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文檔簡介

第六章碰撞與動量守恒1.【2017·新課標Ⅰ卷】【答案】A【解析】設(shè)火箭的質(zhì)量(不含燃氣)為m1,燃氣的質(zhì)量為m2,根據(jù)動量守恒,m1v1=m2v2,解得火箭的動量為:p=m1v1=m2v2=30,所以A正確,BCD錯誤。2.【2017·新課標Ⅲ卷】【答案】AB3.(15福建卷)答案D4.(15重慶卷)【答案】A【解析】試題分析:人下落h高度為自由落體運動,由運動學(xué)公式,可知;緩沖過程(取向上為正)由動量定理得,解得:,故選A。5.[2014·福建卷Ⅰ](2)D[解析]忽略空氣阻力和分離前后系統(tǒng)質(zhì)量的變化,衛(wèi)星和箭體整體分離前后動量守恒,則有(m1+m2)v0=m1v1+m2v2,整理可得v1=v0+eq\f(m2,m1)(v0-v2),故D項正確.6.[2014·浙江卷][答案](1)C[解析](1)本題考查碰撞、動量守恒定律等知識點.甲木塊與彈簧接觸后,由于彈簧彈力的作用,甲、乙的動量要發(fā)生變化,但對于甲、乙所組成的系統(tǒng)因所受合力的沖量為零,故動量守恒,選項A、B錯誤,選項C正確;甲、乙兩木塊所組成系統(tǒng)的動能,一部分轉(zhuǎn)化為彈簧的勢能,故不守恒.7.[2014·重慶卷]B[解析]彈丸在爆炸過程中,水平方向的動量守恒,有m彈丸v0=eq\f(3,4)mv甲+eq\f(1,4)mv乙,解得4v0=3v甲+v乙,爆炸后兩塊彈片均做平拋運動,豎直方向有h=eq\f(1,2)gt2,水平方向?qū)?、乙兩彈片分別有x甲=v甲t,x乙=v乙t,代入各圖中數(shù)據(jù),可知B正確.8、(2013年天津理綜)【答案】B【解析】甲、乙運動員相互作用時,根據(jù)作用力與反作用力的特點,力的大小相等,作用時間也相等,所以沖量的大小相等,但沖量是矢量,它們的方向相反,故選項A錯誤;在乙推甲的過程中,忽略運動員與冰面間在水平方向上的相互作用,則由甲與乙構(gòu)成的系統(tǒng)動量守恒,由動量守恒定律可知,甲、乙動量變化量大小相等,方向相反,故選項B正確;甲乙互相作用時是非彈性碰撞,所以機械能會有損失,所以甲的動能增加量和乙的動能的減小量不相等,所以選項C錯誤;根據(jù)選項C可知,甲、乙的動能增加量與減小量不相等,所以由動能定理可知,甲對乙做功的絕對值和乙對甲做的功的絕對值不相等,9.【答案】D【解析】A、根據(jù)動量守恒定律可得,可知兩種情況下木塊和子彈的共同速度相同,兩顆子彈速度變化相同,故A錯誤;B、兩滑塊的動量變化相同,受到的沖量相同,由,射入A中的深度是射入B中深度的兩倍,射入滑塊A中時平均阻力對子彈是射入滑塊B中時的倍,故B錯誤;C、射入滑塊A中時阻力對子彈做功與射入滑塊B中時阻力對子彈做功相等,故C錯誤;D、由,兩個過程中系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量相同,故D正確;故選D。10.【答案】B【解析】在物塊下滑的過程中,斜槽將后退,物塊與弧形槽系統(tǒng)只有重力做功,機械能守恒;對于物塊,除了重力做功外,支持力做功,則物塊的機械能不守恒.故A錯誤.物塊加速下滑,豎直方向受向下合力,物塊與槽在水平方向上不受外力,所以只能在水平方向動量守恒.故C錯誤.因為物塊與槽在水平方向上動量守恒,由于質(zhì)量相等,根據(jù)動量守恒,物塊離開槽時速度大小相等,方向相反,物塊被彈簧反彈后,與槽的速度相同,做勻速直線運動.故B正確,D錯誤.故選B.11.【答案】D【解析】在木塊A與彈簧相互作用的過程中,從彈簧的壓縮量達到最大到彈簧恢復(fù)原狀的過程中,彈簧對木板B有向左的彈力,B板仍在加速,所以彈簧壓縮量最大時,B板運動速率不是最大,當(dāng)彈簧恢復(fù)原長時B板的速率最大,故A錯誤;彈簧壓縮量先增加后減小,彈簧對B板的彈力先增大后減小,故B板的加速度先增加后減小,故B錯誤;設(shè)彈簧恢復(fù)原長時A與B的速度分別為v1和v2.取向左為正方向,根據(jù)動量守恒定律,有:2mv0=2mv1+mv2

