资源简介

/ 让教学更有效 高效备课 | 物理学科
【学习目标】
1.能列举常见的不可再生能源和可再生能源，知道核能的特点和核能利用可能带来的问题；
2.能从能源开发与利用的视角体会可持续发展的重要性。
3.有兴趣了解人类研发核能的新动态，知道核能可能带来的问题，能为核能的安全利用作出力所能及的努力。
重点：通过实例分析，区分可再生能源与不可再生能源的概念及特点。
结合能源利用历史，理解核裂变与核聚变的基本原理及其应用。
难点：准确理解核裂变与核聚变的反应过程及能量释放原理。
辩证分析能源开发与环境保护之间的矛盾及解决措施。
【自主学习】
1.能源是指能够提供______的物质资源，根据能否在短期内再生，可分为______和______。
2.可再生能源的实例有______、______、______等，不可再生能源的实例有______、______、______等。
3. （1）核能的开发和利用的两种方式一种是利用______释放能量；另一种是利用______释放能量。
（2）核裂变是______的原子核裂变为______的原子核的一种核反应。
（3）链式反应是指用______轰击铀 235 原子核，铀核在分裂时，会释放出核能，同时还会产生几个新的______，这些中子会继续轰击其他铀核。于是就导致一系列铀核持续裂变, 并释放出大量______，这就是裂变中的链式反应。
（4）核聚变是指______的原子核结合成为______的原子核的一种核反应，是产生核能的另一种方式。
4.（1）太阳能是一种既相对______，又取之不尽的能源。目前，人们主要采用光转化为电如______、光转化为热如______的方式来开发、利用太阳能。
（2）太阳能热水器工作的原理是太阳光的照射使加热管内水的____________，由于热水的密度比冷水的______，管内热水不断______并储存在储水箱上部； 同时，储水箱内温度较低的水下降到______，通过水的不断对流，最终使得储水箱内水的温度______。
5.传统能源___________利用会产生______、______等，造成环境污染，新能源的突出优势是____________、______。
【合作探究】
1. 能源:凡是能够提供________的物质资源都可以称为能源。
自然界中的部分能源
2.能源的分类
（1）可再生能源
水能、风能、潮汐能等能源，归根结底来源于_______。这些能源在自然界可以______，叫作可再生能源。
（2）不可再生能源
石油和煤炭是古代植物和动物的遗体在地层中经过一系列生物__________而生成的，与古生物化石有些相似，所以叫作化石能源。化石能源无法在短时间内________，所以这类能源被叫作不可再生能源。
煤炭 石油
知识拓展
分类 概念 实例
按照获 取方式 一次能源 可直接从自然界获得的能源 水能、化石能源、风能、太阳能、 地热能、核能、潮汐能等
二次能源 无法从自然界直接获取，必须通过消耗一次能源才能得到的能源 电、酒精、木炭、煤气、柴油、 液化气、沼气、氢气、汽油等
按照对环境的影响 清洁能源 使用时对环境没有污染或污染较轻的能源 太阳能、电能、风能、水能、潮汐能、地热能
污染能源 使用时对环境污染较重的能源 煤、石油、柴薪等
按照人类 开发早晚 常规能源 人类已经利用多年的能源 煤、石油、天然气及水能等
新能源 人类新近才开始利用的能源 核能、太阳能、潮汐能、地热能、风能、生物质能等
3.人类利用能源的历程
（1）我国古代对能源的利用
钻木取火是人类利用能源的历史上的第一次能源革命。火的使用是人类在能源使用上的第一个里程碑，它使人类脱离了茹毛饮血的时代。从利用自然火到利用人工火的转变，开启了以_______作为主要能源的时代。
如图是我国古代对水能的利用，这是卧轮式水排，是中国古代将水能转化为机械能用于冶铁鼓风的核心装置，比欧洲同类水力鼓风技术早一千多年。
人类对木材、水力、风力、畜力等自然能源的利用促进了人类文明的发展。
（2）化石能源时代
