高考物理一轮总复习 第十三章 动量 近代物理初步(选修3-5)第38讲 动量守恒定律及其应用课件

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动 量 近 代 物 理 初 步 (选 修 3 5)第 十 三 章第 38讲 动 量 守 恒 定 律 及 其 应 用 考 纲 要 求 考 情 分 析 命 题 趋 势1.动 量 、 动 量定 理 、 动 量 定恒 定 律 及 其 应用 ( )2 弹 性 碰 撞和 非 弹 性 碰 撞( ) 2016全 国 卷 ,35(2) 2016全 国 卷 ,35(2)2016全 国 卷 ,35(2) 2015广 东 卷 , 162015重 庆 卷 , 3 2014全 国 卷 ,35(2)2013全 国 卷 ,35(2) 2013全 国 卷 , 35(2) 高 考 对 本 部 分 知 识 的 考 查 主 要 以 选择 题 、 计 算 题 的 形 式 出 现 高 考 试题 往 往 结 合 碰 撞 等 实 际 过 程 综 合 考查 动 量 、 动 量 守 恒 等 基 本 概 念 、 规律 的 理 解 , 运 用 动 量 和 机 械 能 的 知识 分 析 较 复 杂 的 运 动 过 程 等 学 习中 要 深 刻 理 解 动 量 守 恒 定 律 , 注 意动 量 的 矢 量 性 、 瞬 时 性 、 同 一 性 和同 时 性 , 同 时 注 意 培 养 建 模 能 力 和用 数 学 知 识 解 决 物 理 问 题 的 能 力 . 栏 目 导 航 板 块 一板 块 二板 块 三 板 块 四 1 动 量 、 动 量 变 化 、 冲 量 (1)动 量 定 义 : 物 体 的 _与 _的 乘 积 表 达 式 : p _. 方 向 : 动 量 的 方 向 与 _的 方 向 相 同 考 点 动 量 定 理 动 量 守 恒 定 律质 量 速 度 m v 速 度 (2)动 量 的 变 化 因 为 动 量 是 矢 量 , 动 量 的 变 化 量 p也 是 _, 其 方 向与 速 度 的 改 变 量 v的 方 向 _ 动 量 的 变 化 量 p的 大 小 , 一 般 用 末 动 量 p减 去 初 动 量 p进行 计 算 , 也 称 为 动 量 的 增 量 即 _. (3)冲 量 定 义 : _与 _的 乘 积 叫 作 力 的 冲 量 公 式 : _ 单 位 : _ 方 向 : 冲 量 是 _, 其 方 向 _矢 量 相 同 p p p力 力 的 作 用 时 间 I Ft Ns 矢 量 与 力 的 方 向 相 同 2 动 量 定 理 (1)内 容 : 物 体 在 一 个 运 动 过 程 始 末 的 _等 于它 在 这 个 过 程 中 所 受 _的 冲 量 (2)公 式 : _或 _. (3)动 量 定 理 的 理 解 动 量 定 理 反 映 了 力 的 冲 量 与 动 量 变 化 量 之 间 的 因 果 关 系 ,即 外 力 的 冲 量 是 原 因 , 物 体 的 动 量 变 化 量 是 结 果 动 量 定 理 中 的 冲 量 是 合 力 的 冲 量 , 而 不 是 某 一 个 力 的 冲 量 ,它 可 以 是 合 力 的 冲 量 , 可 以 是 各 力 冲 量 的 矢 量 和 , 也 可 以 是外 力 在 不 同 阶 段 冲 量 的 矢 量 和 动 量 定 理 表 达 式 是 矢 量 式 , 等 号 包 含 了 大 小 相 等 、 方 向 相同 两 方 面 的 含 义 动 量 变 化 量 合 力 m v m v F(t t) p p I 3 动 量 守 恒 定 律 (1)定 律 内 容 : 一 个 系 统 _或 者_时 , 这 个 系 统 的 总 动 量 保 持不 变 (2)公 式 表 达 : m1v1 m2v2 _. (3)适 用 条 件 和 适 用 范 围 系 统 不 受 外 力 或 者 