实验测定玻璃的折射率和用双缝干涉测量光的波长浙江高考物理选考二轮终极专题复习原卷版.docx
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实验测定玻璃的折射率和用双缝干涉测量光的波长浙江高考物理选考二轮终极专题复习原卷版
专题24实验:
测定玻璃的折射率和用双缝干涉测量光的波长
●测定玻璃的折射率●
1.实验原理
如实验原理图1甲所示,当光线AO以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时,通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B,从而求出折射光线OO′和折射角θ2,再根据n=或n=计算出玻璃的折射率.
图1
2.实验器材
木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔.
3.实验步骤
(1)用图钉把白纸固定在木板上.
(2)在白纸上画一条直线aa′,并取aa′上的一点O为入射点,作过O点的法线NN′.
(3)画出线段AO作为入射光线,并在AO上插上P1、P2两根大头针.
(4)在白纸上放上玻璃砖,使玻璃砖的一条长边与直线aa′对齐,并画出另一条长边的对齐线bb′.
(5)眼睛在bb′的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向,使P1的像被P2的像挡住,然后在眼睛这一侧插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,再插上P4,使P4挡住P3和P1、P2的像.
(6)移去玻璃砖,拔去大头针,由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线O′B及出射点O′,连接O、O′得线段OO′.
(7)用量角器测量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sinθ1和sinθ2.
(8)改变入射角,重复实验,算出不同入射角时的,并取平均值.
4.数据处理
(1)计算法:
用量角器测量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sinθ1和sinθ2.算出不同入射角时的,并取平均值.
(2)作sinθ1-sinθ2图象:
改变不同的入射角θ1,测出不同的折射角θ2,作sinθ1-sinθ2图象,由n=可知图象应为直线,其斜率为折射率.
(3)“单位圆”法确定sinθ1、sinθ2,计算折射率n.
以入射点O为圆心,以一定的长度R为半径画圆,交入射光线OA于E点,交折射光线OO′于E′点,过E作NN′的垂线EH,过E′作NN′的垂线E′H′.如实验原理图所示,sinθ1=,sinθ2=,OE=OE′=R,则n==.只要用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n.
实验中注意事项:
(1)玻璃砖应选厚度、宽度较大的。
(2)入射角不宜过大或过小,一把为15°~75°。
(3)用手拿玻璃砖时,手只能接触玻璃砖的毛面或棱,不能触摸光洁的光学面,严禁把玻璃砖当尺子画玻璃砖的另一边b
b′。
(4)实验过程中,玻璃砖在纸上的位置不可移动。
(5)大头针应竖直地插在白纸上,且玻璃砖每两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应大一点,以减小确定光路方向时造成的误差。
1.
(1)实验室有一梯形玻璃砖,某同学想用“插针法”测定玻璃的折射率。
玻璃砖有4个光学面A、B、C、D,如图所示,其中A、C两面相互平行,实验中该同学对入射面和出射面的认识正确的是()
A.只能选用A、C两面
B.可以选用A、B两面
C.不能选用B、D两面
(2)该同学在选用A、C两面进行实验时,正确操作后,做出的光路图及测出的相关角度如图所示。
此玻璃的折射率计算式为n=___________(用图中的θ1、θ2表示)。
2.如图所示,某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率。
先在平铺的白纸上放半圆形玻璃砖,用铅笔画出直径所在的位置MN、圆心O以及玻璃砖圆弧线(图中半圆实线);再垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线,并让入射光线过圆心O;最后在玻璃砖圆弧线一侧垂直纸面插大头针P3,使P3挡住P1、P2的像。
移走玻璃砖,作出与圆弧线对称的半圆虚线,过O点作垂直于MN的直线作为法线;连接OP2P1,交半圆虚线于B点,过B点作法线的垂线交法线于A点;连接OP3,交半圆实线于C点,过C点作法线的垂线交法线于D点。
(1)测得AB的长度为l1,AO的长度为l2,CD的长度为l3,DO的长度为l4。
计算玻璃砖折射率n的公式是n=__________(选用l1、l2、l3或l4表示)。
(2)该同学在插大头针P3前,不小心将玻璃砖以O为轴顺时针转过一个小角度,该同学测得的玻璃砖折射率将__________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
3.如图1所示,某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中,先将白纸平铺在木板上并用图钉固定,玻璃砖平放在白纸上,然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa′和bb′.O为直线AO与aa′的交点。
在直线OA上竖直地插上P1、P2两枚大头针。
①该同学接下来要完成的必要步骤有______
A.插上大头针P3,使P3仅挡住P2的像
B.插上大头针P3,使P3挡住P1的像和P2的像
C.插上大头针P4,使P4仅挡住P3
D.插上大头针P4,使P4挡住P3和P1、P2的像
②过P3、P4作直线交bb′于O′,过O′作垂直于bb′的直线NN′,连接OO′.测量图1中角α和β的大小。
则玻璃砖的折射率n=______.
