第3章 交变电流与远距离输电 章末测评验收卷(三)(课件 练习,共2份) 鲁科版(2019)选择性必修 第二册

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第3章 交变电流与远距离输电 章末测评验收卷(三)(课件 练习,共2份) 鲁科版(2019)选择性必修 第二册

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章末测评验收卷(三) 交变电流与远距离输电 (满分:100分)
一、单项选择题(本题共6小题,每小题4分,共24分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。)
1.如图所示为演示交变电流产生过程的装置图,关于这个实验,正确的说法是 (  )
线圈从任意位置转180°的过程,穿过线圈的磁通量变化量一定为零
图示线圈所处位置为中性面,线圈中无感应电流
图示位置ab边中的感应电流方向为a→b
线圈平面与磁场方向平行时,磁通量变化率为零
2.一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO'匀速转动,线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中,通过线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示,下列说法正确的是 (  )
t1、t3时刻线圈产生的电动势最大
t1、t3时刻线圈位于中性面
t2、t4时刻线圈中感应电流方向改变
线圈每转一周,电流的方向就改变一次
3.升流器是电力部门和工矿企业做电流负载试验及温升试验的专用设备,其工作原理简化图如图所示。某次外接调压器进行伏安特性试验,第一级升流器T1的自耦线圈滑头P位于线圈中点,T2为第二级升流器,T1、T2均为理想变压器,不计线路电阻。当采集的负载R的电流值为ab输入端电流值的40倍时,则第二级升流器T2原、副线圈的匝数比为 (  )
1∶20 20∶1
1∶5 5∶1
4.如图所示,一理想变压器原、副线圈的匝数比为1∶2,副线圈电路中接有灯泡,灯泡的额定电压为220 V,额定功率为22 W,原线圈电路中接有理想电压表和电流表。现闭合开关,灯泡正常发光。若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数,则 (  )
U=110 V I=0.2 A
原、副线圈电流之比为1∶2 原线圈输入功率为22 W
5.一理想变压器原、副线圈的匝数比为5∶1,原线圈输入电压的变化规律如图乙所示,副线圈所接电路如图甲所示,P为滑动变阻器的触头。下列说法正确的是 (  )
闭合开关S,副线圈输出电压的频率为0.5 Hz
闭合开关S,副线圈输出电压的有效值为44 V
闭合开关S,P向上移动时,流过原线圈的电流减小
闭合开关S,P向上移动时,R1两端的电压增大
6.如图甲所示为某款家用式变频空调,其内部的交流变频器可以在一定范围内调节供电频率,从而改变交流电动机的转速。变频空调开始工作时,当室内温度降至设定温度后,交流电动机处于低速持续运转状态,维持室温基本不变,从而达到节能减排的效果。如图乙所示为变频空调的内部结构简图,其理想变压器的原、副线圈的匝数分别为n1=200、n2=100,电压表为理想交流电表。若因交流变频器的作用使得输出电压的频率增大为原来的2倍,下列说法正确的是(交流变频器可视为交流发电机) (  )
理想变压器副线圈的输出电压变为原来的2倍
若没有交流变频器,则电压表的示数为220 V
穿过原、副线圈的磁通量之比为1∶2
穿过原、副线圈的磁通量之比为2∶1
二、多项选择题(本题共4小题,每小题6分,共24分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得4分,有选错的得0分。)