;根據(jù)機械能守恒定律,有:?2m?v02=?2m?v12+mv22

;解得:v1=v0,v2=v0.對滑塊A,根據(jù)動量定理,有:I=2mv1-2mv0=-mv0(負號表示方向向右),故C錯誤;當(dāng)滑塊與長木板速度相等時,彈簧的壓縮量最大;根據(jù)動量守恒定律,有:2mv0=(m+2m)v

;系統(tǒng)機械能守恒,根據(jù)守恒定律,有:Ep=?2m?v02-(2m+m)v2

;由以上兩式解得:Ep=mv02,故D正確;故選D.12.【答案】A【解析】AB.當(dāng)m達到最大靜摩擦力時,m相對M發(fā)生相對滑動;則此時m的加速度為:a=μg=0.2×10=2m/s2;則對整體受力分析可知,F(xiàn)=(m+M)a=3×2=6N=6t,則可知發(fā)生相對運動的時間為1s,F(xiàn)是均勻增加的,,對整體由動量定理可得:;解得:v=1m/s,故A正確,B錯誤;C.若物體做勻加速直線運動,則1s內(nèi)的位移x=vt/2=0.5m;而物體做的是變加速直線運動,故位移不是0.5m;故D.由動量定理可知,I=(M+m)v=3N?s;故D錯誤;13.【答案】A【解析】由x-t圖象可知,碰撞前,vB=0m/s,碰撞后vA′=vB′=v=,碰撞過程動量守恒,對A、B組成的系統(tǒng),設(shè)A原方向為正方向,則由動量守恒定律得:mAvA=(mA+mB)v,解得mA:mB=1:3;故A正確,BCD錯誤.故選A.15.【答案】D【解析】試題分析:由沖量的計算公式求出各力的沖量大小,由動量定理求出動量的變化量或合力的沖量.小球受到豎直向下的重力,和垂直切面指向圓心的支持力,所以合力不指向圓心,故合力的沖量也不指向圓心,A錯誤;小球的支持力不為零,作用時間不為零,故支持力的沖量不為零,B錯誤;小球在運動過程中只有重力做功,所以根據(jù)機械能守恒可得,故,根據(jù)動量定理可得,故C錯誤D正確.16.【答案】D【解析】球b自由落體運動,球c的豎直分運動是自由落體運動,故bc兩個球的運動時間相同,為:;球a受重力和支持力,合力為mgsinθ,加速度為gsinθ,根據(jù),得:;故t<t′,故A錯誤;由于重力相同,而重力的作用時間不同,故重力的沖量不同,故B錯誤;初動能不全相同,而合力做功相同,故根據(jù)動能定理,末動能不全相同,故C錯誤;bc球合力相同,運動時間相同,故合力的沖量相同,根據(jù)動量定理,動量變化量也相同;ab球機械能守恒,末速度相等,故末動量相等,初動量為零,故動量增加量相等,故D正確;故選D.17.【答案】A【解析】在M與m相撞的過程中,有能量損失,所以系統(tǒng)機械能不守恒.碰撞的瞬間,由于時間極短,內(nèi)力遠大于外力,系統(tǒng)動量守恒,故A正確;從M與m粘連后到彈簧被壓縮到最短的過程中,墻壁對系統(tǒng)有作用力,即系統(tǒng)所受的外力之和不為零,系統(tǒng)動量不守恒,該過程只有彈力做功,系統(tǒng)機械能守恒,由于從M與m開始接觸時動量守恒機械能不守恒,則選項B錯誤;從M與m開始接觸到彈簧被壓縮到最短的過程中,墻壁對系統(tǒng)有作用力,即系統(tǒng)所受的外力之和不為零,系統(tǒng)動量不守恒,由于碰撞的過程有能量損失,系統(tǒng)機械能不守恒,故CD錯誤;故選A.18.