③如图2所示,该同学在实验中将玻璃砖界面aa′和bb′的间距画得过宽。
若其他操作正确,则折射率的测量值______准确值(选填“大于”、“小于”或“等于”).
④另一位该同学准确的画好玻璃砖界面aa′和bb′后,实验过程中不慎将玻璃砖向下平移了一些。
如图3所示,二实验若其他操作均正确,则折射率的测量值______准确值(选填“大于”、“小于”或“等于”).
4.在“测定玻璃的折射率”的实验中,在白纸上放好玻璃砖,aa′和bb′分别是玻璃砖与空气的两个界面,如图所示.在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2,用“+”表示大头针的位置,然后在另一侧透过玻璃砖观察,并依次插上大头针P3和P4.在插P3和P4时,应使()
A.P3只挡住P1的像
B.P4只挡住P2的像
C.P3同时挡住P1、P2的像
D.P3插在P1、P2的延长线上
5.在用插针法测定某特种玻璃的折射率的实验中指出以下两图中的不当之处:
甲:
_____________________________,乙:
____________________________
6.在“测定玻璃的折射率”的实验中,
(1)小朱同学在实验桌上看到方木板上有一张白纸,白纸上有如图甲所示的实验器材,他认为除了缺刻度尺还少了一种器材,请你写出所缺器材的名称:
______老师将器材配齐后,他进行实验,图乙是他在操作过程中的一个状态,请你指出第四枚大头针应在图乙中的位置________(填“A”、“B”或“C”)。
(2)小红利用方格坐标纸测定玻璃的折射率,如图丙所示,AO是画在纸上的直线,她在直线AO适当位置竖直插上P1、P2两枚大头针,放上半圆形玻璃砖,使其圆心与O重合,然后插上P3、P4两枚大头针,以确定折射光线.其中她确定P3大头针位置的方法应当是________。
操作完成后,她用圆规作了一个以O为圆心、半径与玻璃砖半径相同的半圆(如图丙中虚线所示),则她测出玻璃的折射率n=________。
7.在用插针法测定玻璃砖的折射率的实验中,甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系分别如图①、②和③所示,其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖,乙同学用的是梯形玻璃砖.他们的其他操作均正确,且均以aa′、bb′为界面画光路图.
(1)甲同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”“偏小”“不变”或“可能偏大、可能偏小、可能不变”).
(2)乙同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”“偏小”“不变”或“可能偏大、可能偏小、可能不变”).
(3)丙同学测得的折射率与真实值相比________.(填“偏大”“偏小”“不变”或“可能偏大、可能偏小、可能不变”).
●用双缝干涉测量光的波长●
1.实验装置(如图1所示)
图1
2.实验原理
(1)根据公式Δx=λ得λ=Δx.
(2)用刻度尺测出双缝到光屏的距离l,用测量头调节清晰的干涉条纹,测出n个亮纹间的距离a,则Δx=.双缝间距d是已知的,这样就可以计算出波长λ.
