2023年中考物理二轮专题训练——电功和电功率的计算(含答案)
1.电动汽车正在走进千家万户。某电动汽车的部分参数如表。
整车质量 额定乘客人数 电池容量 电池电压
1600kg 5人 250A h 320V
(1)电池充满电后储存的电能是多少?
(2)若上述电能由热值为4.0×107J/kg的燃油来提供,需要完全燃烧该燃油的质量是多少?
(3)若该电动汽车在水平公路上匀速行驶时受到的阻力为500N,电池充满电,电动汽车将电池储存电能的60%转化为机械能,该车能行驶的路程是多少?
2.南岗物理爱心团队去养老院送电暖气,电暖气有低、中、高三挡,已知R1=55 ,R2=44 ,如图所示。
(1)请你分别说出使用该电暖器处于“低温档”、“高温档”时,开关处于的状态?
(2)请计算出使用该电暖器处于“低温档”正常工作时的电流?
(3)使用该电暖器处于“中温档”正常工作1分钟,产生的热量是多少?
品牌 型号 HY2215-11E
额定电压 220V 档位 3档
额定功率 低温880W 中温1100W 高温1980W
3.随着科技创新教育在全市广泛开展,我校已配置了如图甲所示的3D打印笔。3D打印笔通过加热,挤出热熔的塑胶,然后在空气中迅速冷却,最后凝固成稳定的形状。此打印笔有快、慢两挡,其内部简化电路如图乙所示,将该3D打印笔单独接入装有如图丙所示电能表的家庭电路中正常工作。快挡打印2min,电能表指示灯闪烁8次,刚好将15g的塑胶从20℃加热到260℃。已知该3D打印笔慢挡打印功率为22W,R1、R2是用于发热的定值电阻,塑胶的比热容为2×103J/(kg ℃)且保持不变。问:
(1)3D灯印笔快挡的电功率有多大?
(2)3D打印笔快挡打印时的热效率有多大?
(3)R1的阻值有多大?
4.夜龙汇游是顺德群众喜闻乐见的节目。小明制作了一个龙舟模型,用红、绿灯做眼睛,并设计如图的电路来调节亮度和眨眼,红、绿灯L1、L2分别标有“6V 6W”“6V 3W”字样。电压表量程有0~3V和0~15V,滑动变阻器最大阻值为100Ω,电源电压U=18V。(灯丝电阻不变)求:
(1)红灯L1正常工作时的电流;
(2)闭合S2、断开S1,L2正常工作时,滑动变阻器接入电路的阻值;
(3)在电路安全的前提下,该电路的最小电功率。
5.如图所示,电源电压恒定,小灯泡L的规格为“2.5V 0.2A”,定值电阻R阻值为10Ω;闭合开关,小灯泡正常发光。求:
(1)电源电压;
(2)通过R的电流;
(3)通电100s,电路消耗的总电能。
6.如图所示,电源电压恒定,R1的阻值为20Ω。R2的阻值为10Ω。当S闭合,S1、S2断开时,电流表的示数为0.4A。
(1)求电源电压;
(2)当S闭合,S1、S2断开时,求通电10s内电路消耗的电能;
(3)当S、S1、S2都闭合时,电流表的示数变化了0.7A,且小灯泡L正常发光,求小灯泡L的额定功率。
7.图甲为汽车倒车雷达中的距离报警器简化电路图。电源电压为12V,R0为定值电阻,R0为距离传感器的核心部件,其阻值随传感器到障碍物距离变化关系如图乙所示,当传感器到障碍物距离为1.5m时,报警器开始报警,此时电路中报警电流为0.2A。求:
(1)由图乙可知开始报警时,Rs的阻值;
(2)定值电阻R0的阻值;
(3)当传感器到障碍物距离为1m时,求Rs的电功率。