【答案】C【解析】試題分析:系統(tǒng)內(nèi)力遠遠大于外力,系統(tǒng)動量守恒,只有重力或只有彈力做功,系統(tǒng)機械能守恒,根據(jù)系統(tǒng)受力情況與做功情況判斷系統(tǒng)動量與機械能是否守恒,應(yīng)用動量守恒定律與能量守恒定律分析答題.子彈在擊中木塊過程要克服阻力做功,機械能有損失,系統(tǒng)機械能不守恒,子彈與木塊壓縮彈簧過程,子彈、木塊、彈簧組成的系統(tǒng)受到墻壁的作用力,系統(tǒng)所受合外力不為零,系統(tǒng)動量不守恒,由此可知,彈簧、子彈和木塊組成的系統(tǒng)在整個過程中動量不守恒、機械能不守恒,AB錯誤;設(shè)子彈射入木塊后,兩者的速度為v,子彈擊中木塊過程子彈與木塊的內(nèi)力遠遠大于外力,所以子彈與木塊組成的系統(tǒng)動量守恒,以子彈的初速度方向為正方向,由動量守恒定律得,木塊壓縮彈簧過程,動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能,當(dāng)彈性勢能最大時,系統(tǒng)的動能全部轉(zhuǎn)化為彈性勢能,故由能量守恒定律得,聯(lián)立解得,C正確D錯誤.19.【答案】AC【解析】從圖象可以看出,從0到的過程中B減速A加速,B的速度大于A的速度,彈簧被拉伸,時刻兩物塊達到共同速度2m/s,此時彈簧處于伸長狀態(tài),A正確;從圖中可知從到時間內(nèi)A做減速運動,B做加速運動,彈簧由壓縮狀態(tài)恢復(fù)到原長,即時刻彈簧處于壓縮狀態(tài),時刻彈簧處于原長,故BD錯誤;由圖示圖象可知,時刻兩物體相同,都是2m/s,A、B系統(tǒng)動量守恒,以B的初速度方向為正方向,由動量守恒定律得:

,即,解得m1:m2=2:1,所以,在時刻根據(jù)能量守恒定律可得即,解得,C正確.20【答案】BD【解析】將三者看做一個整體,在b球下落過程中,整體只有重力做功,系統(tǒng)的機械能守恒,A錯誤;因為兩桿對兩小球做功的代數(shù)和為零,所以有,解得b球落地瞬間的速度為,B正確;整個裝置下落過程中,水平方向沒有外力,水平方向的動量守恒,豎直方向上動量不守恒,C錯誤;設(shè)桿對a球做功,對b球做功,系統(tǒng)機械能守恒,則除了重力之外的力的功必定為零,即,對a球由動能定理可知,故,D正確.三、計算題1.【2017·天津卷】【答案】(1)(2)(3)【解析】(1)B從釋放到細繩剛繃直前做自由落體運動,有:解得:(2)設(shè)細繩繃直前瞬間B速度大小為vB,有細繩繃直瞬間,細繩張力遠大于A、B的重力,A、B相互作用,總動量守恒:繩子繃直瞬間,A、B系統(tǒng)獲得的速度:之后A做勻減速運動,所以細繩繃直瞬間的速度v即為最大速度,A的最大速度為2m/s(3)細繩繃直后,A、B一起運動,B恰好可以和地面接觸,說明此時A、B的速度為零,這一過程中A、B組成的系統(tǒng)機械能守恒,有:解得,初始時B離地面的高度2.(i)規(guī)定向右為速度正方向。冰塊在斜面體上運動到最大高度時兩者達到共同速度,設(shè)此共同速度為v,斜面體的質(zhì)量為m3。由水平方向動量守恒和機械能守恒定律得m2v20=(m2+m3)v①Q(mào)UOTE12m2v202=QUOTE12(m2+m3)v2+m2gh②式中v20=-3m/s為冰塊推出時的速度。聯(lián)立①②式并代入題給數(shù)據(jù)得m3=20kg③(ii)設(shè)小孩推出冰塊后的速度為v1,由動量守恒定律有m1v1+m2v20④代入數(shù)據(jù)得v1=1m/s⑤設(shè)冰塊與斜面體分離后的速度分別為v2和v3,由動量守恒和機械能守恒定律有m2v20=m2v2+m3v3⑥123、解答:35.