大约在200多年前，由于对煤的大量开采，人类利用能源的历史进入了一个崭新的时期。如图，18 世纪，用煤作燃料的蒸汽机的发明，带来了人类历史上的第一次工业革命，由此人类进入_______的时代。
（3）电气时代
灯火辉煌的城市夜景
19世纪，通过对电和磁的研究，人类找到了开发和利用能源的新途径，从此进入了_________。
4. 能源的利用与环境污染
能源的大量开发和使用，会造成____________与_________。
（1）温室效应：化石燃料燃烧放出的大量__________，使大气中二氧化碳的含量大量增高，导致“___________”，造成地面温度上升、两极的冰雪融化、海平面上升、淹没沿海地区等不良影响。
(2)酸雨污染：排放到大气中的大量_________和氮氧化物等在降水过程中溶入雨水，使其形成酸雨，腐蚀建筑物，酸化土壤。
（3）火力发电厂发电时所产生的“余热”会引起________。泄漏的石油污染海洋；工业和交通工具的废气笼罩在城市的上空也________。
清理漂浮的石油 废气笼罩的城市
1.核能的开发和利用的两种方式
一种是__________________释放能量；另一种是_____________释放能量。
核裂变 核聚变
（1）核裂变
①定义：是__________________________原子核的一种核反应。
铀原子核在中子的轰击下产生裂变的过程，每一个铀原子核的裂变会产生大量能量。
②链式反应
用中子轰击__________原子核，铀核在分裂时，会释放出________，同时还会产生几个新的_________，这些中子会继续轰击其他铀核。于是就导致一系列铀核持续_______, 并释放出大量核能，这就是裂变中的链式反应。
1964 年我国第一颗原子弹爆炸原子弹就是利用核裂变的链式反应不加控制制成的。
（2）核聚变
____________________________________原子核的一种核反应，是产生核能的另一种方式。
如图是氘核和氚核结合成为氦核的聚变过程，这种核反应会释放_____________。
利用核聚变也能制造核武器。氢弹就是利用_______________原理制造的一种威力比原子弹还要大得多的核武器。
1967年6月17日，中国第一颗氢弹爆炸成功，成为世界上第四个掌握氢弹技术的国家。
2.核能发电以及优越点
核能发电可缓解__________，是人们和平利用__________的一个重要方面。
（1）核裂变发电
现在核裂变发电技术已经成熟，_____________是中国自行设计、建造和运营管理的第一座30万千瓦压水堆核电站。
广东大亚湾核电站
大亚湾核电站，位于中国广东省深圳市龙岗区大鹏半岛，是中国大陆建成的___________，也是大陆首座使用国外技术和资金建设的核电站
思考讨论：利用核电站发电的优点和缺点有哪些？
由于煤、石油、天然气等不可再生能源日渐枯竭， 而能源的需求量不断增加，现在人们不仅努力开发核能，而且不断探索对太阳能、风能、地热能、潮，汐能等新能源的开发。
因此，寻找新能源成为人类可持续发展的重大课题。
1.太阳能
太阳能是一种既相对___________，又取之不尽的________。目前，人们主要采用光转化为电、光转化为热的方式来开发、利用太阳能。
（1）光转化为电：________
硅太阳能电池 砷化镓太阳能
（2）采用光转化为热的方式可发电例如：__________
一种家庭常用的太阳能热水器
采用光转化为热的方式可发电，也可供家庭用来取暖、加热生活用水。
它工作的原理是:太阳光的照射使加热管内水的温度________， 由于热水的密度比冷水的小，管内热水不断上升并储存在储水箱________； 同时，储水箱内温度较低的水下降到_______，通过水的不断_______，最终使得储水箱内水的温度升高。
2.风能
风能行船
（1）风具有很大的_______能量
这种能量可能会带来极大破坏, 也可_________为人类服务。
例如：利用风能行船、抽水、磨谷等。
新疆达坂城的风力发电场
