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类型专题12 实验:测定电池的电动势和内阻-高中物理同步重难讲练与模拟提升之恒定电流 Word版含解析.doc

  • 上传人:weiwoduzun
  • 文档编号:4771225
  • 上传时间:2019-01-11
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    专题12 实验:测定电池的电动势和内阻-高中物理同步重难讲练与模拟提升之恒定电流 Word版含解析.doc
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    1、实验:测定电池的电动势和内阻重难讲练一、测定电池电动势和内阻的实验方案设计1. 伏安法:由 E U Ir知,只要测出 U、 I的两组数据,就可以列出两个关于 E、 r的方程,从而解出E、 r,用到的器材有电池、开关、滑动变阻器、电压表、电流表,电路图如图 1所示.图 12. 安阻法:由 E IR Ir可知,只要能得到 I、 R的两组数据,列出关于 E、 r的两个方程,就能解出E、 r,用到的器材有电池、开关、电阻箱、电流表,电路图如图 2所示.图 23. 伏阻法:由 E U r知,如果能得到 U、 R的两组数据,列出关于 E、 r的两个方程,就能解出 E、 r,UR用到的器材是电池、开关、电阻

    2、箱、电压表,电路图如图 3所示.图 3二、实验操作与实验数据的处理1. 实验步骤(以伏安法为例)(1) 电流表用 00.6 A 量程,电压表用 03 V 量程,按实验原理图连接好电路.(2) 把滑动变阻器的滑片移到一端,使其接入电路中的阻值最大.(3) 闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表有明显的示数,记录一组数据( I1、 U1).用同样的方法测量几组I、 U值.(4) 断开开关,整理好器材.(5) 处理数据,用公式法和图象法这两种方法求出电池的电动势和内阻.2. 实验数据的处理(1) 公式法依次记录的多组数据(一般 6组)如表所示:实验序号 1 2 3 4 5 6I/A I1 I2 I3 I

    3、4 I5 I6U/V U1 U2 U3 U4 U5 U6分别将 1、4 组,2、5 组,3、6 组联立方程组解出 E1、 r1, E2、 r2, E3、 r3,求出它们的平均值作为测量结果.E , r .E1 E2 E33 r1 r2 r33(2) 图象法 根据多次测出的 U、 I值,作 U I图象; 将图线两侧延长,纵轴截距点意味着断路情况,它的数值就是电池电动势 E; 横轴截距点(路端电压 U0)意味着短路情况,它的数值就是短路电流 ;Er 图线斜率的绝对值等于电池的内阻 r,即 r ,如图所示.| U I| EI短3. 注意事项(1) 为使电池的路端电压有明显变化,应选取内阻较大的旧干电

    4、池和内阻较大的电压表.(2) 实验中不能将电流调得过大,且读数要快,读完后立即切断电源,防止干电池大电流放电时内阻 r的明显变化.(3) 当干电池的路端电压变化不很明显时,作图象时,纵轴单位可取得小一些,且纵轴起点可不从零开始.如图所示,此时图线与纵轴交点仍为电池的电动势 E,但图线与横轴交点不再是短路电流,内阻要在直线上取较远的两点用 r| |求出. U I三、误差分析1偶然误差主要来源于电压表和电流表的读数以及作 UI 图像时描点不准确。2系统误差由于电压表分流 IV,使电流表示数 I小于电池的输出电流 I 真 。 I 真 I IV,而 IV , U越大, IV越大,URV它们的关系可用下

    5、图表示。实测的图线为 AB,经过 IV修正后的图线为 A B,可看出 AB的斜率绝对值和在纵轴上的截距都小于 A B,即实测的 E和 r都小于真实值。【典例 1】利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻.要求尽量减小实验误差.(1)应该选择的实验电路是图中的_(填“甲”或“乙”).(2)现有电流表(00.6 A)、开关和导线若干,以及以下器材:A.电压表(015 V)B.电压表(03 V)C.滑动变阻器(050 )D.滑动变阻器(0500 )实验中电压表应选用_;滑动变阻器应选用_.(选填相应器材前的字母)(3)某位同学记录的 6组数据如下表所示,其中 5组数据的对应点已经标在图的坐标