8.如图所示是某同学设计的调光台灯电路图,电源电压为9V且保持不变,R0是定值电阻,灯泡L上标有“6V 9W”的字样。不考虑灯丝电阻受温度的影响,当S闭合,S1被拨至“1”位置时,L正常发光;当S闭合,S1被拨至“2”位置,调节滑片P使滑动变阻器接入电路的电阻为滑动变阻器总阻值的时,灯泡L的实际功率为3.24W。求:
(1)小灯泡L正常发光时的电流;
(2)滑动变阻器的最大阻值;
(3)小灯泡L能调节到的最小电功率。
9.如图甲所示是额定电压为220V的家用智能电热马桶盖,其电路图如图乙所示,R1和R2是两个电阻器(电热丝),开关S2可接a或b,通过开关S1和S2的不同接法组合,可实现“高、中、低”三温档调节加热功能(如下表),求:
S1 断开 断开 闭合 闭合
S2 接b 接a 接a 接b
功率 P0=0 P1=22W P2=44W P3
(1)R1的阻值;
(2)马桶圈材料的比热容c=0.44×103J/(kg·℃),当马桶盖功率为P3时,质量为300g的马桶圈升温10℃时所用的时间;(不计热量损失)
(3)马桶圈处于中温档持续工作1天所需电费。(已知家用电费单价为0.50元/kW·h)
10.如图所示,为某电热毯的简化电路图,电源电压保持不变,R1是电热毯加热的电热丝,R2是定值电阻,该电热毯的额定电压为220V,当开关S1、S2闭合时,电热毯处于高温加热状态,此时的电功率为110W;当只闭合开关S1时,电热毯处于保温状态。
求:(1)该电热毯的电热丝R1的阻值大小;
(2)该电热毯处于正常工作的高温加热状态时,30min消耗的电能为多少焦耳;
(3)若R2=1760Ω,保温5min,R2产生了多少热量?
11.如图是电熨斗及其简化电路图,它有高温挡和低温挡两个挡位,其工作电压为220V。R1和R2均为电熨斗底板中的加热元件,R1阻值为48.4Ω。低温挡电功率为440W。则:
(1)低温挡工作时,电路中的电流是多少A?
(2)电阻R2的阻值是多少Ω?
(3)该电熨斗高温挡工作10s产生的热量是多少J?
12.小华家买了一个家用电吹风,其简化电路如图,主要技术参数如表,电吹风在额定电压下工作,求:
热风温度 50~75℃
额定功率 热风时:990W
冷风时:110W
额定电压 220V
质量 0.5kg
(1)电吹风吹冷风时,通过电动机的电流是多大?
(2)电热丝工作时的电阻是多大?
(3)电吹风内电动机的电阻是110Ω,电吹风吹冷风5min产生的热量是多少?机械效率为多少?
13.如图为烘干机的简化电路图,通过阅读说明书可知,烘干机正常工作时电热管的电阻为55Ω,送风电机的额定功率为100W。求:
(1)正常工作时,通过电热管的电流;
(2)正常工作时,电热管的功率;
(3)烘干一次衣物,烘干机需正常工作1h,消耗的电能。
14.小梅同学给爷爷网购了一台额定电压为220V的双挡位电热足浴器。足浴器某次加热工作时的控制面板显示如图所示,请你综合应用所学知识解答下列问题:
(1)足浴器在加热状态下正常工作时的电流是多少A?
(2)足浴器装入质量为5kg,初温为12℃的水,当水温达到控制面板上显示的温度时,水吸收的热量是多少J?[不计热量损失,水的比热容c水=4.2×103J/(kg·℃)]
(3)若晚上用电高峰时的实际电压只有209V,加热状态下电热丝阻值不变,则该足浴器的实际加热功率是多少W?
