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3.6
电能（一）
电能是现代生活和生产中最常用的一种能量。生活中每户家庭都要向电力公司缴纳电费，那么，电费是怎样计算的？怎样量度所消耗的电能？
一、电能与电功
1、电功：电能转化为其他形式能量的过程就是电流做功的过程，电流所做的功叫做电功。电流对用电器做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能。
2、电功的单位：电能、电功的单位和机械能的单位一样，也是焦耳。电能的单位还有千瓦时(kW·h)，俗称“度”1kW·h=3.6×106J。
3、规定：电流在某段电路上所做的功，等于这段电路两端的电压，电路中的电流和通电时间的乘积。
4、电功的计算公式
（1）普适公式：W＝UIt＝Pt
（2）推导公式：由欧姆定律可推导出W＝I2Rt＝t（只适用于
纯电阻
电路）
注意：公式中出现的电压值、电流值和电阻值都具有同时性（某一瞬间通过导体的电流值和该时刻加在导体两端的电压值）和同体性（针对同一导体中的电流值、该导体两端的电压和该导体的电阻值）。
5、串、并联电路的电功功
（1）串联电路中常用公式：W=
I2Rt
W1:W2:W3:…Wn=R1:R2:R3:…:Rn
（2）并联电路中常用公式：W=
U2t/R
W1:W2=
R2:R1
（3）无论用电器串联或并联：计算在一定时间所做的总功
常用公式W=
W1+W2+…Wn
二、电能表
1、电能表：测量用电器在一段时间里消耗的电能。电能表要装在家庭电路的干路上。
2、电能表上的符号、数字的含义：
（1）220V：表示电能表应该接在220V电路上使用；
（2）kw·h：表示电能的数字以千瓦时为单位，平时常称为“度”；
（3）“50
Hz”：表示该电能表在频率为50
Hz的交流电路中使用；
（4）600r/(kW·h)：表示每消耗1度电，电能表的转盘转过600转；
（5）10(20)A：表示电能表的额定电流为10A，在短时间内使用时电流可允许大一些，但不能超过20A。
3、读数方法：某段时间电能表的计数器上前后两次读数之差，就是这段时间内用电的度数。
【注意】常见电能表有感应式电能表和电子式电能表，一般会通过转盘在1
min内转动的圈数或指示灯在1
min内闪烁的次数来计算用电器在一段时间内消耗的电能。
三、电器的电功率
1、电功率
（1）定义：电流在单位时间内所做的功。
（2）物理意义：表示电流做功快慢的物理量。
（3）单位：国际单位
瓦特（W）
常用单位：千瓦（kw）
（4）电功率计算公式：①适用于所有电路
P=UI=W/t
②纯电阻电路
P=
I2R=
U2/R
（5）串、并联电路的电功率
①串联电路：a、在串联电路中，总功率等于各用电器实际功率之和，即P总＝P1＋P2＋…＋Pn
b、在串联电路中电功率分配与电阻成
正比
，即＝
②并联电路：a、在并联电路中，总功率等于各用电器实际功率之和，即P总＝P1＋P2＋…＋Pn
b、在并联电路中电功率分配与电阻成
反比
，即＝
2、额定电压和额定功率
（1）额定电压：用电器正常工作时的电压（用电器上标明的电压值）就是额定电压（如图3-79）。
（2）额定功率：用电器在额定电压下正常工作时的功率（用电器上标明的功率）就是额定功率。
（3）实际电压：用电器实际工作时的电压。
（4）实际功率：用电器在实际电压下消耗的功率。
注意：用电器的额定功率与实际功率并没有绝对的联系。实际功率取决于实际工作时候的电压和电流。
①当U实
=U额时，P实=P额
用电器正常工作（灯正常发光）；
②当U实＜U额
时，P实＜P额
用电器不能正常工作（灯光暗淡）；
③当U实
>
U额
P实
>P额
长期使用影响用电器寿命（灯发光强烈）。
（5）常见设备的功率
3、灯泡的亮度与电功率的关系
（1）灯泡的亮暗程度取决于实际功率大小，一般额定电压相同的两个灯泡，实际功率大的小灯泡会更亮一些。
注意：不要被题目中的额定功率所干扰，额定功率大的小灯泡，未必更亮。
（2）灯泡串联或并联的最值问题
①串联的两个灯泡，电路中最大电流取额定电流较小值，电阻大的灯泡亮。
②并联的两个灯泡，电路中最大电压取额定电压最小值，电阻小的灯泡亮。
口诀：串小流阻大亮，并小压阻小亮。
【例1】下列关于用电器作用的说法中，错误的是（
C
）
A.