7.(2024·贵州遵义十三中期中)某同学在探究变压器原、副线圈电压规律时,自己绕制了两个线圈,套在可拆变压器的铁芯上、组成了一个新变压器,如图所示,原线圈连接到学生电源的交流输出端并保持电压不变,副线圈接灯泡,灯泡正常发光,若将该变压器视为理想变压器,不考虑导线电阻,下列说法正确的是 (  )
适当增加原线圈的匝数,灯泡会变暗
适当增加原线圈的匝数,灯泡会变亮
将一定值电阻与灯泡并联,灯泡亮度不变
将一定值电阻与灯泡并联,灯泡会变亮
8.A、B是两个完全相同的电热器,A通以图甲所示的方波式交变电流,B通以图乙所示的正弦式交变电流。下列说法正确的是 (  )
图甲交变电流的有效值为I0
图乙交变电流的有效值为
这两个电热器的电功率之比PA∶PB等于5∶4
这两个电热器的电功率之比PA∶PB等于9∶4
9.一台小型发电机与电压表V、小灯泡按图甲所示电路连接,发电机产生的感应电动势随时间变化的规律如图乙所示。发电机线圈电阻不能忽略,则 (  )
在t=0.02 s时,线圈磁通量最大
电压表V的示数为36 V
发电机产生的感应电动势的表达式为e=36sin 100πt V
1 s内流过小灯泡的电流方向改变50次
10.图甲为远距离输电示意图,升压变压器原、副线圈的匝数比为1∶200,降压变压器原、副线圈的匝数比为200∶1,远距离输电线的总电阻为100 Ω,若升压变压器的输入电压如图乙所示,输入功率为750 kW,下列说法正确的是 (  )
用户端交流电的频率为50 Hz
用户端电压为250 V
输电线中的电流为15 A
输电线路的损耗功率为25 kW
三、非选择题(本题4小题,共52分)
11.(10分)(2024·福建龙岩一中月考)某班物理实验课上,同学们用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”。可拆变压器如图甲、乙所示。
(1)如图所示,从学生电源输出的电压,经变压器降压后,使小灯泡正常发光。其对应的电路图为    (2分)。
(2)一位同学实验时,观察两个线圈的导线,发现粗细不同。他选择的原线圈为800匝,副线圈为400匝,原线圈接学生电源的正弦交流输出端,所接电源为“8 V”挡位,测得副线圈的电压为4.2 V。则下列叙述中可能符合实际情况的一项是    (2分)。
A.原线圈导线比副线圈导线粗
B.学生电源实际输出电压大于标注的“8 V”
C.原线圈实际匝数与标注“800”不符,应大于800匝
D.副线圈实际匝数与标注“400”不符,应小于400匝
E.变压器的铁芯B没有安装在铁芯A上,导致铁芯没有闭合
(3)变压器铁芯是利用由相互绝缘的薄硅钢片平行叠压而成的,而不是采用一整块硅钢,如图所示。
①图中,硅钢片应平行于    (3分)。
A.平面abcd B.平面abfe
C.平面abgh D.平面aehd
②这样设计的原因是    (3分)。
A.增大涡流,提高变压器的效率
B.减小涡流,提高变压器的效率
C.增大铁芯中的电阻,以产生更多的热量
12.(12分)如图所示,矩形线圈的匝数N为100匝,线圈是边长L为0.1 m的正方形,线圈内阻r为1 Ω,在磁感应强度B为2 T的匀强磁场中绕OO'轴以角速度5 rad/s匀速转动,外电路电阻R为4 Ω(不计转动中的一切摩擦),求:
(1)(4分)感应电动势的最大值Em及从图示位置开始计时时e的瞬时值表达式;
(2)(4分)在线圈由图示位置转过180°的过程中通过电阻R的电荷量q;
(3)(4分)线圈每转一周电阻R上产生的焦耳热Q。
13.(14分)某个小型水电站发电机的输出功率为P1=100 kW,发电机的输出电压为U1=250 V,通过升压变压器升压后向远处输电,输电线的双线总电阻为R=10 Ω,在用户端用降压变压器把电压降为U4=220 V,要求在输电线上损失的功率控制在4 kW,请你设计两个变压器的匝数比。为此,请你计算:
(1)(4分)升压变压器输入的电流为多少 输电线上通过的电流是多少
(2)(5分)输电线损失的电压为多少 升压变压器输出的电压是多少
(3)(5分)两个变压器的匝数比各应等于多少