(1)ABE(2)答:設(shè)物塊與地面間的動摩擦因數(shù)為μ。若要物塊a、b能夠發(fā)生碰撞,應(yīng)有①即②設(shè)在a、b發(fā)生彈性碰撞前的瞬間,a的速度大小為v1。由能量守恒有③設(shè)在a、b碰撞后的瞬間,a、b的速度大小分別為v'1、v'2,由動量守恒和能量守恒有mv1=mv'1+v'2④⑤聯(lián)立④⑤式解得v'2=v1⑥由題意,b沒有與墻發(fā)生碰撞,由功能關(guān)系可知⑦聯(lián)立③⑥⑦式,解得:⑧聯(lián)立②⑧式,a與b發(fā)生碰撞、但b沒有與墻發(fā)生碰撞的條件,所以有:⑨4.【答案】(1);(2)5.(15新課標1卷)6.解:(ⅰ)設(shè)B球第一次到達地面時的速度大小為vB,由運動學(xué)公式有vB=eq\r(2gh)①將h=0.8m代入上式,得v1=4m/s.②(ⅱ)設(shè)兩球相碰前后,A球的速度大小分別為v1和v′1(v′1=0),B球的速度分別為v2和v′2,由運動學(xué)規(guī)律可得v1=gt③由于碰撞時間極短,重力的作用可以忽略,兩球相碰前后的動量守恒,總動能保持不變,規(guī)定向下的方向為正,有mAv1+mBv2=mBv′2④eq\f(1,2)mAveq\o\al(2,1)+eq\f(1,2)mBveq\o\al(2,2)=eq\f(1,2)mv′eq\o\al(2,2)⑤設(shè)B球與地面相碰后速度大小為v′B,由運動學(xué)及碰撞的規(guī)律可得v′B=vB⑥設(shè)P點距地面的高度為h′,由運動學(xué)規(guī)律可得h′=eq\f(v′eq\o\al(2,B)-veq\o\al(2,2),2g)⑦聯(lián)立②③④⑤⑥⑦式,并代入已知條件可得h′=0.75m.⑧7.[2014·安徽卷][答案](1)2.5m/s(2)6次(3)12.75m[解析](1)設(shè)兩者間相對靜止時速度為v,由動量守恒定律得mv0=2mv,解得v=2.5m/s(2)設(shè)物塊與凹槽間的滑動摩擦力Ff=μN=μmg設(shè)兩者相對靜止前相對運動的路程為s1,由動能定理得-Ff·s1=eq\f(1,2)(m+m)v2-eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0),得s3=12.5m已知L=1m,可推知物塊與右側(cè)槽壁共發(fā)生6次碰撞.(3)設(shè)凹槽與物塊碰前的速度分別為v1、v2,碰后的速度分別為v′1、v′2.有mv1+mv2=mv′1+mv′2eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)+eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)=eq\f(1,2)mv′eq\o\al(2,1)+eq\f(1,2)mv′eq\o\al(2,2)得v′1=v2,v′2=v1即每碰撞一次凹槽與物塊發(fā)生一次速度交換,在同一坐標系上兩者的速度圖線如圖所示,根據(jù)碰撞次數(shù)可分為13段凹槽,物塊的vt圖像在兩條連續(xù)的勻變速運動圖線間轉(zhuǎn)換,故可用勻變速直線運動規(guī)律求時間.則v=v0+at,a=-μg,解得t=5s凹槽的vt圖像所包圍的陰影部分面積即為凹槽的位移大小s2.(等腰三角形面積共分13份,第一份面積為0.5L,其余每份面積均為L)s2=eq\f(1,2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v0,2)))t+6.5L=12.75m.8.[答案](1)2m/s(2)1m/s(3)0.25m[解析]設(shè)滑塊的質(zhì)量為m.