外线,导致门被打开。]
2,A[当人将手机靠近耳朵接听电话时,改变了位移,并且
耳朵会挡住光线,所以可能用到的传感器为光传感器和位
图乙
移传感器,A正确,B、C、D错误。]
答案见解析
时:电路中总电流增大:由闭合电珍欧蚂定排可知总心阻素养演练·提升技能
3.AD[由电流表的变化判断半导体电阻的变化,温度升高{
减小,则热敏电阻阻值减小,导电性能变好,故A,D正确。]:1,解析(1)由题图甲可知当温度升高时RT的阻值减小,通
4.AC[铜板中的自由电荷是电子,电子定向移动的方向与
过线圈的电流变大,对衔铁的引力变大,可与α点接触,欲
电流的方向相反,由左手定则可判断出电子因受洛伦兹力·
使报警器报警,c应接在a,点。
作用向b侧偏转,所以>9,故A正确,B错误;因甲。一
(2)若使启动报警的温度提高些,可使电路的相对电流减小
=9所以电流增大时只一0增大,故C正确:若
一些,以使得热敏电阻RT的阻值减小得更大一些,所以将
滑动变阻器滑片P向左移动,增大滑动变阻器接入电路的
将铜板改为VCI溶液,溶液中的正、负离子均向b侧偏转,:
阻值。
9。一9|=0,即不产生霍尔效应,故D错误。]
(3)在调试报警器达最低报警温度时,无论如何调节滑动变
5.解析当滑片P向右移动时,滑动变阻器接入电路的阻值
阻器滑片P都不能使报警器工作,可能是通过线圈的电流
增大,电源电压不变,所以电磁铁电路中的电流减小,电磁
太小或线圈匝数太少,对衔铁的引力较小,也可能是弹簧的
227第五章
传感器
1认识传感器
2常见传感器的工作原理及应用
学习目标要求
核心素养和关键能力
1.知道传感器的概念和工作原理。
1.核心素养
2.知道光敏电阻、热敏电阻的特性和应用。
通过对传感器工作原理的理解,体会将非电学量转化为电学量的方法。
3.了解霍尔元件的原理
2.关键能力
4.会分析传感器在生活生产中的应用。
科学探究能力。
必备知识·自主梳理
预习新知夯实基础
一、神奇的传感器
二、传感器的种类
1.楼道灯自动开启:“声控一光控”开关会感知环境1.物理传感器:利用物质的物理特性或物理效应制
的
和声音的
只有环境的亮
作而成,如
等。
度
某一数值,同时声强
某一数2.化学传感器:利用电化学反应原理把无机或有机
值时,声控一光控开关才会接通,灯才会亮。
化学物质的
等转换为电信
2.自动门:有的自动门装有一种装置,当人走近时,
号,如离子传感器、气体传感器等。
可以检测出人体向外辐射的
,从而发出3.生物传感器:利用生物活性物质的选择性来识别
使自动门开关启动的命令。这种装置就是:
和测定生物化学物质,如
、细
胞传感器等。
3.便携式酒精检测仪:司机对着“便携式酒精检测:
三、传感器的组成与应用模式
仪”呼气,检测仪就会显示呼出气体中的酒精浓
1.敏感元件:是指能直接感受或响应外界被测
度,这是因为检测仪上装有“
”,它能感
的部分。
知乙醇的
4.传感器:它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成2.转换元件:是指能将敏感元件输出的信号直接转
分等被测量,并能把它们按照一定的
转
换成
的部分。
换为便于传送和处理的可用信号输出。通常转3.它们分别完成
和
两个基本
换成的可用信号是
等电学
功能。
量,或转换为
把非电学量转换为电学四、光敏电阻
量,可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。:1.特点:光照越强,电阻
113
物理选择性必修第二册
2.原因:光敏电阻的构成物质为半导体材料,无光:2.电子秤的组成及敏感元件:由
和
照时,载流子极少,导电性能
;随着光照
组成,敏感元件是
的
,载流子增多,导电性
3.电子秤的工作原理
3.作用:把
这个光学量转换为
这
金属梁
金属梁发
应变片的
两应变片上电
个电学量。
自由端
生弯曲
电阻变化
压的差值变化
受力F
五、金属热电阻和热敏电阻
1.热敏电阻
即学即用
热敏电阻由半导体材料制成,其电阻随温度的变
1.判断下列说法的正误。