14.(16分)如图甲所示是某同学设计的一种振动发电装置的示意图,它的结构是一个套在辐向形永久磁铁槽中的半径为r=0.1 m、匝数n=100 的线圈,磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(其右视图如图乙所示)。线圈所在位置磁感应强度的大小均为B= T,线圈的电阻为R1=0.5 Ω,它的引出线接有R2=9.5 Ω的小电珠L。外力推动线圈框架的P端,使线圈沿轴线做往复运动,便有电流通过电珠。当线圈运动速度v随时间t变化的规律如图丙所示时(摩擦等损耗不计),从t=0时刻开始计时。
(1)(5分)写出线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式以及电压表中的示数;
(2)(5分)通电40 s小电珠L消耗的电能;
(3)(6分)t=0.1 s时外力F的大小。
章末测评验收卷(三) 交变电流与远距离输电
1.C [磁通量是标量,但有正负,若从一个面穿入为正,则从另一面穿出为负,线圈从中性面位置转180°的过程,穿过线圈的磁通量变化量不为零,A错误;图示位置线圈与磁场平行,磁通量为零,是中性面的垂面位置,线圈中感应电流最大,B错误;由右手定则可判断图示位置ab边中的感应电流方向为a→b,C正确;线圈平面与磁场方向平行时,磁通量为零,磁通量变化率最大,D错误。]
2.B [t1、t3时刻通过线圈的磁通量最大,而磁通量的变化率等于零,则电动势为零,故A错误;t1、t3时刻通过线圈的磁通量最大,则线圈位于中性面位置,故B正确;t2、t4时刻磁通量为零,线圈转到与中性面垂直位置处,此时感应电动势最大,电流方向不变,故C错误;线圈每转一周,两次经过中性面,电流方向改变两次,故D错误。]
3.B [设ab输入端电流值为I,由题意知,T1原、副线圈的匝数比为2∶1,根据理想变压器变流规律可知T2原线圈中电流为2I,T2副线圈中电流为40I,所以T2匝数比为==,故B正确。]
4.D [灯泡正常发光时,加在灯泡两端的电压为220 V,流过灯泡的电流I2==0.1 A,根据=可知电压表读数U=110 V,根据==可得电流表示数I=0.2 A,原线圈输入功率等于输出功率为22 W,故D正确。]
5.B [原线圈的频率为f==Hz=50 Hz,所以闭合开关S,副线圈输出电压的频率为50 Hz,故A错误;原线圈电压的有效值为U1==220 V,根据=得U2=44 V,故B正确;闭合开关S,P向上移动时,此时副线圈两端的电压不变,则副线圈电流增大,根据=可知流过原线圈的电流增大,故C错误;闭合开关S,P向上移动时,此时副线圈的电压不变,则副线圈电流增大,灯泡的电压增大,则R1两端的电压减小,故D错误。]
6.A [交流变频器输出电压的频率增大为原来的2倍,由Em=nBSω=nBS·2πf可知原线圈的输入电压变为原来的2倍,由=可知副线圈的输出电压变为原来的2倍,A正确;若没有交流变频器,原线圈输入电压为220 V,又n1∶n2=2∶1,则电压表的示数为110 V,B错误;根据变压器的原理可知,原、副线圈中的磁通量是相同的,所以穿过原、副线圈的磁通量之比为1∶1,C、D错误。]
7.AC [根据=可知,增加原线圈的匝数,副线圈两端电压减小,则灯泡会变暗,故A正确,B错误;将一定值电阻与灯泡并联时,根据理想变压器的电压与匝数关系,副线圈两端电压不变,灯泡两端电压不变,则灯泡亮度不变,故C正确,D错误。]
8.ABC [根据有效值的定义,取一个周期时间,将交流与直流分别通过相同的电阻,则有IR×+R×=IRT,得I甲=I0,故A正确;根据正弦交流电的电流有效值与最大值的关系可得I乙=,故B正确;根据功率公式P=I2R得到===,故C正确,D错误。]
9.AC [由题意可知,当t=0.02 s时,发电机产生的电动势为零,由交变电流的产生规律可知,当线圈平面与中性面平行时,其线圈的电动势为零,即此时线圈平面与中性面平行,此时线圈的磁通量最大,故A正确;电压表的示数为交变电流的有效值,由题图可知,该发电机产生的为正弦式交变电流,由题意可知,电动机的有效值为E==36 V,但是因为发电机线圈电阻不能忽略,由题图可知,电压表测量灯泡两端的电压,所以其电压表的示数应该小于36 V,故B错误;由题图结合交变电流的产生可知其瞬时值表达式为e=Emsin ωt,由题图可知,其最大值为Em=36 V,其周期为T=0.02 s,其角速度为ω==100π rad/s,综上所述为e=36sin 100πt V,故C正确;周期为T=0.02 s,则其频率为f==50 Hz,一个周期内电流的方向变化两次,所以1 s内流过小灯泡的电流方向改变100次,故D错误。]