(1)根據(jù)機械能守恒定律有mgR=eq\f(1,2)mv2解得碰撞前瞬間A的速率有v=eq\r(2gR)=2m/s.(2)根據(jù)動量守恒定律有mv=2mv′解得碰撞后瞬間A和B整體的速率v′=eq\f(1,2)v=1m/s.(3)根據(jù)動能定理有eq\f(1,2)(2m)v′2=μ(2m)gl解得A和B整體沿水平桌面滑動的距離l=eq\f(v′2,2μg)=0.25m.9.[2014·全國卷][答案](1)1.0m/s(2)1400J[解析](1)設(shè)運動員甲、乙的質(zhì)量分別為m、M,碰前速度大小分別為v、V,碰后乙的速度大小為V′.由動量守恒定律有mv-MV=MV′①代入數(shù)據(jù)得V′=1.0m/s②(2)設(shè)碰撞過程中總機械能的損失為ΔE,應(yīng)有eq\f(1,2)mv2+eq\f(1,2)MV2=eq\f(1,2)MV′2+ΔE③聯(lián)立②③式,代入數(shù)據(jù)得ΔE=1400J④10[2014·山東卷][答案](ⅰ)eq\f(m,2)(ⅱ)eq\f(1,6)mveq\o\al(2,0)[解析](ⅰ)以初速度v0的方向為正方向,設(shè)B的質(zhì)量為mB,A、B碰撞后的共同速度為v,由題意知:碰撞前瞬間A的速度為eq\f(v,2),碰撞前瞬間B的速度為2v,由動量守恒定律得meq\f(v,2)+2mBv=(m+mB)v①由①式得mB=eq\f(m,2)②(ⅱ)從開始到碰后的全過程,由動量守恒定律得mv0=(m+mB)v③設(shè)碰撞過程A、B系統(tǒng)機械能的損失為ΔE,則ΔE=eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,2)))eq\s\up12(2)+eq\f(1,2)mB(2v)2-eq\f(1,2)(m+mB)v2④聯(lián)立②③④式得ΔE=eq\f(1,6)mveq\o\al(2,0)⑤11.[2014·天津卷](1)2.5m/s2(2)1m/s(3)0.45m[解析](1)以A為研究對象,由牛頓第二定律有F=mAa①代入數(shù)據(jù)解得a=2.5m/s2②(2)對A、B碰撞后共同運動t=0.6s的過程,由動量定理得Ft=(mA+mB)vt-(mA+mB)v③代入數(shù)據(jù)解得v=1m/s④(3)設(shè)A、B發(fā)生碰撞前,A的速度為vA,對A、B發(fā)生碰撞的過程,由動量守恒定律有mAvA=(mA+mB)v⑤A從開始運動到與B發(fā)生碰撞前,由動能定理有Fl=eq\f(1,2)mAveq\o\al(2,A)⑥由④⑤⑥式,代入數(shù)據(jù)解得l=0.45m⑦12、(2013重慶理綜)【答案】(1)A球的速率(2)1<P<5(3)1<P<313、(2013年新課標Ⅰ卷)【解析】設(shè)在發(fā)生碰撞前的瞬間,木塊A的速度大小為v;在碰撞后的瞬間,A和B的速度分別為v1和v2.在碰撞過程中,由動量和能量守恒定律,得①②式中,以碰撞前木塊A的速度方向為正。由①②式得③設(shè)碰撞后A和B運動的距離分別為d1和d2,由動能定理得④⑤按題意有⑥設(shè)A的初速度為v0,由動能定理得⑦聯(lián)立上式,得⑧14、(2013年新課標Ⅱ卷)【解析】(1)從A壓縮彈簧到A與B具有相同速度時,對A、B與彈簧組成的系統(tǒng),由動量守恒定律得①此時B與C發(fā)生完全非彈性碰撞,設(shè)碰撞后的瞬時速度為,損失的機械能為。對B、C組成的系統(tǒng),由動量守恒和能量守恒定律得②③聯(lián)立①②③式得④(2)由②式可知,A將繼續(xù)壓縮彈簧,直至A、B、C三者速度相同,設(shè)此速度為,此時彈簧被壓縮至最短,其彈性勢能為。