15.在如图的电路中,电源电压为6V,R2=4Ω,闭合开关S后,电压表读数为2V。
(1)电流表的示数为多少;
(2)电阻R1的阻值为多少;
(3)通电1min,整个电路消耗的总电能是多少。
16.如图所示,电源电压保持不变。电阻R1的阻值为20Ω,R3的阻值为40Ω,只闭合开关S1时,电流表A的示数为0.2A.只闭合开关S2时,电流表的示数为0.25A.求:
(1)电源电压;
(2)电阻R2的阻值;
(3)开关均闭合时,通电1min电阻R1和R2消耗的总电能。
17.如图是某晾衣机的工作电路图,电源电压是220V,其中R是发热电阻。当开关S1闭合、S2断开时,晾衣机开启风干功能,功率为44W;当开关S1、S2均闭合时,晾衣机开启烘干功能,通过R的电流为1A。求:
(1)使用风干功能时通过电动机的电流;
(2)使用烘干功能时电阻R的阻值;
(3)使用烘干功能1min消耗的电能。
18.明明家刚买了一只电热水壶,如图所示是电热水壶工作原理的简化电路图,有加热、保温两个挡位。S1为温控开关,给水加热时闭合,当水沸腾时会自动断开;R1、R2均为电热丝,其中R1的阻值为400Ω,加热挡的额定功率为1210W。求:
(1)电热丝R2的阻值;
(2)保温挡的额定功率;
(3)电热水壶正常工作时,1标准大气压下将1.21kg水从20℃加热到沸腾时,加热时间为7min,求电热水壶的工作效率。[c水=4.2×103J/(kg ℃)]
试卷第2页,共7页
参考答案:
1.(1)2.88×108J;(2)7.2kg;(3)345.6km
【详解】解(1)电池充满后储存的电能为
(2)根据题意可知,燃油完全燃烧放出的热量为
由
可知,需要完全燃烧该燃油的质量为
(3)根据题意可知,电动汽车获得的机械能为
电动汽车匀速行驶时,电动汽车的牵引力与受到的阻力是一对平衡力,根据二力平衡条件可知,电动汽车的牵引力
由
可知,该车行驶的路程为
答:(1)电池充满电后储存的电能是2.88×108J;
(2)若上述电能由热值为4.0×107J/kg的燃油来提供,需要完全燃烧该燃油的质量是7.2kg;
(3)该车能行驶的路程是345.6km。
2.(1))“低温档”S1闭合;“高温档”S1、S2闭合;(2)4A;(3)6.6×104J
【详解】解:(1)由图可知,当S1、S2都闭合时,R1与R2并联,电路总电阻最小,只闭合S1时,只有R1接入电路,只闭合S2时,只有R2接入电路,又因为,在电源电压一定时,由可知,当S1、S2都闭合时,电路为“高温挡”,只闭合S1时,电路为“低温挡”,只闭合S2时,电路为“中温挡”。
(2)根据题意可知,由得
(3)根据题意可知,中温挡正常工作,R2接入电路,1分钟产生的热量为
W=Pt=1100W×60s =6.6×104J
3.(1)80W;(2)75%;(3)1595Ω
【详解】解:(1)3000imp/(kW h)是指电路中每消耗1 kW h的电能,电能表指示灯闪烁3000次,指示灯闪烁8次,3D打印笔消耗的电能
3D打印笔快挡打印时的电功率为
(2)15g的塑胶从20℃加热到260℃吸收的热量为
Q吸=cmΔt=2×103J/(kg ℃)×15×10-3kg×(260℃-20℃)=7200J
3D打印笔快挡打印时的热效率为
(3)根据电路图可知,当开关接1、2时,R1与R2串联,电路中电阻较大;当开关接2、3时,电路为R2的简单电路,电路中电阻较小,根据可知,总电阻越大,功率越小,故开关接1、2时为低温挡,接2、3时为高温挡;当开关接2、3时,电路为R2的简单电路,此时电路中R2的电阻
当开关接1、2时,R1与R2串联,此时电路中的总电阻
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以
R1=R总-R2=2200Ω-605Ω=1595Ω
答:(1)3D打印笔快挡的电功率为80W;
(2)3D打印笔快挡打印时的热效率为75%;
(3)R1的阻值为1595Ω。
4.(1)1A;(2)24Ω;(3)4.5W
【详解】解:(1)红灯L1标有“6V 6W”正常工作时,红灯L1正常工作时的电流
红灯L1的电阻
(2)闭合S2,断开S1,变阻器R与L2串联,绿灯L2正常工作时的电流