3.实验器材
双缝干涉仪,即:
光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头,另外还有学生电源、导线、刻度尺.
4.实验步骤
(1)观察双缝干涉图样
①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如实验原理图1所示.
②接好光源,打开开关,使灯丝正常发光.
③调节各器件的高度,使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏.
④安装单缝和双缝,尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上,使单缝与双缝平行,二者间距约为5~10cm.
⑤在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹.
(2)测定单色光的波长
①安装测量头,调节至可清晰观察到干涉条纹.
②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央,记下手轮上的读数,将该条纹记为第1条亮条纹;转动手轮,使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央,记下此时手轮上的读数,将该条纹记为第n条亮条纹,测出n条亮条纹间的距离a,则相邻两亮条纹间距Δx=.
③用刻度尺测量双缝到光屏间距离l(d是已知的).
④重复测量、计算,求出波长的平均值.
5.数据处理
(1)条纹间距的计算:
移动测量头的手轮,分划板中央刻线在第1条亮纹中央时读数为a1,在第n条亮纹中央时读数为an,则
。
(2)根据条纹间距与波长的关系
得
,其中d为双缝间距,l为双缝到屏的距离。
(3)测量时需测量多组数据,求λ的平均值。
1.注意事项
(1)调节双缝干涉仪时,要注意调整光源的高度,使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮.
(2)放置单缝和双缝时,缝要相互平行,中心大致位于遮光筒的轴线上.
(3)调节测量头时,应使分划板中心刻线和亮条纹的中心对齐,记清此时手轮上的读数,转动手轮,使分划板中心刻线和另一亮条纹的中心对齐,记下此时手轮上的读数,两次读数之差就表示这两条亮条纹间的距离.
(4)不要直接测Δx,要测多条亮条纹的间距再计算得到Δx,这样可以减小误差.
(5)白光的干涉观察到的是彩色条纹,其中白色在中央,红色在最外层.
2.误差分析
(1)双缝到光屏的距离l的测量存在误差.
(2)测条纹间距Δx带来的误差:
①干涉条纹没有调整到最清晰的程度.
②误认为Δx为亮(暗)条纹的宽度.
③分划板刻线与干涉条纹不平行,中心刻线没有恰好位于亮(或暗)条纹中心.
④测量多条亮条纹间的距离时读数不准确,此间距中的条纹数未数清.
1.如图所示,是用光传感器做双缝干涉的实验装置。
激光光源在铁架台的最上端,中间是刻有双缝的挡板,下面是光传感器。
光传感器是一个小盒,在图中白色狭长矩形部分,沿矩形的长边分布着许多光敏单元。
这个传感器各个光敏单元得到的光照信息经计算机处理后,在荧光屏上显示出来。
①下列关于本实验的操作与叙述正确的是_____(填字母);
A.应该在光源和双缝之间加一个单缝,才能使实验成功
B.下移光源,使之更靠近刻有双缝的挡板,则干涉条纹间距减小
C.光源不动,下移双缝挡板,使之更靠近光传感器,则干涉条纹间距减小
D.保持光源和双缝挡板的距离不变,同时下移它们,使它们靠近光传感器,则干涉条纹间距不变
②用激光替代普通光源来做本实验,最主要是利用了激光的_____(填字母);
A.相干性高B.平行度好C.亮度高
2.在“用双缝干涉测光的波长”实验中,准备了下列器材:
A.白炽灯B.双缝片C.单缝片D.滤光片E.毛玻璃光屏
(1)将以上器材安装在光具座上时,自光源起合理的顺序依次是(填所选器材前的字母):
D、_________、___________、E.
(2)在实验中,手轮上前后两次示数情况如图,其中表示a纹位置的手轮读数为______mm。
(3)如果上述实验中双缝片与光屏间距为0.500m,所用的双缝片是相距0.18mm规格的,则实验中所用单色光的波长为___________nm.(保留三位有效数)
3.双缝干涉测光的波长”实验中,将双缝干涉仪按要求安装在光具座上(如图所示).从仪器注明的规格可知:
双缝屏的缝间距d,像屏与双缝屏间的距离L.然后,接通电源使光源正常工作.