风能还可以用来发电，把风的________转化为_______就是风力发电，风能是一种清洁的_____能源，越来越受到世界各国的重视。
3.地热能
热能发电场
地球内部蕴藏着大量的______，在有地热资源的地方可开发和利用地热来发电。
4. 潮汐能
（1）月球、太阳对地球的________产生了潮汐。涨潮与落潮蕴藏着巨大的能量，这种能量可用来发电。
（2）涨潮时，海水汹涌而来，潮水从导流孔流入水库的同时推动_________转动，水轮机带动发电机发电。随着潮水的不断涌入，水库水位逐渐上涨，储存______。
（3）落潮时，海水奔腾而去，水位陆续下降，水库的水流从导流孔流向大海，推动水轮机再次转动，水轮机又一次带动_________。潮汐发电成本_________、污染_________，是一种很有发展潜力的新能源。
5.氢能源
更多的新能源在不断开发中。_________源是人们关注的一种新能源, 氢燃烧的产物是水，没有任何污染，是目前公认的最清洁能源。氢燃料在航空航天、汽车中已有广泛应用。
【归纳整理】
一、人类对能源的利用
1.能源分类（1）可再生能源：可再生能源：太阳能、风能等（2）不可再生能源：煤、石油、天然气等
2.人类利用能源的历程：（1）我国古代对能源的利用（2）化石能源时代（3）电气时代
3.能源的利用与环境污染
二、开发核能与重视核安全
1. 核裂变：①较重的原子核裂变为较轻的原子核。②链式反应
2.核聚变：较轻的原子核结合成为较重的原子核
3.核能发电以及优缺点
三、开发新能源
1.太阳能：光→电/热（热水器原理）2.风能：动能→电能（风力发电）3.地热能：地球内部热→发电
4.潮汐能：涨落潮→水轮机发电 5.氢能源：最清洁燃料（燃烧产物为水）
【课堂练习】
1．中国梦·小康梦，我国新农村建设如火如荼。许多村庄道路两侧安装了如图所示的太阳能路灯。下列与太阳能路灯有关的叙述中不正确的是（ ）
A．太阳能是可再生能源
B．硅电池板中的硅是半导体
C．给金属灯柱涂漆是为了防止灯柱锈蚀
D．硅电池板中的硅元素是地壳中含量最多的金属元素
2.关于能量和能源，下列说法正确的是（ ）
A．煤、石油、天然气都是可再生能源
B．电能是二次能源
C．水力发电是将水的机械能转化为电能
D．能量是守恒的，节约能源是没有意义的
3.如图是郑州市周边新建道路两旁使用的太阳能LED照明路灯，太阳能是_____________（选填“可再生”或“不可再生”）能源，它是太阳内部氢原子核发生_____________（选填“裂变”或“聚变”）时释放出的能量。
【课后巩固】
1.（课本209页第1题）我国蕴藏丰富的能源可用于发电，下列发电方式中利用不可再生能源的是（ ）。
A. 风电场 B. 太阳能发电站 C. 水电站 D. 火电厂
2. （课本209页第2题）太阳能是人类能源的宝库，下列有关太阳能说法错误的是（ ）。
A. 太阳能是氢聚变释放的核能
B. 我们今天开采的化石能源来自上亿年前地球接收的太阳能
C. 目前太阳能电池转化太阳能的效率非常高
D. 太阳能电池是将太阳能转化为电能
3. （课本209页第3题）请参照示例，在表 21—1 中至少填写 6 个能量转化的实例（每个空格限填 1 例）。
表 21—1
能量 实 例
转化为机械能 转化为电能 转化为化学能 转化为光能 转化为内能
机械能
电能 日光灯发光
化学能 蓄电池放电
光能
内能
4. （课本210页第4题）当前的核能发电，是利用核反应堆中的核 ________ 变来发电的。氢弹爆炸则是通过核________ 变在瞬间释放能量的，这是属于 ________（选填 “可控”或“不可控”）核反应。
5.（课本210页第5题）垃圾也可用来发电。人们将垃圾填埋后，通过厌氧发酵产生沼气。这些沼气燃烧产生高温蒸汽，推动汽轮机转动，汽轮机驱动发电机来发电。
（1）根据上面的短文，请你将垃圾发电过程中的能量转化填写完整；
（2） 垃圾填埋后产生的沼气是一种 ________________（选填“可再生”或“不可再生”）能源。