绿灯L2的电阻
串联电路中电流处处相等
I=I2额=0.5A
此时电路中的总电阻
滑动变阻器接入电路的电阻阻值
R=R总-R2=36Ω-12Ω=24Ω
(3)电源电压不变,当电路的电流最小时,也就是电路的总阻值达到最大时,电路的电功率达到最小,R1
通过L2的电流
由串联电路的电流规律规律可知。电路中的最小电流
Imin=I2=0.25A
电路最小功率为
P=UImin=18V×0.25A=4.5W
答:(1)红灯L1正常工作时的电流1A;
(2)闭合S2、断开S1,L2正常工作时,滑动变阻器接入电路的阻值是24Ω;
(3)在电路安全的前提下,该电路的最小电功率是4.5W。
5.(1)2.5V;(2)0.25A;(3)112.5J
【详解】解:(1)闭合开关,小灯泡和电阻R并联,因为灯泡正常发光,所以电源的电压
U=UL=2.5V
(2)通过R的电流为
(3)并联电路中干路电流等于各支路电流之和,所以干路的电流为
I=IL+IR=0.2A+0.25A=0.45A
通电100s,电路消耗的总电能为
W=UIt=2.5V×0.45A×100s=112.5J
答:(1)电源电压为2.5V;
(2)通过R的电流为0.25A;
(3)通电100s,电路消耗的总电能112.5J。
6.(1)12V;(2)48J;(2)6W
【详解】解:(1)当S闭合,S1、S2断开时,R1和R2串联接入电路中,串联电路总电阻为
根据欧姆定律可知,电源电压为
(2)通电10s内电路消耗的电能为
(3)当S、S1、S2都闭合时,R2被短路,此时R1和L并联接入电路中,电流表测干路中的电流,此时的总电阻要小于R1,当S闭合,S1、S2断开时,R1和R2串联接入电路中,此时的总电阻要大于R1,所以,R1和L并联的总电阻小于R1和R2串联的总电阻,由欧姆定律可知,当S、S1、S2都闭合时,干路中的电流变大,故并联后干路中的电流为
通过R1的电流为
并联电路干路电流等于各支路电流之和,由并联电路的电流特点可得,通过L的电流为
则L的额定功率为
答:(1)电源电压为12V;
(2)通电10s内电路消耗的总电能为48J;
(2)小灯泡L的额定功率为6W。
7.(1)40Ω;(2)20Ω;(3)1.8W
【详解】解:(1)从图乙可知:传感器到障碍物距离越近,Rs的阻值越小;当传感器到障碍物距离为1.5m时,Rs的阻值为40Ω。
(2)报警器开始报警,此时电路中报警电流为0.2A,电路中的总电阻
R=UI=12V0.2A=60Ω
R0的阻值
R0=R﹣Rs=60Ω﹣40Ω=20Ω
(3)当传感器到障碍物距离为1m时Rs的阻值为20Ω,此时电路中的总电阻
R′=Rs′+R0=20Ω+20Ω=40Ω
电路中的电流
I'=UR'=12V40Ω=0.3A
Rs的电功率
P=I′2Rs′=(0.3)2×20Ω=1.8W
答:(1)Rs的阻值为40Ω;
(2)R0的阻值为20Ω;
(3)Rs的电功率为1.8W。
8.(1)1.5A;(2)12Ω;(3)1W
【详解】解:(1)由P=UI可知,小灯泡L正常发光时的电流
(2)由欧姆定律可知,小灯泡的电阻
由电路图可知,当S闭合,S1被拨至“1”位置时,定值电阻和小灯泡串联,因为此时L正常发光,所以此时电路中的电流
I1=IL=1.5A
由欧姆定律可知,此时电路中总电阻
由串联电路的电阻特点可知,R0的阻值
R0=R1-RL=6Ω-4Ω=2Ω
当S闭合,S1被拨至“2”位置,滑动变阻器、定值电阻和小灯泡串联,由P=I2R可知,调节滑片P使滑动变阻器接入电路的电阻为滑动变阻器总阻值的时,通过灯泡的电流
由串联电路的电流特点可知,此时电路中的电流
I2=IL'=0.9A
由欧姆定律可知,电路中的总电阻
由串联电路的电阻特点可知,此时滑动变阻器接入电路的电阻
R=R2-R0-RL=10Ω-2Ω-4Ω=4Ω
因此滑动变阻器的最大阻值
R大=3R=3×4Ω=12Ω
(3)由P=I2R可知,电路中的电流最小时,小灯泡L能调节到的最小电功率,由欧姆定律可知,当电路中的总电阻最大时,电路中的电流最小,因此当S闭合,S1被拨至“2”位置,滑动变阻器、定值电阻和小灯泡串联,滑动变阻器接入电路的电阻最大时,电路中的总电阻最大,电流最小,由串联电路的电阻特点可知,电路中的最大总电阻