①已知测量头是50分度的游标卡尺.某同学调整手轮后,从测量头的目镜看去,第1次映入眼帘的干涉条纹如图(a)所示,图(a)中的数字是该同学给各亮纹的编号,此时图(b)中游标尺上的读数x1=1.16mm;接着再转动手轮,映入眼帘的干涉条纹如图(c)所示,此时图(d)中游标尺上的读数x2=________mm;
②利用上述测量结果,该同学经计算得这种色光的波长λ=660nm.已知L=700mm,则该同学选用的双缝屏的缝间距d=________mm.(计算结果保留两位有效数字)。
4.用双缝干涉测光的波长,实验中采用双缝干涉仪,它包括以下元件(其中双缝和光屏连在遮光筒上):
A.白炽灯 B.单缝片 C.光屏 D.双缝 E.滤光片
(1)把以上元件安装在光具座上时,正确的排列顺序是:
________;
(2)在双缝干涉实验中,分别用红色和绿色的激光照射同一双缝,在双缝后的屏幕上,红光的干涉条纹间距△x1与绿光的干涉条纹间距△x2相比,△x1________△x2(填“>”、“=”或“<”).若实验中红光的波长为630nm,双缝与屏幕的距离为1.00m,测得第l条到第6条亮条纹中心问的距离为10.5mm,则双缝之间的距离为________mm.
5.如图(甲)是用“双缝干涉测量光的波长”实验设备实物图。
(1)已知单缝与双缝间的距离
双缝与屏的距离
双缝间距
。
用测量头来测量亮纹中心的距离,测量头由分划板、目镜手轮等构成,转动手轮,使分划板左右移动,让分划板的中心刻线对准第1条亮纹的中心(如图(乙)所示),记下此时手轮上的读数______
转动测量头,使分划板中心刻线对准第4条亮纹的中心,记下此时手轮上的读数,如图(丙)所示。
则该光被的波长为_____
。
(保留两位有效数字)
(2)若在调节过程中观察到如右图(丁)所示的千涉条纹,则出现这种现象的原因是______
A.单缝与双缝不平行
B.单缝与双缝的距离太近
C.设备安装时,没有调节光源的高度,使光线把整个光屏都照亮
1.(2017届11月第一次浙江省普通高校招生选考)在测定玻璃的折射率实验时
(1)下列说法正确的是_____
A.入射角越大,误差越小
B.在白纸上放好玻璃砖后,用铅笔贴着光学面画出界面
C.实验时即可用量角器,也可用圆规和直尺等工具进行测量
D.判断像与针是否在同一直线时,应该观察大头针的头部
(2)小时同学在插针时玻璃砖的位置如图1所示。
根据插针与纸上已画的界面确定入射点与出射点,依据上述操作所测得的折射率_________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)
(3)小明同学经正确操作后,在纸上留下四枚大头针的位置P1、P2、P3、P4,AB和CD是描出的下班砖的两个边,如图2所示,请在答题纸上画出光路图________。
2.(浙江省普通高校2018年4月选考)小明在做“用双缝干涉测量光的波长”实验时,尝试用单缝和平面镜做类似实验。
单缝和平面镜的放置如图所示,白炽灯发出的光经过滤光片成为波长为
的单色光照射单缝,能在光屏上观察到明暗相间的干涉条纹。
小明测得单缝与镜面延长线的距离为h,与光屏的距离为D,则条纹间距
______。
随后小明撤去平面镜,在单缝下方A处放置同样的另一单缝,形成双缝结构,则在光屏上______
填“能”或“不能”
观察到干涉条纹。
1.(浙江省杭州市塘栖中学2019届高三选考模拟)
(1)在“探究电磁感应的产生条件”的实验中,提供了如图甲所示的实验器材,在这些器材中多余的器材是_____,还缺少的器材是_____。
(2)如图乙所示,是利用插针法测定玻璃砖的折射率的实验得到的光路图,玻璃砖的入射面AB和出射面CD并不平行。
则:
①出射光线与入射光线_____(填“仍平行”或“不再平行”)。