化非常明显,如图甲所示为某一热敏电阻的电阻
(1)传感器可以把非电学量转化为电学量。
随温度变化的特性曲线。
(2)光敏电阻的阻值随光照的强弱而变化,光照
越强电阻越大。
(
(3)热敏电阻一般用半导体材料制作,导电能力
随温度的升高而增强,但灵敏度低。
()
(4)电阻应变片能够把物体的形变情况转变为电
2.金属热电阻
阻的变化。
(
有些金属的电阻率随温度的升高而
这
2.传感器广泛应用在我们的生活、生产中,常用的
样的电阻也可以制作温度传感器,称为热电阻,
计算机键盘就是一种传感器。如图所示,键盘上
如图乙所示为某金属导线电阻的温度特性曲线。
每一个键的下面都连一个小金属片,与该金属片
3.热敏电阻与金属热电阻的区别
隔有一定空气间隙的是另一个小的固定金属片,
热敏电阻
金属热电阻
这两个金属片组成一个小电容器。当键被按下
电阻随温度的变化
电阻率随温度的升高
时,此小电容器的电容发生变化,与之相连的电
特点
而变化且非常明显
而增大
子线路就能够检测出哪个键被按下,从而给出相
制作材料
半导体
金属导体
应的信号。这种计算机键盘使用的是
(
化学稳定性好,测温范
优点
灵敏度好
围大
能够将温度这个热学量转换为电阻这个电
作用
学量
A.温度传感器
B.压力传感器
4.注意:在工作温度范围内,电阻值随温度上升而
C.磁传感器
D.光传感器
增加的是正温度系数(PTC)热敏电阻器;电阻值
3.(多选)传感器担负着信息采集的任务,它可以
随温度上升而减小的是负温度系数(NTC)热敏
电阻器。
A.将力学量(如形变量)转换成电学量
六、电阻应变片
B.将热学量转换成电学量
1.电阻应变片的作用:电阻应变片能够把物体
C.将电学量转换成光学量
这个力学量转换为
这个电学量。
D.将电学量转换成力学量
114
第五章传感器
关键能力·合作探究
讲练设计探究重,点
要点1对传感器的认识
非常微弱的,通常要经过放大后再输送给控制系
统产生各种控制动作。传感器的工作原理如下
探究导入为解决楼道里的照明问题,在楼道内安
所示:
装一个传感器与控制电灯的电路连接。当楼道
非电
敏感
转换
转换
内有人走动而发出声响时,电灯即与电源接通而
电学量
学量
电路
发光,这种传感器是什么传感器,它的输入、输出
元件
元件
信号各是什么?
3.分类
工作原理
举例
利用物质的物理性
压电传感器、温度传
质和物理效应感知
感器、光电传感器、
物理传感器
并检测出待测对象
电感传感器、电容传
信息
感器等
利用化学反应识别
气敏传感器、湿敏传
化学传感器
和检测信息
感器等
利用生物活性物质
酶传感器、组织传感
生物传感器
的选择性识别和检
器、细胞传感器等
测信号
探究归纳
/特别提醒/
1.传感器的核心元件
(1)各类传感器的工作原理虽不完全相同,但大
(1)敏感元件:相当于人的感觉器官,直接感受被
多数传感器是把非电学量转换为电学量。
测量,并将其变换成与被测量成一定关系的易于:
(2)传感器输出的电学量有电流、电压及电路通
测量的物理量,如温度、位移等。
断等多种形式。
(2)转换元件:也称为传感元件,通常不直接感受:
(3)解答此类问题的基本思路:分析电路结构→
被测量,而是将敏感元件输出的物理量转换成电
研究电阻的变化→判断或计算电流、电压的变
学量输出。
化。
(3)转换电路:是将转换元件输出的电学量转换[典例1]关于传感器,下列说法正确的是()
成易于测量的电学量,如电压、电流等。
A.所有传感器都是由半导体材料制成的
2.传感器的工作原理
B.金属材料也可以制成传感器
传感器感受的通常是非电学量,如压力、温度、位:
C.传感器主要是通过感知电压的变化来传递信
移、浓度、速度、酸碱度等,而它输出的通常是电
号的
学量,如电压、电流、电荷量等,这些输出信号是:
D.水银温度计是一种传感器
-115
物理选择性必修第二册
[听课记录]
要点2对敏感元件的认识
探究导入在工厂生产车间的生产线上安装计数
器后,就可以准确得知生产产品的数量,如图所
示为光敏电阻自动计数器的示意图,其中R1为
光敏电阻,R2为定值电阻。此光电计数器的基
本工作原理是什么?