10.AC [由图乙知升压变压器的输入电压有效值为U1=250 V,周期为T=2×
10-2s,解得用户端交流电的频率为f==50 Hz,故A正确;升压变压器的输入电流I1==3 000 A,根据=得输电线中的电流为I2=15 A,输电线路的损耗功率为P损=IR=22.5 kW,输电线路的损耗电压为U损=I2R=1 500 V,根据=得升压变压器副线圈电压U2=50 000 V,降压变压器原线圈电压U3=U2-U损=48 500 V,根据电压和匝数比关系=,解得用户端电压为U4=242.5 V,故C正确,B、D错误。]
11.(1)B (2)B (3)①D ②B [(1)变压器不能改变直流电的电压,A错误,而C、D图不是变压器,C、D错误,B正确。
(2)副线圈匝数少,则电流大,则副线圈导线比原线圈导线粗,A错误;学生电源实际输出电压大于标注的“8 V”,副线圈电压才可能为4.2 V,B正确;根据=知,若原线圈实际匝数与标注“800”不符,应小于800匝,若副线圈实际匝数与标注“400”不符,应大于400匝,C、D错误;若变压器的铁芯B没有安装在铁芯A上,导致铁芯没有闭合,则会导致变压器“漏磁”现象严重,则副线圈电压会小于4 V,E错误。
(3)①在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象,变压器的铁芯要损耗能量,不用整块的硅钢铁芯,其目的是增大电阻,从而减小涡流,减小发热量,提高变压器的效率,由楞次定律及右手螺旋定则知,产生的涡流与图示abcd面平行,则硅钢片应平行于平面aehd,故D正确;②这样设计的原因是减小涡流,提高变压器的效率,故B正确。]
12.(1)10 V e=10cos 5t V (2)0 (3)π J
解析 (1)根据Em=NBSω可得,感应电动势的最大值
Em=100×2×0.1×0.1×5 V=10 V
由题图可知,此时线圈平面与磁场方向平行,由此刻开始计时时e的瞬时值表达式为
e=Emcos ωt=10cos 5t V。
(2)平均感应电动势为E=N
平均感应电流I==N
通过电阻R的电荷量q=IΔt=N=0。
(3)交流电压的有效值为E==5 V
电流的有效值I== A
线圈转一周所用时间为t==π s
线圈每转一周电阻R上产生的焦耳热
Q=I2Rt=π J。
13.(1)400 A 20 A (2)200 V 5 000 V (3)1∶20 240∶11
解析 (1)升压变压器输入的电流为
I1==A=400 A
由P损=IR解得输电线上通过的电流为
I2== A=20 A。
(2)输电线损失的电压为
U损=I2R=20×10 V=200 V
由P1=P2=U2I2可得升压变压器输出的电压是
U2== V=5 000 V。
(3)升压变压器的匝数比为===
降压变压器输入电压为U3=U2-U损=5 000 V-200 V=4 800 V
降压变压器的匝数比为===。
14.(1)e=40sin 5πt V 38 V (2)6 080 J (3)160 N
解析 (1)由题图丙可得:
vm=2 m/s,T=0.4 s
电动势最大值
Em=nBLvm=nB·2πr·vm=40 V
线圈转动的角速度ω==5π rad/s
电动势的瞬时值表达式e=40sin 5πt V
电动势的有效值E== V=40 V
电流的有效值I== A=4 A
电压表的示数U=IR2=4×9.5 V=38 V。
(2)根据焦耳定律可得
Q=I2R2t=42×9.5×40 J=6 080 J。
(3)t=0.1 s时,e=Em=40 V
电流大小为i=Im==A=4 A
此时线圈的速度最大而加速度为零,则