1.如图所示是一种太阳能背包。它的前面有一个太阳能电池板，里面有一个蓄电池，可以给手机、小风扇等电子产品供电。下列说法正确的是（ ）
A．太阳能电池板给蓄电池充电时，蓄电池相当于用电器
B．太阳能电池板给蓄电池充电时，是将化学能转化为电能
C．用蓄电池给小风扇供电时，蓄电池相当于用电器
D．小风扇工作时直接将化学能转化为机械能
2.中国“人造太阳”——大型核实验装置“东方超环”（EAST）取得重大突破。“东方超环”是全超导托卡马克核聚变实验装置，下列核能利用方式与之相同的是（ ）
①原子弹 ②氢弹 ③江苏田湾核电站 ④太阳
A．①② B．①③ C．②③ D．②④
3. 下列说法正确的有（ ）
①太空中需要3颗地球同步卫星才能几乎实现全球卫星通信；
②微波炉是应用电流的热效应来工作的；
③电磁波能够在真空中传播，而声音不能在真空中传播；
④能量的转移与转化具有方向性，因此要注意节约能源；
⑤随着科学技术的快速发展，我国已建立了利用核聚变发电的核电站；
⑥“5G”移动通信技术中的5G芯片是由超导体材料制成的，铜是磁性材料可以被磁化。
A．①③④ B．①③⑤ C．①④⑥ D．②③④
4. 如图所示，敦煌熔盐塔式光热电站利用12000面定日镜，将太阳光会聚到熔盐吸热塔，熔盐被加热成液态流入下方的热盐罐中。热熔盐将水加热形成高温高压的水蒸气，推动汽轮机带动发电机发电。下列说法不正确的是（ ）
A．熔盐塔式光热电站利用的太阳能是可再生能源
B．水被熔盐加热是通过做功的方式改变了水的内能
C．发电机的工作原理是电磁感应现象
D．汽轮机带动发电机发电，将内能转化为机械能
5.在“节能减排，低碳生活”的理念下，太阳能越来越受到人们的青睐，太阳能路灯作为一种新能源产品，具有宽广的前景。太阳能路灯的顶端是太阳能电池板，工作时将太阳能转化为_________能。生活中还有很多太阳能的应用，请你举出一例：_________。
6．河南省首个核电站落户南阳。该核电站建成后利用铀核_________（选填“裂变”或“聚变”）产生的能量发电，反应堆冷却系统采用水冷方式是利用_________的方式来改变内能的。
7.阅读短文，回答问题。
垃圾发电
传统的垃圾处理方式是将垃圾集中填埋，让其自行发酵。垃圾在发酵过程中会产生二氧化碳和甲烷等气体，易造成污染，还可能加剧温室效应，甚至有爆炸的危险。
某市的垃圾填埋气发电厂将垃圾填埋后，采用科学方法使其发酵，并把产生的填埋气收集起来用于发电，不仅解决了填埋厂的安全和污染问题，还可产生显著的经济效益，同时可减少温室气体的排放。
目前，该市的垃圾填埋气发电厂和前期投产的垃圾焚烧厂的年总发电量大约可供4万个年用电量为2800度的家庭使用。
（1）传统的垃圾填埋处理方法的缺陷有：_______________。（写出一点）
（2）将填埋气收集起来用于发电，是将这些垃圾的化学能最终转化为_______________能。
（3）作为中学生，你可以在节能减排、环境保护方面做些什么？_______________。（写出两点）
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【课后评价】
这节课我给自己☆☆☆☆☆颗星。
【参考答案】
【课前预习】
答案：1.能量 可再生能源 不可再生能源 2. 太阳能 风能 水能 煤 石油 天然气 3.（1）核裂变 核聚变 （2）较重 较轻（3）中子 中子 核能 （4）较轻 较重 4.（1）清洁 太阳能电池 太阳能热水器（2）温度上升 小 上升 加热管 升高 5. 化石能源 温室气体 有害废气 清洁无污染 可再生
【合作探究】
探究点一：
答案: 1. 能量2.（1）太阳能 再生（2）化学变化 再生 3.（1）柴薪（2）大工业生产（3）电气时代4. 环境污染 生态破坏（1） 二氧化碳 温室效应（2）二氧化硫（3）热污染 污染空气
探究点二：
答案：1. 利用核裂变 利用核聚变（1）较重的原子核裂变为较轻的 铀235 核能 中子 裂变（2）较轻的原子核结合成为较重的 巨大的能量 核聚变2. 能源危机 核能（1）秦山核电站 第二座核电站