    6、纸上,请标出余下一组数据的对应点,并画出 U I图线.序号 1 2 3 4 5 6电压 U(V) 1.45 1.40 1.30 1.25 1.20 1.10电流 I(A) 0.060 0.120 0.240 0.260 0.360 0.480(4)根据(3)中所画图线可得出干电池的电动势 E_V,内电阻 r_.【答案】(1)甲 (2)B C (3)如图所示 (4)1.50(1.491.51) 0.83(0.810.85)【解析】(1)如果用乙电路,误差来源于电流表的分压,测量时将电流表内阻当成电源内阻的一部分,而电流表内阻与电源内阻很接近,故电源内阻测量误差大,用甲电路,误差来源于电压表的分流

    7、,因为电压表的内阻远大于滑动变阻器的电阻,故电压表分流很小.测量引起的误差小,故选择甲电路图;(2)电源电动势为 1.5 V,因此电压表量程选择 3 V,故选 B;为使电路中的电流能大范围调节,需选用全阻值小的滑动变阻器,故选 C;(3)先描点,然后用平滑的直线连接,就得到电源的伏安特性曲线;(4)由闭合电路的欧姆定律得 U E Ir,故 U I图象的纵轴截距表示电源的电动势,斜率的绝对值表示电源的内阻,故E1.50 V, r0.83 .【典例 2】有一特殊电池,它的电动势约为 9 V,内阻约为 40 ,已知该电池允许输出的最大电流为 50 mA.为了测定这个电池的电动势和内阻,某同学利用如图

    8、甲所示电路进行实验,图中电流表的内阻 RA5 , R为电阻箱,阻值范围 0999.9 , R0为定值电阻,对电源起保护作用.(1)本实验中的 R0应选_(填字母).A.10 B.50 C.150 D.500 (2)该同学接入符合要求的 R0后,闭合开关 S,调整电阻箱的阻值,读取电流表的示数,记录多组数据,作出了如图乙所示的图线,则根据图线可求得该电池的电动势 E_ V,内阻 r_ .【答案】(1)C (2)10 45【跟踪训练】1. 如图所示,是根据某次测定电池的电动势和内阻的实验记录的数据作出的 U I图象,下列关于这个图象的说法中正确的是( )A.纵轴截距表示待测电池的电动势,即 E3.

    9、0 VB.横轴截距表示短路电流,即 I00.6 AC.根据 r ,计算出待测电池内阻为 5 EI0D.根据 r| |,计算出待测电池内阻为 1 U I【答案】AD【解析】由于纵坐标并非从零开始,故横轴截距不是短路电流,内阻 r| | 1 . U I 3.0 2.40.6 02. 用如图甲所示的电路来测量电池电动势和内电阻,根据测得的数据作出了如图所示的 UI图线,由图乙可知( )A电池电动势的测量值是 1.40 VB电池内阻的测量值是 3.50 C外电路发生短路时的电流为 0.40 AD电压表的示数为 1.20 V时电流表的示数 I0.20 A【答案】AD3. 在“测定电池的电动势和内阻”的实

    10、验中,已连接好部分实验电路.(1)按图甲所示的实验电路,把图乙中剩余的电路连接起来.(2)在图乙的电路中,为避免烧坏电表,闭合开关前,滑动变阻器的滑片应置于_端(选填“ A”或“B”).(3)如图是根据实验数据作出的 U I图象,由图可知,电源的电动势 E_ V,内阻r_ .【答案】(1)见【解析】图 (2) B(3)1.5 1.0【解析】(1)电路连接如图.(2)闭合开关前,滑动变阻器接入电路中的阻值应该最大,故滑片应置于 B端.(3)由题图图象可知,电源电动势为 1.5 V,内阻 r 1.0 .1.5 1.00.54根据闭合电路欧姆定律,用图甲所示的电路可以测定电池的电动势和内电阻。图中

    11、R0是定值电阻,通过改变 R的阻值,测出 R0两端的对应电压 U12,对所得的实验数据进行处理,就可以实现测量目的。根据实验数据在 R坐标系中描出坐标点,如图乙所示。已知 R0150 ,请完成以下数据分析和处理。1U12(1)图乙中电阻为_ 的数据点应剔除;(2)在图乙上画出 R关系图线;1U12(3)图线的斜率是_(V 1 1 ),由此可得电池电动势 Ex_V。【答案】(1)80 (2)如图所示 (3)0.004 44 1.50【解析】(1)根据画图描点原则应舍掉电阻为 80 的点。(2)连线时应该用平滑曲线拟合,使线过尽可能多的点,不在线上的数据点均匀分布在线的两侧。(3)根据闭合电路欧姆