F=FA=nBIm·2πr=100××4×2π×0.1 N=160 N。(共37张PPT)
章末测评验收卷(三)
(时间:75分钟 满分:100分)
第3章 交变电流与远距离输电
C
1.如图所示为演示交变电流产生过程的装置图,关于这个实验,正确的说法是(  )
一、单项选择题(本题共6小题,每小题4分,共24分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。)
A.线圈从任意位置转180°的过程,穿过线圈的磁通
量变化量一定为零
B.图示线圈所处位置为中性面,线圈中无感应电流
C.图示位置ab边中的感应电流方向为a→b
D.线圈平面与磁场方向平行时,磁通量变化率为零
解析 磁通量是标量,但有正负,若从一个面穿入为正,则从另一面穿出为负,线圈从中性面位置转180°的过程,穿过线圈的磁通量变化量不为零,A错误;图示位置线圈与磁场平行,磁通量为零,是中性面的垂面位置,线圈中感应电流最大,B错误;由右手定则可判断图示位置ab边中的感应电流方向为a→b,C正确;线圈平面与磁场方向平行时,磁通量为零,磁通量变化率最大,D错误。
B
2.一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO′匀速转动,线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中,通过线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示,下列说法正确的是(  )
A.t1、t3时刻线圈产生的电动势最大
B.t1、t3时刻线圈位于中性面
C.t2、t4时刻线圈中感应电流方向改变
D.线圈每转一周,电流的方向就改变
一次
解析 t1、t3时刻通过线圈的磁通量最大,而磁通量的变化率等于零,则电动势为零,故A错误;t1、t3时刻通过线圈的磁通量最大,则线圈位于中性面位置,故B正确;t2、t4时刻磁通量为零,线圈转到与中性面垂直位置处,此时感应电动势最大,电流方向不变,故C错误;线圈每转一周,两次经过中性面,电流方向改变两次,故D错误。
B
3.升流器是电力部门和工矿企业做电流负载试验及温升试验的专用设备,其工作原理简化图如图所示。某次外接调压器进行伏安特性试验,第一级升流器T1的自耦线圈滑头P位于线圈中点,T2为第二级升流器,T1、T2均为理想变压器,不计线路电阻。当采集的负载R的电流值为ab输入端电流值的40倍时,则第二级升流器T2原、副线圈的匝数比为(  )
A.1∶20 B.20∶1
C.1∶5 D.5∶1
D
4.如图所示,一理想变压器原、副线圈的匝数比为1∶2,副线圈电路中接有灯泡,灯泡的额定电压为220 V,额定功率为22 W,原线圈电路中接有理想电压表和电流表。现闭合开关,灯泡正常发光。若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数,则(  )
B
5.一理想变压器原、副线圈的匝数比为5∶1,原线圈输入电压的变化规律如图乙所示,副线圈所接电路如图甲所示,P为滑动变阻器的触头。下列说法正确的是(  )
A.闭合开关S,副线圈输出电压的频率
为0.5 Hz
B.闭合开关S,副线圈输出电压的有效
值为44 V
C.闭合开关S,P向上移动时,流过原线圈的电流减小
D.闭合开关S,P向上移动时,R1两端的电压增大
A
6.如图甲所示为某款家用式变频空调,其内部的交流变频器可以在一定范围内调节供电频率,从而改变交流电动机的转速。变频空调开始工作时,当室内温度降至设定温度后,交流电动机处于低速持续运转状态,维持室温基本不变,从而达到节能减排的效果。如图乙所示为变频空调的内部结构简图,其理想变压器的原、副线圈的匝数分别为n1=200、n2=100,电压表为理想交流电表。若因交流变频器的作用使得输出电压的频率增大为原来的2倍,下列说法正确的是(交流变频器可视为交流发电机)(  )
A.理想变压器副线圈的输出电压变为原来的2倍
B.若没有交流变频器,则电压表的示数为220 V
C.穿过原、副线圈的磁通量之比为1∶2