思考讨论答案（1）核电站发电的优点
①少量核燃料即可释放巨大能量，燃料运输和储存成本远低于化石能源。②运行过程中几乎不排放二氧化碳、二氧化硫等温室气体和污染物，有助于缓解气候变化和空气污染。③不受季节、天气等自然因素影响，可24小时连续供电。④燃料储量相对充足：地球上铀、钍等核燃料储量，按现有核电发展速度可支撑使用上百年。
（2）核电站的缺点
①安全风险突出：一旦发生核泄漏（如切尔诺贝利、福岛事故），放射性物质会对生态和人体健康造成长期、严重危害。②产生的高放射性核废料半衰期极长，需特殊、永久的封存处理，技术要求高且存在潜在环境风险。③核电站对技术、材料、安全标准要求严苛，前期投资巨大，建设周期通常长达5-10年。④需远离人口密集区，且对地质、水文条件要求高，避免地震、洪水等自然灾害影响。
探究点三：
答案：1. 清洁 能源 （1）太阳能电池 太阳能热水器 上升 上部 加热管 对流 2.（1）能量 利用风能 动能 电能 可再生3. 热4.（1）引力作用（2）水轮机 能量（3）发电机发电
低 少 5. 氢能
【课堂练习】
1.【答案】D
【详解】A．太阳能可以源源不断的重复获取，属于可再生能源，故A正确，不符合题意；
B．硅是常见的半导体材料，所以硅电池板中的硅是半导体，故B正确，不符合题意；
C．给金属灯柱涂漆，隔绝了金属与空气中的氧气和水分接触，可以防止灯柱锈蚀，故C正确，不符合题意；
D．硅是非金属材料，所以硅电池板中的硅元素是地壳中含量最多的非金属元素，故D错误，符合题意。
故选D。
2.【答案】BC
【详解】A．煤、石油、天然气等化学能源使用后短期内不可再生，因此都是不可再生能源，故A错误；
B．电能通常由其他形式的能转化而来，是二次能源，故B正确；
C．水力发电是将水的机械能转化为电能，即消耗机械能，得到电能，故C正确；
D．能量是守恒的，但能量的转移和转化是有方向性的，节约能源意义重大，故D错误。
故选BC。
3.【答案】可再生 聚变
【详解】[1][2]太阳能可以从自然界源源不断获取，因此属于可再生能源。核能的应用包括轻核聚变和重核裂变，太阳能是太阳内部氢原子核发生不可控的聚变时释放出的能量。
【课后巩固】
基础练习
1.答案： D
解析：风能、太阳能、水能可以源源不断地从自然界获得是可再生能源，风力发电站、太阳能发电站、水力发电站都是利用可再生能源发电的；煤等化石能源不能从自然界源源不断获得，也不能重复利用，是不可再生能源，因此火力发电站是利用不可再生能源发电的，选项D符合题意。
2.答案：C
解析：目前太阳能电池的光电转换效率相对较低，通常在10%到20%之间，远未达到非常高的水平。选项C错误。
3.答案
能量 实例
转化为机械能 转化为电能 转化为化学能 转化为光能 转化为内能
机械能 ____ 水力发电 _____ _____ 钻木取火
电能 电动机转动; _____ 蓄电池充电 日光灯发光 电水壶烧水
化学能 内燃机 蓄电池放电 _____ 荧光棒 燃料燃烧
光能 光压推进 太阳能电池 光合作用 _____ 太阳能热水器
内能 蒸汽机 热电偶 _____ 白炽灯发光 _____
解析：机械能转化为电能的有:发电机发电，电风扇工作等;机械能转化为内能的有:钻木取火;电能转化为机械能的有:电动机转动;电能转化为化学能的有:蓄电池充电;电能转化为光能的有:日光灯发光;电能转化为内能的有:电水壶烧水;
化学能转化电能的有:蓄电池放电;化学能转化为光能和热能的有:燃料燃烧;
光能转化为电能的有:太阳能电池板发电;光能转化为化学能的有:植物光合作用;太阳能转化为内能的有:晒太阳暖和;内能转化为机械能的有:高温气体推动子弹前进;内能转化为光能的有:白炽灯发光。
4.答案：裂聚 不可控
解析：核能发电主要利用核裂变反应，通过控制链式反应释放能量；氢弹则利用核聚变在瞬间释放巨大能量，属于不可控核反应。
5.答案：（1）内能 机械能 电能（2）可再生
解析：沼气属于生物质能，是可再生资源，
能力提升