R总大=R大+R0+RL=12Ω+2Ω+4Ω=18Ω
则电路中的最小电流
则小灯泡L能调节到的最小电功率
PL小=I小2RL=(0.5A)2×4Ω=1W
答:(1)小灯泡L正常发光时的电流为1.5A;
(2)滑动变阻器的最大阻值为12Ω;
(3)小灯泡L能调节到的最小电功率为1W。
9.(1)1100Ω;(2)15s;(3)0.528元
【详解】解:(1)根据题意可知,当开关S1闭合、S2接a时,电路为R1的简单电路,此时P2=44W,由
可得,R1的阻值
(2)当开关S1断开、S2接a时,R1和R2串联,此时P1=22W,此时电路中的总电阻
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,所以,R2的阻值
R2=R-R1=2200Ω-1100Ω=1100Ω
由图可知,当开关S1闭合、S2接b时,R1与R2并联,因并联电路中总电阻的倒数等于各分电阻倒数之和,由等值电阻并联的规律可得,此时电路中的总电阻
则电路的功率
由以上分析可知,P1最小,所以为低温挡功率,P2为中温挡功率,P3最大,所以为高温挡功率,马桶圈吸收的热量
Q吸=cmΔt=0.44×103J/(kg ℃)×300×10-3kg×10℃=1320J
马桶盖功率为P3时,电热丝发热全部被马桶圈吸收,由可得,需要的时间
(3)马桶圈处于中温档持续工作1天,即24h消耗的电能
W=P2t'=44×10-3kW×24h=1.056kW·h
所需的电费
M=0.50元/kW·h×1.056kW·h=0.528元
答:(1)R1的阻值为1100Ω;
(2)马桶盖功率为P3时,质量为300g的马桶圈升温10℃时所用的时间为15s;
(3)马桶圈处于中温档持续工作1天所需电费为0.528元。
10.(1)440Ω;(2)1.98×105J;(3)5280J
【详解】解:(1)当开关S1、S2闭合时,该电路为只含有R1的简单电路,此时为高温加热状态,加热功率为P1=110W,该电热毯的电热丝R1的阻值为
(2)当电热毯处于高温加热状态时,则30min消耗的电能为
W=P1t1=110W×30×60s=1.98×105J
(3)当开关S2断开时,该电路为R1和R2的串联电路,串联电路总电阻等于各部分电阻之和,根据欧姆定律可得电路中的电流为
保温时间为
t2=5min=300s
则R2产生的热量为
答:(1)该电热毯的电热丝R1的阻值为440Ω;
(2)该电热毯处于正常工作的高温加热状态时,30min消耗的电能为1.98×105J;
(3)保温5min,R2产生热量5280J。
11.(1)2A;(2)61.6Ω;(3)10000J
【详解】解:(1)根据公式P=UI可知,低温挡工作时,电路中的电流为
(2)由图乙可知,当S1、S2闭合时,只有R1工作,当S1闭合、S2断开时,R1、R2串联;
根据串联电路的电阻特点可知,当S1闭合、S2断开时,R1、R2串联,电路中的总电阻最大,由可知,电路中的总功率最小,电熨斗处于低温挡;由可知,R1、R2的串联总电阻为
根据串联电路的电阻特点可知,R2的阻值为
R2=R-R1=110Ω-48.4Ω=61.6Ω
(3)当S1、S2闭合时,只有R1工作,电路中的总电阻最小,电功率最大,电熨斗处于高温挡,电熨斗高温挡的电功率
该电熨斗高温挡工作10s产生的热量为
Q=W=P高t=1000W×10s=10000J
答:(1)低温挡工作时,电路中的电流是2A;
(2)电阻R2的阻值是61.6Ω;
(3)该电熨斗高温挡工作10s产生的热量是10000J。
12.(1)0.5A;(2)55Ω;(3)8250J,75%
【详解】解:(1)由图知,当开关置于BC时,只有电动机工作,电吹风吹冷风,由P=UI可得,此时通过电动机的电流为
(2)当开关置于AB时,电动机与电热丝并联,电动机和电热丝同时工作,电吹风吹热风,此时电热丝的电功率为为
P电热丝=P热风-P冷=990W-110W=880W
电热丝的电阻为
(3)根据电热公式可知,电吹风吹冷风5min产生的热量为
此时消耗的电能为
W=P冷t=110W×5×60s=33000J
产生的机械能为