②以入射点O为圆心,以R=5cm长度为半径画圆,与入射光线PO交于M点,与折射光线OO′的延长线交于F点,过M、F点分别向法线作垂线,量得MN=1.68cm,FE=1.12cm,则该玻璃砖的折射率n=_____。
2.(浙江省金丽衢十二校2019届高三上学期第二次联考)小显和小涛同学“用插针法测玻璃棱镜的折射率”
(1)小显同学按实验步骤,先在纸上插下二枚大头针P1、P2,然后在玻璃棱镜的另一侧插下另外二枚大头针,如图
(1)所示。
则插针一定错误的是_______(填“P3P4"或"P5P6”)按实验要求完成光路图____,并标出相应的符号,所测出的玻璃棱镜的折射率n=_______。
(2)小涛同学突发奇想,用两块同样的玻璃直角三棱镜ABC来做实验,两者的AC面是平行放置的,如图
(2)所示。
插针P1、P2的连线垂直于AB面,若操作正确的话,则在图
(2)中右边的插针应该是________(选填"P3P4"、"P3P6"、"P5P4"、"P5P6)
3.(浙江省温州九校2019届高三上学期10月第一次联考)
(1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中,下列器材在实验中不必用到有____________。
(2)若在实验中用匝数N1=400匝和N2=800匝的变压器,对应的电压测量数据如表所示。
根据测量数据,下列说法正确的是______。
A.N1一定是原线圈
B.N2一定是原线圈
C.N1可能是副线圈
D.N2可能是副线圈
(3)实验室有一梯形玻璃砖,某同学想用“插针法”测定玻璃的折射率。
玻璃砖有4个光学面A、B、C、D,如图所示,其中A、C两面相互平行,实验中该同学对入射面和出射面的认识正确的是______。
A.只能选用A、C两面
B.可以选用A、B两面
C.不能选用B、D两面
(4)该同学在选用A、C两面进行实验时,正确操作后,做出的光路图及测出的相关角度如图所示。
此玻璃的折射率计算式为n=___________(用图中的θ1、θ2表示)。
4.(浙江省温州市普通高中2018届高三选考适应性测试)在“测定玻璃的折射率”实验中
①某同学在画玻璃砖边界时操作如图甲所示,请指出其不当之处:
______________(写出一点即可)
②实验中,已画好玻璃砖边界ab、cd后,不小心误将玻璃砖向上稍平移了一点,如图乙所示,其他操作正确,则测得玻璃的折射率将________(选填“变大”、“不变”或“变小”)
5.(浙江省建德市新安江中学2019届高三上学期期末)
(1)在“用双缝干涉测光的波长”实验中:
(实验装置如下图)下列说法哪一个是错误的___________。
(填选项前的字母)
A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,应放上单缝和双缝
B.测量某条干涉亮纹位置时,应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐
C.为了减小测量误差,可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a,求出相邻两条亮纹间距Δx=
6.(浙江省名校协作体2019届高三上学期9月联考)某同学在做“用双缝干涉测量光的波长”的实验中,实验装置如图1所示。
(1)某同学经过粗略的调试后,出现了干涉图样,但不够清晰,以下调节做法正确的是______。
A.旋转测量头
上下拨动金属拨杆
C.左右拨动金属拨杆
前后拨动金属拨杆
(2)该同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时,发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐,如图2所示,若要使两者对齐,该同学应如何调节_______。
A.仅左右转动透镜
仅旋转单缝
C.仅旋转双缝
仅旋转测量头
(3)如图3所示中条纹间距表示正确是______。