所 受 外 力 的 矢 量 和 为 _; 系 统 受 外力 , 但 外 力 远 小 于 内 力 , 可 以 忽 略 不 计 ; 如 爆 炸 、 碰 撞 等 过程 , 可 以 近 似 认 为 系 统 的 动 量 守 恒 系 统 在 某 一 个 方 向 上 所受 的 合 外 力 为 零 , 则 该 方 向 上 _ 全 过 程 的 某一 阶 段 系 统 受 的 合 外 力 为 零 , 则 该 阶 段 系 统 动 量 守 恒 不 受 外 力 所 受 外 力 的 合 力 为 零 m 1v1 m 2v2 零 动 量 守 恒 4 动 量 守 恒 定 律 的 应 用 (1)碰 撞 碰 撞 现 象 两 个 或 两 个 以 上 的 物 体 在 相 遇 的 _时 间 内 产生 _的 相 互 作 用 的 过 程 碰 撞 特 征 a 作 用 时 间 _ b 作 用 力 变 化 _ c 内 力 _外 力 d 满 足 _ 极 短 非 常 大 短 快 远 大 于 动 量 守 恒 碰 撞 的 分 类 及 特 点 a 弹 性 碰 撞 : 动 量 _守 恒 , 机 械 能 _守 恒 b 非 弹 性 碰 撞 : 动 量 _守 恒 , 机 械 能 _不 守 恒 c 完 全 非 弹 性 碰 撞 : 动 量 _守 恒 , 机 械 能 损 失 _最 多 (2)爆 炸 现 象 爆 炸 过 程 中 内 力 远 大 于 外 力 , 爆 炸 的 各 部 分 组 成 的 系 统 总 动 量 _守 恒 (3)反 冲 运 动 物 体 在 内 力 作 用 下 分 裂 为 两 个 不 同 部 分 并 且 这 两 部 分 向 _相 反方 向 运 动 的 现 象 反 冲 运 动 中 , 相 互 作 用 力 一 般 较 大 , 通 常 可 以 用 _动 量 定 律 来处 理 1 判 断 正 误 (1)动 量 越 大 的 物 体 , 其 质 量 越 大 ( ) (2)两 物 体 动 能 相 等 , 动 量 一 定 相 等 ( ) (3)物 体 所 受 合 力 不 变 , 则 动 量 也 不 改 变 ( ) (4)物 体 沿 水 平 面 运 动 , 重 力 不 做 功 , 其 冲 量 为 零 ( ) (5)物 体 所 受 的 合 力 的 冲 量 方 向 与 物 体 动 量 变 化 的 方 向 相同 ( ) (6)系 统 的 动 量 守 恒 时 , 机 械 能 也 一 定 守 恒 ( ) (7)若 在 光 滑 水 平 面 上 的 两 球 相 向 运 动 , 碰 后均 变 为 静 止 , 则 两 球 碰 前 的 动 量 大 小 一 定 相同 ( ) (8)动 量 定 理 中 的 冲 量 是 合 力 的 冲 量 , 而 I Ft中 的 力 可 以 是 合 力 也 可 以 是 某 个 力 ( ) 2 (冲量、动量定理)篮 球 运 动 员 通 常 伸 出 双 手 迎 接 传 来 的篮 球 接 球 时 , 两 手 随 球 迅 速 收 缩 至 胸 前 这 样 做 可 以 ( ) A 减 小 球 对 手 的 冲 量 B 减 小 球 对 手 的 冲 击 力 C 减 小 球 的 动 量 变 化 量 D 减 小 球 的 动 能 变 化 量 3 (多选)(动量守恒定律成立条件)木 块 a和 b用 一 根 轻 弹 簧 连起 来 , 放 在 光 滑 水 平 面 上 , a紧 靠 在 墙 壁 上 在 b上 施 加 向 左的 水 平 力 使 弹 簧 压 缩 , 如 图 所 示 当 撤 去 外 力 后 , 下 列 说 法中 正 确 的 是 ( ) A a未 离 开 墙 壁 前 , a和 b系 统 的 动 量 守 恒 B a未 离 开 墙 壁 前 , a和 b系 统 的 动 量 不 守 恒 C a离 开 墙 后 , a和 b系 统 的 动 量 守 恒 D a离 开 墙 后 , a和 b系 统 的 动 量 不 守 恒 BBC 应 用 动 量 定 理 解 题 