    12、定律得 Ex U12 (R rx),所以 ,由图可知斜率U12R0 1U12 1Ex RR0Ex rxExR00.004 44,即 Ex1.50 V。1R0Ex模拟提升1 (2017 福建省福州市八县(市)协作校高二上期末联考)(1)在“测定金属的的电阻率”实验中,用螺旋测微器测量金属丝的直径,如图所示的读数是_mm。(2)在“测定电源的电动势和内阻”的实验中, 根据实验数据作出的 U I图象,由图可知,电源的电动势 E_ V,内阻 r_。 (计算结果均保留三位有效数字)【答案】 0.690(0.6890.691) 1.40(1.391.41) 0.571(0.5490.594)2 (2017

    13、 河北省张家口市第四中学高二上期末)某同学采用如下图甲所示的电路测定电源电动势和内电阻已知干电池的电动势约为 1.5 V,内阻约 2 ,电压表(03V,3 k),电流表(00.6A,1.0 ),滑动变阻器有 R1(10,2 A)和 R2(100,0.1 A)各一只所用滑动变阻器为_根据图丙得电源电动势为_ V内电阻为_ .【答案】 R1 1.48 (1.47 1.49) 1.79 (1.78 1.90)3 (2018 年广东省惠州市第八中学高二下期中)如图所示,是 法测电源电动势和内阻的两种常用方法,由于电流表和电压表都不是理想电表,所以测量结果有系统误差 请分析以下问题:.采用图 1的方法,

    14、引入系统误差的原因是_;采用图 2的方法,引入系统误差的原因是_; (1)图 3和图 4是用图象法处理的结果,请判断:(2)图 3是用_ 填“图 1或图 2” 电路处理的结果,其中图线_ 填“ 或 ” 表示测量图线,图( ) ( )线_ 填“ 或 ” 表示真实图线;( )图 4是用_ 填“图 1或图 2” 电路处理的结果,其中图线_ 填“ 或 ” 表示测量图线,图( ) ( )线_ 填“ 或 ” 表示真实图线( )【答案】电压表分流 电流表分压 图 1 图 2 图 2中采用电流表相对电源的内接法,误差来自于电流表的分压,当外电路断路时,电流表中电流为零,分压可忽略;故测量的电动势准确;故图 4

    15、是该电路所测数据处理的结果;由于电压表测量值偏小,故是测量图象, 是实际图线; 4 (2018 江苏省苏州市新区一中高二下期末复习)实验室中准备了下列器材:待测干电池 电动势约 ,内阻约 ,( 1.5 1.0)电流表 满偏电流 ,内阻( 1.510)电流表 量程 ,内阻约 ,( 0 0.60 0.10)滑动变阻器 1(0 20,2)滑动变阻器 2(0 100,1)定值电阻 ,开关 S和导线若干3=990某同学选用上述器材 滑动变阻器只选用了一个 测定一节干电池的电动势和内阻 为了能较为准确地进行 ( ) .测量和操作方便,实验中选用的滑动变阻器,应是_ 填代号.( )请在如图 1 方框中画出他

    16、的实验电路图_如图 2为该同学根据实验数据作出的 图线 为电流表 G的示数, 为电流表 A的示数 ,由该图线 12 (1 2 )可得:被测干电池的电动势 _V,内阻 _= = .【答案】 11.46 0.76【解析】 滑动变阻器应起到明确的调节作用,并且还要易于调节,故一般限流接法时,滑动变阻器比内阻约为 10倍左右即可,故本题中应选 ;1本题中表头可与定值电阻串联作为电压表使用,再将滑动变阻顺与电流表 A串接在电源两端即可;如下图5 (2018 天津市耀华中学高三第二次模拟)某同学想运用如图甲所示的实验电路,测量未知电阻 Rx的阻值,电流表 A的内阻和电源(内阻忽略不计)的电动势,实验过程中