电灯将电能转化为光能和内能
B.
电动机将电能转化为机械能
C.
电视机将电能转化为内能
D.
电熨斗将电能转化为内能
1、关于电功，下列说法中正确的是（　D　）
A．用电器通电的时间越长，电流做的功一定越多
B．通过用电器的电流越大，电流做的功一定越多
C．用电器两端的电压越大，电流做的功一定越多
D．用电器消耗的电能越大，电流做的功一定越多
【例2】小明同学在家中拍到一张电能表照片，如图所示。他仔细观察照片后，得到下列结论，你认为正确的是（
B
）
A.
电能表每经3200h闪一次
B.
电能表的额定电流为10A
C.
电能表使用时的电压必须是220V
D.
拍照片时，小明家已消耗的电能为7624J
1、某校为师生饮水方便，安装了电热水器。为测定热水器消耗的电能，关闭其他用电器，只用电热水器给水加热，一段时间后，电能表的示数，由图甲示数变为图乙示数，则该电热水器在这段时间内消耗的电能为　　kWh，等于　　J．若消耗电能的87%被水吸收，则可把　　kg初温为13℃的水加热至100℃【水的比热容c=4.2×103J/（kg℃）】。
【答案】2.1；7.56×106；18。
【例3】（2019?临沂）如图甲所示电路的电源电压为3V，小灯泡的额定电压为2.5V，图乙是小灯泡的I﹣U图象。闭合开关S后，下列判断正确的是（　D　）
A．滑动变阻器的滑片P向左滑动时，灯泡变暗
B．电流表示数为0.4A时，灯泡的电阻是25Ω
C．电压表示数为2.5V时，小灯泡的功率是1.25W
D．小灯泡正常发光时，滑动变阻器的电功率是0.25W
1、(2019·巴中)如图所示的电路中，L1标有“6V
3W“，L2标有“3V
3W”，闭合开关后，两灯均发光，此时电路的总电阻R总＝　　Ω，两电压表示数之比U1︰U2＝　
　；若将两灯并联后接入3V电路中，则两灯的实际功率之比P1︰P2＝　
　。（不计温度对灯丝电阻的影响）
【答案】15；5︰1；4︰1
1、观察下列四种家用电器的铭牌，判断下列说法中正确的是（
C
）
A．空调机消耗的电能不一定比电视机消耗的电能多
B．四种家用电器正常工作时，电风扇的工作电流最大
C．四种家用电器正常工作时，电流通过电热水器做功最快
D．电热水器接在110V的电路中，它的实际功率约为1000W
2、如图所示电路中，闭合开关后，发现普通小灯泡L1、L2均发光，且灯L2较亮，关于这一现象，下列说法正确的是（
C
）
A．通过灯L2的电流一定大于通过灯L1的电流
B．灯L2的电阻一定小于灯L1的电阻
C．灯L2的实际电压一定大于灯L1的实际电压
D．灯L2的额定功率一定大于灯L1的额定功率
3、（2019·衡阳）小明家上次查看电能表示数，本次查看时电能表读数如图所示，则下列说法正确的是（　
）
A．他家在这段时间内消耗的电能为903kw·h
B．电能表是测量电功率的仪表
C．若只让一个标有“220V
1000w”的电热水器正常工作10min，则电能表的圆盘转了600转
D．这个电能表的额定功率为2200W
4、（2019·兰州）有两只灯泡L1、L2，分别标有“220V
100W”和“220V
40W”的字样。若不考虑温度对灯丝电阻的影响，下列说法中正确的是（　
　）
A．两灯正常发光时，L1的电阻较大
B．两灯并联接入220V的电路，L1、L2消耗功率之比是2:5
C．两灯串联接入220V的电路，L1消耗的功率小于25W
D．两灯串联接入220V的电路，两灯泡消耗总功率大于40W小于100W
5、如图所示，电源电压保持12V不变，小灯泡L上标有“6V
3W”字样，滑动变阻器最大电阻值R=48Ω，闭合开关，若不考虑灯丝电阻随温度的变化，下列说法正确的是（　D　）
A.
要使电压表的示数增大1V，小灯泡L两端的电压就会减小1V
B.
小灯泡L的最小实际电功率为0.6W
C.