的 方 法在应用动量定理解题时,一定要对物体认真进行受力分析,不可有力的遗漏;建立方程时要事先选定正方向,确定力与速度的符号对于变力的冲量,往往通过动量定理来计算,只有当相互作用时间t极短时,且相互作用力远大于重力时,才可舍去重力 1 动 量 定 理 (1)内 容 : 物 体 在 一 个 过 程 的 始 末 的 动 量 变 化 量 等 于 它 在 这 个过 程 中 所 受 力 的 冲 量 (2)表 达 式 : Ft mv mv或 I p p, I p. (3)理 解 : 表 达 式 是 一 矢 量 式 , 它 包 含 了 大 小 和 方 向 两 重 含 义 其 中 F指 物 体 所 受 的 合 力 因 果 关 系 : 合 外 力 的 冲 量 是 引 起 物 体 动 量 改 变 的 原 因 一 动 量 定 理 及 其 应 用 2 应 用 动 量 定 理 解 题 的 步 骤 (1)确 定 研 究 对 象 : 可 以 是 单 个 物 体 , 也 可 以 是 几 个 物 体 组成 的 系 统 (2)进 行 受 力 分 析 : 分 析 研 究 对 象 以 外 的 物 体 施 加 给 研 究 对象 的 力 (3)分 析 运 动 过 程 , 选 取 正 方 向 , 确 定 初 、 末 状 态 的 动 量 以及 整 个 过 程 合 力 的 冲 量 (4)列 方 程 : 根 据 动 量 定 理 列 方 程 求 解 3 应 用 动 量 定 理 的 注 意 事 项 (1)动 量 定 理 表 明 冲 量 既 是 物 体 动 量 发 生 变 化 的 原 因 , 又 是物 体 动 量 变 化 的 量 度 这 里 所 说 的 冲 量 是 物 体 所 受 的 合 力 的冲 量 (或 者 说 是 物 体 所 受 各 外 力 冲 量 的 矢 量 和 ) (2)动 量 定 理 的 研 究 对 象 是 一 个 质 点 (或 可 视 为 一 个 物 体 的 系统 ) (3)动 量 定 理 是 过 程 定 理 , 解 题 时 必 须 明 确 过 程 及 初 末 状 态的 动 量 (4)动 量 定 理 的 表 达 式 是 矢 量 式 , 在 一 维 情 况 下 , 各 个 矢 量必 须 选 一 个 统 一 的 正 方 向 动 量 定 理 的 两 个 重 要 应 用 1应用Ip求变力的冲量如果物体受到大小或方向改变的力的作用,则不能直接用IFt求变力的冲量,可以求出该力作用下物体动量的变化p,等效代换变力的冲量I. 2应用pFt求动量的变化例如,在曲线运动中,速度方向时刻在变化,求动量变化(pp2p1)需要应用矢量运算方法,计算比较复杂,如果作用力是恒力,可以求恒力的冲量,等效代换动量的变化 例 1(2017吉林长春质检)有 一 个 质 量 为 0.5 kg的 篮 球 从 h 0.8 m 的 高 度落 到 水 平 地 板 上 , 每 弹 跳 一 次 上 升 的 高 度 总 等 于 前 一 次 的 0.64倍 , 且 每次 球 与 地 面 接 触 时 间 相 等 , 空 气 阻 力 不 计 , 与 地 面 碰 撞 时 , 篮 球 重 力 可忽 略 (重 力 加 速 度 g取 10 m /s2) (1)第 一 次 球 与 地 板 碰 撞 , 地 板 对 球 的 冲 量 为 多 少 ? (2)相 邻 两 次 球 与 地 板 碰 撞 的 平 均 冲 力 大 小 之 比 是 多 少 ? (2)第二次碰前瞬时速度和第二次碰后瞬时速度关系为v20.8v10.82v0设两次碰撞中地板对球的平均冲力分别为F1、F2,选向上为正方向,由动量定理有 F1tmv1(mv0)1.8mv F2tmv2(mv1)1.8mv11.44mv F1 F25 4 答 案 : (1)3.6 Ns (2)5 4 1 动 量 守 恒 定 律 的 “ 五 性 ”二 动 量 守 恒 定 律 的 应 用条件性 首 先 判 断 系 统 是 否 