    17、电流表的读数始终符合实验要求。为了测量未知电阻 Rx的阻值,他在闭合开关之前应该将两个电阻箱的阻值调至_(填“最大”或“最小” ) ,然后闭合开关 K1,将开关 K2拨至 1位置,调节 R2使电流表 A有明显读数 I0;接着将开关 K2拨至 2位置。保持 R2不变,调节 R1,当调节 R1=34.2 时,电流表 A读数仍为 I0,则该未知电阻的阻值Rx=_。为了测量电流表 A的内阻 RA和电源(内阻忽略不计)的电动势 E,他将 R1的阻值调到 R1=1.5,R 2调到最大,将开关 K2调至 2位置,闭合开关 K1;然后多次调节 R2,并在表格中记录下了各次 R2的阻值和对应电流表 A的读数 I

    18、;最后根据记录的数据,他画出了如图乙所示的图像;利用图像中的数据可求得,电流表 A的内阻 RA=_,电源(内阻忽略不计)的电动势 E=_V。【答案】 最大; 34.2; 0.5; 4;6 (2018 辽宁省沈阳市高三第三次模拟)某同学利用如图(a)所示电路,测量电源的电动势和内阻,已知定值电阻 R的阻值均为 5.要通过改变 R的个数得到不同的电压,实验步骤如下:闭合开关 S和 S1,记录电压表的示数为 U1;闭合开关 S和 S2,记录电压表的示数为 U2;闭合开关 S和 S3,记录电压表的示数为 U3;闭合开关 S、S 1和_,记录电压表的示数为 U4;闭合开关 S、S 2和_,记录电压表的示

    19、数为 U5;同时闭合 S、S 1、S 2和 S3,记录电用表的示数为 U6;建立坐标系,以 (电压表读数的倒数 )为纵坐标,n(接入电路中定值电阻的个数)为横坐标;1逐个描点,得到如图(b)所示的图形。回答下列问题:(2)用 E和 r表示电源的电动势和内阻,则 与 n的关系式为_(用各物理量的符号表示);1(3)根据图(b)求得电源电动势 E=_V,内阻 r=_ ( 结果均保留两位有效数字).【答案】 ; ; 2.0 5.03 31=+17 (2018 福建省闽侯第二中学五校教学联合体高二上期末)用如图甲所示的电路测定一电池组的电动势与内电阻。(1)用笔画线代替导线在图乙中完成实物连接图_;(

    20、2)由图丙可知:该电池组的电动势 E_V,内阻 r_,当滑动变阻器 R接入电路的电阻为3 时,该电源的输出功率为_W。 (保留两位有效数字)(3)该同学又利用上述实验方案测定了同规格新旧两种电池组的电动势与内电阻。通过实验发现旧电池组与新电池组相比,电动势几乎没有变化,但它们的输出功率 P随外电阻 R变化的关系图线有较大差异,如图丁所示。可知新电池组对应的是图线_(选填“A”或“B” ) 。【答案】 见【解析】 4.5 1.55 2.9 B【解析】(1)根据电路图连接实物电路图,实物电路图如图所示:(3)旧电池内阻大于同型号的新电池内阻,而电源的输出功率在内外电阻相等时输出功率最大,则由图示图

    21、象可知,A 的内阻大,B 的内阻小,因此 B对应的是新电池8 (2018 广东省中山市第一中学高三第五次统测)在一次实验技能比赛中,一同学设计了如图甲所示电路来测电源的电动势和内阻。该同学选好器材后,用导线将各器材连接成如图乙所示实物连线电路(图甲是其电路原理图) ,其中 R0是保护电阻。(1)该同学测量时记录了 6组数据,并根据这些数据画出了 UI图线如图所示。根据图线求出电池的电动势 E = _V(保留三位有效数字) ,内阻 r = _ (保留二位有效数字)(2)若保护电阻 R0的阻值未知,该电源的电动势 E 、内电阻 r已经测出,在图乙的电路中只需改动一条线就可测量出 R0的阻值。该条线