W机=W-Q=33000J-8250J=24750J
所以此时电吹风的效率为
答:(1)电吹风吹冷风时,通过电动机的电流是0.5A;
(2)电热丝工作时的电阻是55Ω;
(3)电吹风吹冷风5min产生的热量是8250J,效率为75%。
13.(1)4A;(2)880W;(3)
【详解】解:(1)正常工作时,通过电热管的电流
(2)正常工作时,电热管的功率
P=UI=220V×4A=880W
(3)烘干一次衣物,烘干机需正常工作1h,消耗的电能
答:(1)正常工作时,通过电热管的电流是4A;
(2)正常工作时,电热管的功率是880W;
(3)烘干一次衣物,烘干机需正常工作1h,消耗的电能。
14.(1)4A;(2)6.3×105J;(3)794.2W
【详解】解:(1)由图可知,足浴器的加热状态下的功率P加热=880W,由P=UI可知,足浴器在加热状态下正常工作时的电流
(2)水吸收的热量
Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×5kg×(42℃-12℃)=6.3×105J
(3)由可知,足浴器加热状态下电热丝的阻值
实际电压只有209V时足浴器的实际功率
答:(1)足浴器在加热状态下正常工作时的电流是4A;
(2)水吸收的热量是6.3×105J;
(3)若晚上用电高峰时的实际电压只有209V,加热状态下电热丝阻值不变,该足浴器的实际加热功率为794.2W。
15.(1)1A;(2)2Ω;(3)360J
【详解】解:(1)读图可知,电路为串联电路,电压表测量R1两端的电压,电流表测量电路中的电流。因为串联电路中各用电器两端的电压之和等于电源电压,所以电阻R2两端的电压为
U2=U-U1=6V-2V=4V
因为串联电路的电流相等,所以电流表的示数
(2)电阻R1的阻值
(3)通电1min,整个电路消耗的总电能
W=UIt=6V×1A×60s=360J
答:(1)电流表的示数为1A;
(2)电阻R1的阻值为2Ω;
(3)通电1min,整个电路消耗的总电能是360J。
16.(1)12V;(2)8Ω;(3)1512J
【详解】解:(1)只闭合开关S1时,R1、R3串联,电流表测量电路电流。电流表A的示数为0.2A,电源电压
U=I(R1+R3)=0.2A×(20Ω+40Ω)=12V
(2)只闭合开关S2时,R2、R3串联,电流表测量电路电流。根据欧姆定律可知总电阻
电阻R2的阻值
R2=R-R3=48Ω-40Ω=8Ω
(3)开关均闭合时,R1、R2并联,电流表测量干路电流。通过R1的电流
通过R2的电流
干路电流
I″=I1+I2=0.6A+1.5A=2.1A
通电1min电阻R1和R2消耗的总电能
W=UI″t=12V×2.1A×1×60s=1512J
答:(1)电源电压为12V;
(2)电阻R2的阻值为8Ω;
(3)开关均闭合时,通电1min电阻R1和R2消耗的总电能为1512J。
17.(1)0.2A;(2)220Ω;(3)15840J
【详解】解:(1)使用风干功能时,电路中只有电动机工作,根据P=UI可得,通过电动机的电流
(2)当开关S1、S2均闭合时,R和电动机M并联,电源电压U=220V,通过R的电流I2=1A,R的阻值为
(3)电阻R的功率
P2=UI2=220V×1A=220W
总功率
P=P1+P2=44W+220W=264W
使用烘干功能1min消耗的电能
W=Pt2=264W×60s=15840J
答:(1)使用风干功能时通过电动机的电流是0.2A;
(2)使用烘干功能时电阻R的阻值为220Ω;
(3)使用烘干功能1min消耗的电能是15840J。
18.(1)40Ω;(2)110W;(3)80%
【详解】解:(1)开关S、S1都闭合时,只有R2接入电路,此时电热水壶为加热挡。则电热丝R2的阻值为
(2)只闭合开关S时,R1与R2串联,此时电热水壶保温挡
保温挡的额定功率
(3)水吸收的热量
加热时间
消耗的电能
电热水壶的工作效率
答:(1)电热丝R2的阻值为40Ω;
(2)保温挡的额定功率为110W;
(3)电热水壶的工作效率为80%
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