1.【答案】A
【详解】 A．太阳能电池板给蓄电池充电时，太阳能电池板是电源，蓄电池是消耗电能的装置，因此蓄电池相当于用电器，故A正确；
B．太阳能电池板给蓄电池充电时，是将电能转化为化学能储存在蓄电池中，故B错误；
C．用蓄电池给小风扇供电时，蓄电池是提供电能的装置，相当于电源，故C错误；
D．小风扇工作时，消耗的是电能，将电能主要转化为机械能。故D错误。
故选A。
2.【答案】D
【详解】“东方超环”是全超导托卡马克核聚变实验装置，属于核聚变。
①原子弹利用核能的原理主要基于 核裂变 过程，通过不可控的链式反应在极短时间内释放巨大能量。 故原子弹利用核能的原理是核裂变；
②氢弹利用核能的原理是 核聚变 ，即在极高温度和压力条件下，氢的同位素（如氘和氚）的原子核发生结合反应，生成更重的原子核（如氦），并瞬时释放巨大能量，故氢弹利用核能的原理是核聚变；
③核电站利用核能的原理与原子弹的原理相同，都是核裂变；
④太阳利用核能的原理与氢弹的原理相同，都是核聚变。
故ABC不符合题意，D符合题意。
故选D。
3.【答案】A
【详解】①由于超短波的性质更接近于光波，大致沿直线传播，不能沿地球表面绕射，同时在传输过程中信号存在衰减等。因此，人们用通信卫星作中继站。目前，用3颗同步卫星就可以覆盖全球，故①正确；
②微波炉就是用微波来煮饭烧菜的。微波是一种电磁波，即微波炉是应用电磁波工作，故②错误；
③光和电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播，声音的传播需要介质，声音不能在真空中传播，故③正确；
④能量的转移与转化具有方向性，有些能量使用以后不可能再被利用，所以要节约资源，故④正确；
⑤目前已建成的核电站的能量来自于重核的裂变，而不是轻核聚变，故⑤错误；
⑥5G芯片是由半导体材料制成的，铜不是磁性材料，不可以被磁化，故⑥错误。
综上所述，正确的是①③④。
故选A。
4.【答案】BD
【详解】A．太阳能可以从自然界源源不断地获取，属于可再生能源，故A正确，不符合题意；
B．水被熔盐加热时，热量从高温熔盐传递给水，是通过热传递的方式改变水的内能，不是做功，故B错误，符合题意；
C．发电机是利用电磁感应原理工作的，并将机械能转化为电能，故C正确，不符合题意；
D．汽轮机带动发电机发电的过程中，汽轮机将水蒸气的内能转化为机械能，发电机再将机械能转化为电能，因此该过程总体是将内能转化为电能，故D错误，符合题意。
故选BD。
5.【答案】电 太阳能热水器
【详解】[1]太阳能电池板工作时，能够将接收到的太阳能转化为电能，所以太阳能路灯顶端的太阳能电池板工作时将太阳能转化为电能。
[2]生活中太阳能的应用有很多，比如太阳能热水器，它是将太阳能转化为热能来加热水的；还有太阳能电站等，这里可举例太阳能热水器（答案不唯一）
6.【答案】 裂变 热传递
【详解】（1）目前，核电站是利用核反应堆中核燃料（如铀核）发生核裂变时产生的能量来发电的。核裂变是指重原子核（如铀核）分裂成两个或多个中等质量原子核的过程，这个过程会释放出大量的能量。而核聚变目前还主要处于研究阶段，尚未广泛应用于商业发电。
[2]在反应堆冷却系统中，采用水冷方式时，热量从反应堆传递到水中，是通过热传递的方式改变反应堆的内能。
7.【答案】（1）会造成常规污染（合理即可） （2）电 （3）随手关灯、植树造林等（合理即可）
【详解】（1）由短文可知，传统的填埋处理方法的缺陷有：易造成常规污染，还可能带来温室效应，甚至有爆炸的危险。
（2）将填埋气收集起来用于发电，是将这些的化学能最终转化为电能，垃圾填埋气是一种可再生能源。
（3）对于自己在节能减耗方面做的事可根据自己的生活实际来回答，如随手关灯、植树造林、夏天不要将空调温度调得过低等，符合实际即可。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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