    22、是_,需改接为_。改接好后,调节滑动变阻器,读出电压表的示数为 U 、电流表示数为 I ,电源的电动势用 E表示,内电阻用 r表示,则 R0 = _。【答案】 1.48 0.50 jd je 9 (2018 安徽省宣城市高二下期末)某科技小组的同学通过查找资料动手制作了一个电池;(1)甲同学选用图 1所示的电路图测量该电池的电动势和内阻在他测量与计算无误的情况下,他所得到的电源电动势 E的测量值比真实值偏小E 的测量值比真实值偏小的原因可能是 (选填选项前的字母)造成的A电压表的分流 B电流表的分压(2)乙同学选用图 2所示的电路图测量该电池的电动势和内阻,其中定值电阻的阻值为 R0,根据实验

    23、电路图连接好电路闭合开关,逐次改变电阻箱接入电路中电阻的阻值 R,读出与 R对应的电压表的示数 U,并作记录根据多组实验数据绘出如图 3所示的 图象,若已知图线的斜率为 k,纵轴截距为 b,则这11个实验中所测电池电动势的测量值 E= ,内阻的测量值 r= ;【答案】 (1)A(2) , 1 =0(2) 由图 2所示电路可知,E=U+I(r+R 0)= +(+0)则 1=0+ 1+1因此图 3中图象的纵轴截距 ,得电动势 =1 =1图象的斜率 ,则电源内阻 。=+0 =010 (2018 安徽省江南十校高三冲刺联考(二模) )某同学想要测量一个电源的电动势和内阻,准备的器材有电流表 A(010

    24、0mA,内阻为 30)、电阻箱 R(最大阻值 99.9)、开关和若干导线。(1)由于电流表 A的量程较小,考虑到安全因素,同学们需将一个定值电阻和电流表 A进行_联(填写“串”或“并”),若要使连接后的电流表 A可测量电流的最大值变为原来的 6倍,则定值电阻的阻值 R0=_。(2)如图甲所示,虚线框中为同学设计了实验电路的一部分,请将电路图补充完整_。(3)实验中记录了若干组电阻箱的阻值 R和电流表 A的示数,并用记录的实验数据描绘出 R- 图线如图1乙所示,则该电源的电动势 E=_V,内阻 r=_(结果保留两位有效数字)。【答案】 并 6 12 1.0(3)电路中干路电流为电流表示数的 6倍

    25、,故根据闭合电路欧姆定律可知:,则变形得 ,故图象中的斜率等于 ,= +6306+3016= +516 =61(+5) =6=63=2解得 ;图象与纵坐标的交点为 ,解得 r=1.0=8.0V 6.0=(+5)11 (2018 广东省七校联合体高三第三次联考)某物理研究小组尝试利用一个电流计准确地测量一节干电池的电动势和内阻。已知干电池的电动势约为1.5V,内阻几欧姆,可利用的仪器有:A电流计 G(量程 Ig30 mA,内阻 Rg未知)B电阻箱 R(0 99.99) C定值电阻箱 R0( R030)D开关 E导线若干回答下列问题:(1)该小组首先设计如图甲所示的电路图。闭合开关 S,将电阻的阻

    26、值调到 17.00 时,电流计恰好满偏;将电阻的阻值调到 42.00 时,电流计指针指在如图乙所示位置,则电流计的读数为 _mA 。由以上数据可得到干电池电动势 E _ V。(2)该小组发现图甲所示电路无法测量电源的内阻,原因是_。于是他们又设计了一个电路测量干电池的内阻,如图丙所示。(3)闭合开关 S,改变电阻箱的阻值 R,读出对应的电流计的读数 I,然后在图丁的 - 坐标系中描出相11应的点,并根据所描点的规律作出 的图线。11(4)结合两个实验电路图的数据,可求出电流计电阻 Rg_,干电池内阻 r _。【答案】 20.0; 1.5; G 表内阻未知; 30; 3;(4)由图丙所示电路图可

    27、知,电源电动势:E=U+Ir=I(R g+R0)+( +I)r,(+0)整理得: ,1=(+0) 1+0由图示 图象可知: =42,11 +0k= = =120,(+0) 72420.25解得:r=3,R g=30;12 (2018 江西省赣州市南康中学高二下第二次月考)图(a)是测量电源电动势 E和内阻 r的原理图 为定值保护电阻,电流表内阻不计,单位长度0=2.5电阻 的电阻丝 ac上标有长度刻度0=0.10/(1)请根据电路图(a)把实物图(b)电路连接完整_;(2)闭合开关 S,记录 ab的长度 L和电流表 A的示数 I;滑动 b点改变 ab的长度 L,测得 6组 L和 I值,并算出对