满 足 守 恒 条 件 (合 力为 零 )相对性 公 式 中 v1、 v2、 v1 、 v2 必 须 相 对 于同 一 个 惯 性 系同时性 公 式 中 v1、 v2是 在 相 互 作 用 前 同 一 时 刻的 速 度 , v1 、 v2 是 相 互 作 用 后 同 一时 刻 的 速 度矢量性 2 应 用 动 量 守 恒 定 律 时 的 注 意 事 项 (1)动 量 守 恒 定 律 的 研 究 对 象 都 是 相 互 作 用 的 物 体 组 成 的 系统 系 统 的 动 量 是 否 守 恒 , 与 选 择 哪 几 个 物 体 作 为 系 统 和 分析 哪 一 段 运 动 过 程 有 直 接 关 系 (2)分 析 系 统 内 物 体 受 力 时 , 要 弄 清 哪 些 力 是 系 统 的 内 力 ,哪 些 力 是 系 统 外 的 物 体 对 系 统 的 作 用 力 动 量 守 恒 定 律 解 题 的 基 本 步 骤 1明确研究对象,确定系统的组成(系统包括哪几个物体及研究的过程); 2进行受力分析,判断系统动量是否守恒(或某一方向上动量是否守恒); 3规定正方向,确定初、末状态动量; 4由动量守恒定律列出方程; 5代入数据,求出结果,必要时讨论说明 例 2(2017湖北黄石模拟)如 图 所 示 , 质 量 为 m 245 g的 物 块 (可 视 为 质点 )放 在 质 量 为 M 0.5 kg的 木 板 左 端 , 足 够 长 的 木 板 静 止 在 光 滑 水 平 面上 , 物 块 与 木 板 间 的 动 摩 擦 因 数 为 0.4.质 量 为 m0 5 g的 子 弹 以 速 度 v0 300 m /s沿 水 平 方 向 射 入 物 块 并 留 在 其 中 (时 间 极 短 ), g取 10 m/s2,子 弹 射 入 后 , 求 : (1)物 块 相 对 木 板 滑 行 的 时 间 ; (2)物 块 相 对 木 板 滑 行 的 位 移 答 案 : (1)1 s (2)3 m 1 对 碰 撞 的 理 解 (1)发 生 碰 撞 的 物 体 间 一 般 作 用 力 很 大 , 作 用 时 间 很 短 (弹 簧 类 的 碰 撞 除外 ); 各 物 体 作 用 前 后 各 自 动 量 变 化 显 著 ; 物 体 在 作 用 时 间 内 位 移 一 般可 忽 略 (弹 簧 类 的 碰 撞 除 外 ) (2)即 使 碰 撞 过 程 中 系 统 所 受 合 力 不 等 于 零 , 由 于 内 力 远 大 于 外 力 , 作 用时 间 又 很 短 , 故 外 力 的 作 用 可 忽 略 , 认 为 系 统 的 动 量 是 守 恒 的 (3)若 碰 撞 过 程 中 没 有 其 他 形 式 的 能 转 化 为 机 械 能 , 则 系 统 碰 撞 后 的 总 机械 能 不 可 能 大 于 碰 撞 前 系 统 的 总 机 械 能 三 碰 撞 问 题 2 物 体 的 碰 撞 是 否 为 弹 性 碰 撞 的 判 断 弹 性 碰 撞 是 碰 撞 过 程 中 无 机 械 能 损 失 的 碰 撞 ,遵 循 的 规 律 是 动 量 守 恒 定 律 和 机 械 能 守 恒 定律 , 确 切 地 说 是 碰 撞 前 后 系 统 动 量 守 恒 , 动能 不 变 (1)题 目 中 明 确 告 诉 物 体 间 的 碰 撞 是 弹 性 碰撞 (2)题 目 中 明 确 告 诉 是 弹 性 小 球 、 光 滑 钢 球 或分 子 (原 子 等 微 观 粒 子 )碰 撞 的 , 都 是 弹 性 碰撞 思 维 导 引 A、B两小球动量大小分别为5 kgm /s和7 kgm/s有几种情况?C 1 爆 炸 的 特 点 (1)动 量 守 恒 : 由 于 爆 炸 是 在 板 短 的 时 间 内 完 成 的 , 发 生 爆炸 时 物 体 间 的 相 互 作 用 力 远 远 大 于 受 到 的 外 力 , 所 以 