7.(浙江嘉兴市2018届高三选考模拟考试)
(1)某同学在做“探究变压器线圈两端电压与匝数的关系”实验时,用学生电源提供给左图所示变压器原线圈的电压为5V,用演示电表交流50V档测量副线圈电压时示数如右图所示,则变压器的原副线圈匝数之比可能是()
A.5:
8B.5:
4C.1:
8D.1:
14
(2)①“用双缝干涉测量光的波长”实验中,在甲、乙、丙三处所放置的器材依次是(____)
A.单缝、双缝、滤光片
B.滤光片、双缝、单缝
C.滤光片、单缝、双缝
②如果去掉滤光片,在目镜位置________(“能”或“不能”)观察到干涉条纹。
8.(浙江省杭州市2018年高考命题预测卷)用双缝干涉测光的波长。
实验装置如图甲所示,已知单缝与双缝间的距离L1=100mm,双缝与屏的距离L2=700mm,双缝间距d=0.25mm。
用测量头来测量亮纹中心的距离。
测量时用某种单色光照射双缝得到干涉图样。
(1)分划板在图中Q位置时如图乙所示,手轮上的读数是________mm。
(2)如果用上述装置测量氦氖激光器发出激光的波长,则图中除了光源以外,其他不必要的器材元件有______。
A.滤光片B.单缝C.双缝D.光屏
(3)如图丙所示某同学由于没有量角器,在完成了光路图以后,他以O点为圆心,5.00Cm长为半径画圆,分别交线段OA于C点,交OO′于E点,过C点作法线NN′的垂线CD交NN′于点D,过E点作法线NN′的垂线EF交NN′于F点,如图所示。
用刻度尺量得CD=3.00Cm,EF=2.00Cm。
由此可得出玻璃的折射率n=_______。
9.(浙江省杭州市2018年高考命题预测卷)研究双缝干涉现象时,如图1所示,调节仪器使分划板的中心刻度对准一条亮条纹的中心A,示数如图2所示,其读数为___________mm。
移动手轮至另一条亮条纹中心B,读出其读数为27.6mm。
已知双缝片与光屏间距为0.6m,所用双缝相距0.2mm,则所测单色光波长为__________m。
图1图2
10.(浙江省宁波市2018届高三下学期高考选考适应性考试)同学利用双缝干涉实验仪测量光的波长,按要求将仪器安装在光具座上,如图甲所示,接通电源使光源正常工作。
①关于这个实验下列几种说法,你认为正确的是_____________
A.增加光源到单缝的距离,干涉条纹间距变大
B.将滤光片由蓝色换成红色,干涉条纹间距变宽
C.将单缝向双缝移动一小段距离,干涉条纹间距变宽
D.去掉滤光片,干涉现象消失
②若测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,如图乙所示。
通过装置中的“拨杆”的拨动
___(填“能”或“不能”)把干涉条纹调成与分划板中心刻线同一方向上。
11.(浙江省宁波市2018届新高考选考适应性考试)
(1)学习小组的同学在实验室用如图
(1)所示的装置研究单摆的运动。
将单摆挂在力传感器的下端,通过计算机来记录力传感器测定单摆摆动过程中摆线受到拉力大小的变化情况,以及单摆摆动的时间。
实验过程中,保持单摆的最大摆角小于5°。
①实验时用20分度的游标卡尺测量摆球直径,示数如图
(2)甲所示,该摆球的直径d=____mm;
②实验测得摆长为L,传感器测得摆线的拉力F随时间t变化的图象如图
(2)乙所示,则重力加速度的表达式为:
g=________(用题目中物理量的字母表示)。
(2)同学利用双缝干涉实验仪测量光的波长,按要求将仪器安装在光具座上,如图(3)甲所示,接通电源使光源正常工作。
①关于这个实验下列几种说法,你认为正确的是_____
A.增加光源到单缝的距离,干涉条纹间距变大
B.将滤光片由蓝色换成红色,干涉条纹间距变宽
C.将单缝向双缝移动一小段距离,干涉条纹间距变宽
D.去掉滤光片
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