    28、应的 值写出 与 L、 E、 r、 R0、 r0的关系式 =_;1 1 1(3)根据 L图线算出电源电动势 E=_V,内阻 r=_ (计算结果保留到小数点后两位)1【答案】 ; 1.47; 0.44;0+0+【解析】 (1)根据图 a所示电路图连接实物电路图,实物电路图如图所示:(2)在闭合电路中: ,则 ,=(+0+0)1=0+0+(3)根据坐标系内描出的点作出图象,图象如图所示:由图象可知,斜率 ,电源电动势: ;图象截距:=0=1=82880.0682 =0= 0.10.06821.47V,电源内阻: =0+ =0.02 =0=21.472.5=0.4413 (2018 辽宁省六校协作体

    29、高二下 6月联考)利用电压表和电阻箱可以测量电池的电动势和内电阻,某同学找到了如下的器材:电池组(电动势约为6.0V ,内阻约为 1),灵敏电流计 G(满偏电流 Ig=100A,内阻 Rg=100),定值电阻 R1=1,R 2=59.9K ,变阻箱 R3 (阻值范围 0-9.9 可调),开关、导线若干。该同学发现还需要一个合适的电压表,于是把上述G表改装成电压表。(1)将 G表改装成量程为 6V的电压表,需将 G表与_ (选填 R1、R 2或 R3)串联。(2)为了准确地测量出电池组的电动势和内电阻,请在虚线框中把实验电路图补充完整,并在对应的电阻旁边标上(R 1、R 2或 R3),如果为变阻

    30、箱,请补充完整其符号。(3)某次测量,电压表示数如图乙,其读数为 _ V。(4)经过多次测量,得出图丙所示的图像,由图可求得该电池组的电动势为_V,内阻为_(结果保留两位有效数字)。【答案】 (1)R2 (2) (3)4.4V (4)5.0, 1.5【解析】(1)由公式 可得: ,故应选 R2;=(+)= 6100106100=5900(2)根据测电源电动势和内阻的原理: 可知,电路中应接入电阻箱,所以电路如下图=+14 (2018 山东省日照市高三 5月校际联考理综)某学生用如图所示电路进行实验,测定电源电动势、电压表的量程和内阻。提供的器材如下:电源 E(电动势大小、内阻未知) ;毫安表

    31、G(量程 3mA,内阻未知) ;电阻箱 R( ) 9999.9电压表 V(刻度均匀,共 30小格,量程、内阻未知) ;单刀双掷开关 S及导线若干。实验步骤如下:单刀双掷开关 S拨到 1,调节电阻箱阻值,当毫安表的读数为 时,电阻箱阻值为 。1 50 3050 0继续调节电阻箱阻值,当毫安表的读数为 时,读出电阻箱阻值为 。2 00 2250 0开关 S拨到 2,调节电阻箱的阻值,当电压表指针恰好偏转 20格时,毫安表的示数为 ,电阻箱1 40的阻值为 。1850 0请回答下列问题:(1)开关 S闭合前应把电阻箱阻值调为_(填“最大值”或“最小值” ) ;(2)由以上测量数据,可推算得到电源电动

    32、势 _V,电压表量程为_V,电压表内阻=_ ( 的结果保留到整数位) ; (3)能不能用该电路测出电源的内阻?_(填“能”或“不能” ) ,简要叙述判断依据_。【答案】 最大值 4.80 3.00 1429 不能 因为毫安表的内阻未知,只能测出电源内阻和毫安表的内阻之和解得:电源电动势 =4.80开关 S拨到 2时,由闭合电路欧姆定律可得:=1.4103(+1850)解得: =1429当电压表指针恰好偏转 20格时,毫安表的示数为 ,此时电压表的电压为1.40=14291.4103=2.0而电压表共有 30格,根据比例关系可知电压表的量程为 3.00(3)因为毫安表的内阻未知,所以不能测量电源内阻,只能测出电源内阻和毫安表的内阻之和

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