D.穿过原、副线圈的磁通量之比为2∶1
二、多项选择题(本题共4小题,每小题6分,共24分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得4分,有选错的得0分。)
7.(2024·贵州遵义十三中期中)某同学在探究变压器原、副线圈电压规律时,自己绕制了两个线圈,套在可拆变压器的铁芯上、组成了一个新变压器,如图所示,原线圈连接到学生电源的交流输出端并保持电压不变,副线圈接灯泡,灯泡正常发光,若将该变压器视为理想变压器,不考虑导线电阻,下列说法正确的是(  )
ABC
8.A、B是两个完全相同的电热器,A通以图甲所示的方波式交变电流,B通以图乙所示的正弦式交变电流。下列说法正确的是(   )
AC
9.一台小型发电机与电压表V、小灯泡按图甲所示电路连接,发电机产生的感应电动势随时间变化的规律如图乙所示。发电机线圈电阻不能忽略,则(  )
AC
10.图甲为远距离输电示意图,升压变压器原、副线圈的匝数比为1∶200,降压变压器原、副线圈的匝数比为200∶1,远距离输电线的总电阻为100 Ω,若升压变压器的输入电压如图乙所示,输入功率为750 kW,下列说法正确的是(  )
A.用户端交流电的频率为50 Hz
B.用户端电压为250 V
C.输电线中的电流为15 A
D.输电线路的损耗功率为25 kW
三、非选择题(本题4小题,共52分)
11.(10分)(2024·福建龙岩一中月考)某班物理实验课上,同学们用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”。可拆变压器如图甲、乙所示。
(1)如图所示,从学生电源输出的电压,经变压器降压后,使小灯泡正常发光。其对应的电路图为________。
(2)一位同学实验时,观察两个线圈的导线,发现粗细不同。他选择的原线圈为800匝,副线圈为400匝,原线圈接学生电源的正弦交流输出端,所接电源为“8 V”挡位,测得副线圈的电压为4.2 V。则下列叙述中可能符合实际情况的一项是________。
A.原线圈导线比副线圈导线粗
B.学生电源实际输出电压大于标注的“8 V”
C.原线圈实际匝数与标注“800”不符,应大于800匝
D.副线圈实际匝数与标注“400”不符,应小于400匝
E.变压器的铁芯B没有安装在铁芯A上,导致铁芯没有闭合
(3)变压器铁芯是利用由相互绝缘的薄硅钢片平行叠压而成的,而不是采用一整块硅钢,如图所示。
①图中,硅钢片应平行于________。
A.平面abcd B.平面abfe
C.平面abgh D.平面aehd
②这样设计的原因是________。
A.增大涡流,提高变压器的效率
B.减小涡流,提高变压器的效率
C.增大铁芯中的电阻,以产生更多的热量
答案 (1)B (2)B (3)①D ②B
解析 (1)变压器不能改变直流电的电压,A错误,而C、D图不是变压器,C、D错误,B正确。
12.(12分)如图所示,矩形线圈的匝数N为100匝,线圈是边长L为0.1 m的正方形,线圈内阻r为1 Ω,在磁感应强度B为2 T的匀强磁场中绕OO′轴以角速度5 rad/s匀速转动,外电路电阻R为4 Ω(不计转动中的一切摩擦),求:
(1)感应电动势的最大值Em及从图示位置开始计时时e的瞬
时值表达式;
(2)在线圈由图示位置转过180°的过程中通过电阻R的电荷
量q;
(3)线圈每转一周电阻R上产生的焦耳热Q。
13.(14分)某个小型水电站发电机的输出功率为P1=100 kW,发电机的输出电压为U1=250 V,通过升压变压器升压后向远处输电,输电线的双线总电阻为R=10 Ω,在用户端用降压变压器把电压降为U4=220 V,要求在输电线上损失的功率控制在4 kW,请你设计两个变压器的匝数比。为此,请你计算:
(1)升压变压器输入的电流为多少?
输电线上通过的电流是多少?
(2)输电线损失的电压为多少?升压
变压器输出的电压是多少?
(3)两个变压器的匝数比各应等于多少?

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