在 爆 炸过 程 中 , 系 统 的 总 动 量 守 恒 (2)动 能 增 加 : 在 爆 炸 过 程 中 , 由 于 有 其 他 形 式 的 能 量 (如 化学 能 )转 化 为 动 能 , 所 以 爆 炸 前 后 系 统 的 总 动 能 增 加 (3)位 置 不 变 : 爆 炸 的 时 间 极 短 , 因 而 在 作 用 过 程 中 , 物 体产 生 的 位 移 很 小 , 一 般 可 忽 略 不 计 , 可 以 认 为 爆 炸 后 仍 然 从爆 炸 前 的 位 置 以 新 的 动 量 开 始 运 动 四 爆 炸 和 反 冲 “ 人 船 模 型 ” 利 用 人 船 模 型 解 题 需 注 意 两 点 (1)条件系统的总动量守恒或某一方向上的动量守恒构成系统的两物体原来静止,因相互作用而反向运动x1、x2均为沿动量方向相对于同一参考系的位移 (2)解题关键是画出初、末位置,确定各物体位移关系 例 4(2014重庆卷)一 弹 丸在 飞 行 到 距 离 地 面 5 m 高 时仅 有 水 平 速 度 v 2 m /s, 爆炸 成 为 甲 、 乙 两 块 水 平 飞 出 ,甲 、 乙 的 质 量 比 为 3 1.不计 质 量 损 失 , 重 力 加 速 度 g取 10 m/s2, 则 下 列 图 中两 块 弹 片 飞 行 的 轨 迹 可 能 正确 的 是 ( ) B 1 如 图 所 示 , A、 B两 物 体 质 量 之 比 mA mB 3 2, 原 来 静 止 在 平 板 小车 C上 A、 B间 有 一 根 被 压 缩 的 弹 簧 , 地 面 光 滑 , 当 弹 簧 突 然 释 放 后 ,则 下 列 说 法 中 不 正 确 的 是 ( ) A 若 A、 B与 平 板 车 上 表 面 间 的 动 摩 擦 因 数 相 同 , A、 B组 成 的 系 统 动 量守 恒 B 若 A、 B与 平 板 车 上 表 面 间 的 动 摩 擦 因 数 相 同 , A、 B、 C组 成 的 系 统动 量 守 恒 C 若 A、 B所 受 的 摩 擦 力 大 小 相 等 , A、 B组 成 的 系 统 动 量 守 恒 D 若 A、 B所 受 的 摩 擦 力 大 小 相 等 , A、 B、 C组 成 的 系 统 动 量 守 恒A 解 析 :如果A、B与平板车上表面间的动摩擦因数相同,弹簧释放后A、B分别相对小车向左、向右滑动,它们所受的滑动摩擦力FfA向右,FfB向左,由于mA mB3 2,所以FfA FfB3 2,则A、B组成的系统所受的外力之和不为零,故其动量不守恒,A错对A、B、C组成的系统,A、B与C间的摩擦力为内力,该系统所受的外力为竖直方向的重力和支持力,它们的合力为零,故该系统的动量守恒,B、D均正确若A、B所受摩擦力大小相等,则A、B组成的系统所受外力之和为零,故其动量守恒,C正确 2(2017湖北黄冈模拟)两 球 A、 B在 光 滑 水 平 面 上 沿 同 一 直 线 、 同 一 方向 运 动 , mA 1 kg, mB 2 kg, vA 6 m /s, vB 2 m/s.当 A追 上 B并 发生 碰 撞 后 , 两 球 A、 B速 度 的 可 能 值 是 ( ) A vA 5 m /s, vB 2.5 m/s B vA 2 m /s, vB 4 m/s C vA 4 m /s, vB 7 m/s D vA 7 m /s, vB 1.5 m/sB 3如 图 所 示 , 一 高 空 作 业 的 工 人 重 为 600 N, 系 一 条长 为 L 5 m 的 安 全 带 , 若 工 人 不 慎 跌 落 时 安 全 带 的 缓冲 时 间 t 1 s, 则 安 全 带 受 的 冲 力 是 多 少 ? (g取 10 m /s2) 答 案 : 1 200 N 方 向 竖 直 向 下 4 (2017湖南长沙联考)如 图 , 光 滑 水 平 直 轨 道 上 有 三 个 