由動量守恒和能量守恒定律得⑤⑥聯(lián)立④⑤⑥式得⑦15.【答案】(1)6.0m/s2;(2)18J;(3)20?!窘馕觥浚?)設(shè)物體運動的加速度為,物體所受合力等于重力沿斜面向下的分力,根據(jù)牛頓第二定律有,解得:.(2)物體沿斜面上滑到最高點時,克服重力做功達到最大值,設(shè)最大值為,對于物體沿斜面上滑過程,根據(jù)動能定理有:解得:.(3)物體沿斜面上滑和下滑的總時間,此過程中重力的沖量,方向:豎直向下.綜上所述本題答案是:(1)6.0m/s2;(2)18J;(3)2016.【答案】(1)-1.5J,(2).【解析】試題分析:(1)開始時A、B均處于平衡狀態(tài),由平衡條件可以求出開始時彈簧的彈力以及彈簧從長度;C到達最低點時,B恰好離開地面,此時彈簧的彈力等于B的重力,C下降的距離等于彈簧從被壓縮到回復(fù)原長再到被拉長的形變量的長度,求出開始彈簧的壓縮量,再求出彈簧的伸長量,即可求出C下降的距離.然后結(jié)合機械能守恒即可求出彈簧的彈性勢能的變化;(2)由機械能守恒求出輕繩剛剛被拉直時D的速度,然后由動量守恒求出A與D的共同速度,最后結(jié)合機械能守恒求出D剛剛落至地面時的速度.(1),開始時A處于靜止狀態(tài),A對彈簧的壓力等于A的重力;B恰好要離開地面時,B物體受到的拉力等于B的重力,由胡克定律可得A上升的高度:由于C恰能使B離開地面但不繼續(xù)上升,可知C與A的末速度都是0由功能關(guān)系可得彈簧的彈性勢能的變化量:(2)D下降H的過程中機械能守恒,則有:輕繩拉緊的一瞬間,輕繩對A的沖量與對D的沖量大小相等,方向都向上,設(shè)為I,輕繩拉緊后A與D的速度大小相等,設(shè)為,則對A取向上為正方向,則:對D取向下為正方向,則:D剛剛落地時,A與D的速度仍然是大小相等,設(shè)為則:聯(lián)立解得:17.【答案】(1)1m/s;(2)12.5J;30J;(3)1.5m【解析】(1)小球A下擺及反彈上升階段機械能守恒,由機械能守恒定律得:A.B碰撞過程系統(tǒng)動量守恒,以A的初速度方向為正方向,由動量守恒定律得:mvA=-mv1+5mvB,代入數(shù)據(jù)解得:vB=1m/s;(2)經(jīng)過時間t,B與傳送帶速度相等,由勻變速直線運動速度公式得:v0=vB+μgt,(3)物塊在傳送帶上一直加速到達右端時恰好與傳送帶速度相等,系統(tǒng)水平方向動量守恒,以向右為正方向,由動量守恒定律得:5mv0=(5m+25m)由機械能守恒定律得:代入數(shù)據(jù)解得:R=1.5m;18.【答案】(1),(2)3mg,(3).【解析】試題分析:(1)對B進行受力分析,由平衡條件求出彈簧的勁度系數(shù).(2)根據(jù)簡諧運動特點求出回復(fù)力,然后應(yīng)用平衡條件、牛頓第三定律求出C對D的最大壓力.(3)對A應(yīng)用機械能守恒定律求出A、B碰撞前A的速度,由動量守恒定律求出碰撞后A、B的速度,對A與B組成的系統(tǒng)、B與C組成的系統(tǒng)、對A、對B應(yīng)用機械能守恒定律,分析答題.(1)物體B靜止時,彈簧形變量為x0,彈簧的彈力,物體B受力如圖所示由平衡條件得:解得:彈簧的勁度系數(shù)(2)A與B碰后一起做簡諧運動到最高點時,物體C對擋板D的壓力最小為0則對C,彈簧彈力:對A、B,回復(fù)力最大:由簡諧運動的對稱性,可知A與B碰后一起做簡諧運動到最低點時,回復(fù)力也最大即,此時物體C對擋板D的壓力最大對物體A、B有:則彈簧彈力:對物體C,設(shè)擋板D對物體C的彈力為N則:由牛頓第三

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