信号处
R
理系统
针对训练
1.传感器在自动控制中有着相当广泛的应用。有
一种测量人的体重的电子秤,其测量部分的原理
图如图中的虚线框所示,它主要由压力传感器R
(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电
阻)、显示体重大小的仪表A(实质是理想的电流
探究归纳
表)组成。
压力传感器表面能承受的最大压强为1×10?Pa,1.光敏电阻的导电特性
且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系:
光敏电阻一般由半导体材料做成,当半导体材料
如下表所示。设踏板和压杆的质量可以忽略不:
受到光照时,会有更多的电子获得能量成为自由
计,接通电源后,压力传感器两端的电压恒为
电子,同时也形成更多的空穴,于是导电性能明
4.8V,g取10m/s2。请回答:
显增强。
2.热敏电阻和金属热电阻的特点
踏板
压杆
(1)热敏电阻:用半导体材料制
R
A
,①
压力传感器R
成,电阻值随温度变化发生明
②
显变化的电阻。如图①所示为
压力
某热敏电阻的电阻一温度特性
0
250
500
750
1000
1250
1500
F/N
曲线。
电阻
(2)金属热电阻:有些金属的电阻率随温度的升
300
270
240
210
180
150
120
R/2
高而增大,如图②所示,这样的电阻也可以制作
(1)该秤零起点(即踏板空载时)的刻度线应标在
温度传感器。
电流表刻度盘
A处
热敏电阻或金属热电阻都能够把温度这个热学
(2)如果某人站在该秤踏板上,电流表刻度盘的
量转换为电阻这个电学量,但相比而言,金属热
示数为20mA,则这个人的体重是
电阻的化学稳定性好,测温范围大,而热敏电阻
kg。
的灵敏度较好。
116
第五章传感器
…/特别提醒/…
…/名师点评/
按热敏电阻随温度变化的规律,热敏电阻可分
传感器问题中电路动态分析的四点注意
为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏
(1)如果涉及光敏电阻,必须明确光照情况怎样
电阻,正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻
变化,从而判断出其阻值的变化。
增大,负温度系数的热敏电阻随温度升高电阻
(2)如果涉及热敏电阻,必须明确是正温度系数
减小。
还是负温度系数的热敏电阻及温度变化情况,
[典例2]传感器已广泛应用在生活、生产中。下
从而判断其阻值的变化。
列关于传感器的说法正确的是
(3)如果是其他元件引起的电路变化可具体问
A.火警报警器使用了压力传感器
题具体分析。
B.冰箱控温系统使用了温度传感器
(4)结合电路结构特点及局部阻值的变化,根据
C.商场里的自动门使用了光传感器
闭合电路的欧姆定律等规律分析有关物理量的
D.夜间自动打开的路灯使用了温度传感器
变化。
[听课记录]
针对训练
2.如图所示,电源的电动势为
E,内阻为r,R1为光敏电
B
阻,光照强度增大时,其阻值
R2
减小。现增加光照强度,则
下列判断正确的是
A.B灯变暗,A灯变亮
B.R2两端的电压变大
C.B灯变亮,A灯变暗
D.电源的总功率变小
素养演练·提升技能
达标训练素养提高
1.通常当人走向银行门口时,门就会自动打开,是:3.(多选)在如图所示的电路中,当半导体材料做成
因为门上安装了
(
的热敏电阻浸泡到热水中时,电流表示数增大,
A.温度传感器
B.压力传感器
则说明
】
C.红外线传感器
D.声音传感器
2.现代生活离不开智能手机,手机有很多功能需要
传感器来实现。例如当人将手机靠近耳朵接听
电话时,手机会自动关闭屏幕从而达到防误触的
热敏电阻
目的,实现这一功能可能用到的传感器为(
A.光传感器和位移传感器
A.在温度越高时,热敏电阻阻值越小
B.磁传感器和温度传感器
B.在温度越高时,热敏电阻阻值越大
C.磁传感器和声传感器
C.半导体材料温度升高时,导电性能变差
D.压力传感器和加速度传感器
D.半导体材料温度升高时,导电性能变好
117
物理选择性必修第二册
4.(多选)霍尔元件的示意图如图所
闭合开关S1和S2后,当滑片P向右滑动时,灯
示,一块通电的铜板放在磁场中,
泡L1、I2的亮度怎样变化?
铜板的前、后板面垂直于磁场,板
基座
内通有如图方向的电流,a、b是
铜板上、下边缘的两点,则
锑化钢
A.电势9a>P%
B.电势Pb>P。
电极
C.电流增大时,9。一9%增大
D.其他条件不变,将铜板改为NaC1溶液时,电势:
结果仍然一样
电磁铁
5磁传感器是把磁场、电流、温度、光等外界因素引:
起的敏感元件磁性能变化转换成电信号,以这种:
S2
(b)
方式来检测相应物理量的器件。磁敏电阻是利
用某些材料电阻的磁敏效应制成的,其外形结构
如图(a)所示。把磁敏电阻GMR接入如图(b)所
示的电路中,它的阻值随所处空间磁场的增强而
增大,电源的内阻不可忽略。
温馨提示
请做课时分层检测(二十一)
3利用传感器制作简单的自动控制装置
实验必备·自主探究
一、实验目的
通,发光二极管1ED发光,显示电路处于正常工
1.了解门窗防盗报警装置,会组装门窗防盗报警:
作状态。当门窗开启时,磁体离开干簧管,干簧
装置。
管失磁断开,继电器被断电。继电器的动触点℃
2.了解光控开关电路及控制原理,会组装光控
与常闭触点b接通,蜂鸣器H发声报警。干簧管
开关。
在电路中起传感器和控制开关的作用,继电器则
二、门窗防盗报警装置
相当于一个自动的双向开关。
1.电路如图所示。
3.实验器材
干簧管、继电器、发光二极管IED、蜂鸣器H、电
源、导线若干、开关、电阻、小磁体。
LED
4.
实验步骤
(1)连接电路前,要先判断一下干簧管是否可以
2.工作原理:闭合电路开关S,系统处于防盗状态。
正常工作。用磁体直接靠近干簧管,观察簧片
当门窗紧闭时,磁体M靠近干簧管SA,干簧管
能否正常动作。
两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K,使继
(2)确定各元件可以正常工作后,按照图示连接
电器工作。继电器的动触点c与常开触点a接:
电路。
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