质量 均 为 m的 物 块 A、 B、 C, B的 左 侧 固 定 一 轻 弹 簧 (弹 簧 左 侧的 挡 板 质 量 不 计 ) 设 A以 速 度 v0朝 B运 动 , 压 缩 弹 簧 ; 当 A、B速 度 相 等 时 , B与 C恰 好 相 碰 并 粘 接 在 一 起 , 然 后 继 续 运动 假 设 B和 C碰 撞 过 程 时 间 极 短 , 求 从 A开 始 压 缩 弹 簧 直 至与 弹 簧 分 离 的 过 程 中 (1)整 个 系 统 损 失 的 机 械 能 ; (2)弹 簧 被 压 缩 到 最 短 时 的 弹 性 势 能 例 1(2016安徽安庆检测5分)如 图 所 示 , 一 个 木 箱 原 来 静止 在 光 滑 水 平 面 上 , 木 箱 内 粗 糙 的 底 板 上 放 着 一 个 小 木 块 ,木 箱 和 小 木 块 都 具 有 一 定 的 质 量 现 使 木 箱 获 得 一 个 向 右 的初 速 度 v0, 则 ( ) A 小 木 块 和 木 箱 最 终 都 将 静 止 B 小 木 块 最 终 将 相 对 木 箱 静 止 , 二 者 一 起 向 右 运 动 C 小 木 块 在 木 箱 内 壁 将 始 终 来 回 往 复 碰 撞 , 而 木 箱 一 直 向右 运 动 D 如 果 小 木 块 与 木 箱 的 左 壁 碰 撞 后 相 对 木 箱 静 止 , 则 二 者将 一 起 向 左 运 动 答 题 送 检 来 自 阅卷 名 师 报 告错误 致 错 原 因 扣分A 误 认 为 系 统 的 初 速 度 为 零 , 根据 动 量 守 恒 得 末 速 度 为 零 5C 没 有 进 行 过 程 分 析D 不 能 理 解 动 量 守 恒 定 律 的 意 义 解 析 由动量守恒定律知小木块最终与木箱相对静止,以相同的速度一起向右做匀速直线运动,故正确选项为B 答 案 B 1 (2017广东广州模拟)如 图 所 示 , 质 量 为 3 kg的 木 箱 静 止在 光 滑 的 水 平 面 上 , 木 箱 内 粗 糙 的 底 板 正 中 央 放 着 一 个 质 量为 1 kg的 小 木 块 , 小 木 块 可 视 为 质 点 现 使 木 箱 和 小 木 块 同时 获 得 大 小 为 2 m /s的 方 向 相 反 的 水 平 速 度 , 小 木 块 与 木 箱每 次 碰 撞 过 程 中 机 械 能 损 失 0.4 J, 小 木 块 最 终 停 在 木 箱 正 中央 已 知 小 木 块 与 木 箱 底 板 间 的 动 摩 擦 因 数 为 0.3, 木 箱 内底 板 长 为 0.2 m 求 : (1)木 箱 的 最 终 速 度 的 大 小 ; (2)小 木 块 与 木 箱 碰 撞 的 次 数 答 案 : (1)1 m /s (2)6 2 (2017安徽合肥模拟)如 图 所 示 , 质 量 M 4 kg的 滑 板 B静止 放 在 光 滑 水 平 面 上 , 其 右 端 固 定 一 根 轻 质 弹 簧 , 弹 簧 的 自由 端 C到 滑 板 左 端 的 距 离 L 0.5 m , 这 段 滑 板 与 木 块 A(可 视为 质 点 )之 间 的 动 摩 擦 因 数 0.2, 而 弹 簧 自 由 端 C到 弹 簧 固定 端 D所 对 应 的 滑 板 上 表 面 光 滑 小 木 块 A以 速 度 v0 10 m /s由 滑 板 B左 端 开 始 沿 滑 板 表 面 向 右 运 动 已 知 木 块 A的质 量 m 1 kg, g取 10 m/s2.求 : (1)弹 簧 被 压 缩 到 最 短 时 木 块 A的 速 度 ; (2)木 块 A压 缩 弹 簧 过 程 中 弹 簧 的 最 大 弹 性 势 能 答 案 : (1)2 m /s (2)39 J 课 时 达 标
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