当滑片P移到变阻器的中点时，小灯泡L正常发光
D.
当滑片P移到最右端时，通电10s滑动变阻器消耗的电能是19.2J
6、如图所示，电源电压恒为15V，定值电阻R的阻值为20Ω，闭合开关后，使变阻器的阻值减小5Ω，电流表示数变化了0.1A，则下列说法正确的是（
D
）
A.
电流表示数减小了0.1A
B.
电压表示数减小了0.5V
C.
定值电阻的电功率增大了0.2W
D.
电路总功率增大了1.5W
7、如图所示的电路中，电源电压恒为3V，灯泡L的电阻为10Ω且保持不变。闭合开关S后，滑片P由b端向a端滑动的过程中，下列判断正确的是（
D
）
A．灯泡L亮度变暗
B．电压表示数变大，电流表示数变小
C．电压表与电流表示数的比值变小
D．灯泡L的最大功率为0.9W
8、(2019·宁波)如图甲所示电路，分别把定值电阻R1、R2（R1>R2)接入A、B之间后进行实验，并根据电流表和电压表示数画出A、B之间电阻的P-U图像，如图乙所示。如果把R1和R2并联后接入A、B之间进行实验，同理，可以在图乙中画出它的P-U图像③。则图像①所对应的电阻和图像③所在的区域分别是（　C
）
A．?R1和Ⅰ?????????????????????B．?R1和Ⅲ???????????????????????C．R2和Ⅰ????????????????????????D．?R2和Ⅲ
9、(2019·扬州)如图所示的电路，电源电压恒为3V。闭合开关S，电流表A1示数为0.5A，A2示数为0.3A，则电阻R1是＿＿＿Ω，通过电阻R2的电流是＿＿＿A，电阻R1的电功率是＿＿＿W，在5min内整个电路消耗的电能是＿＿＿J。
【答案】10；0.2；0.9；450
10、如图甲所示是通过灯泡L的电流跟其两端电压关系的图象，现将L与阻值为10Ω的电阻R连入图乙所示电路，闭合开关S，L的实际功率为1.8W，则电源电圧是　
　V，此时定值电阻R的电功率是　
　W．
【答案】6；3.6
11、某市的汽车数量持续增加，为方便市民安全出行，在市区繁华路段设置如图所示的LED指示牌，这种指示牌可以根据车流量改变通行信号，有效缓解交通拥堵现状。
（1）若一个LED指示牌的额定功率为10W，正常发光10min消耗的电能是
J。
（2）每个指示牌中的发光部分是由几十至上百个小功率LED颗粒组成，单个LED颗粒的工作电压约为3V。其工作原理是先将220V的交流电通过转换器转换为合适的低压直流电，再供每个LED颗粒发光。如果你是工程师，你认为让这个指示牌上的许多LED颗粒串联工作还是并联工作更好？请说明理由
。
（3）加大交通安全宣传，引导市民关注交通法规和汽车性能，图乙是汽车的两种保险杠在模拟碰撞实验中内能增加的变化曲线图，结合图中信息分析，汽车应该选择　保险杠更安全，原因是：
。
【答案】（1）100；（2）并联
能保证每个LED颗粒正常工作满足3V电压；（3）A；发生碰撞时，A保险杠可以将更多的机械能转化为内能。
12、（17-杭州）如图是小金研究电动机转动是否对小灯泡的亮度有影响的电路图，开始小金先抓住转轴合上开关，观察小灯泡的亮度，接着放开转轴让电动机转动，继续观察小灯泡亮度的变化（已知：小灯泡的电阻为R，电动机线圈电阻为r，电源电压为U），由此请你回答：
（1）在电动机未转动时，t时间内电流在电路中产生的热量为　　（填写表达式）；
（2）在电动机转动时，电流所做的功　
　电流在电路中产生的热量（选填“大于”“等于”或“小于”）；
（3）小金判断电动机转动后小灯泡会更亮，你认为小金的判断正确吗？并根据学过的知识给以解释．
【答案】（1）；（2）大于；（3）错误；=；电动机转动后，电动机会消耗一部分能量，使得电功转化而成的内能减小，故灯泡的亮度会变暗3.6
电能（三）
一、测定小灯泡的功率
1、电路实验的基本操作
（1）连接电路时：开关处于断开状态；滑动变阻器的滑片处于阻值最大处。
（2）正确使用电流表和电压表：恰当选择电流表和电压表的量程。根据小灯泡的额定电压来确定电源电压及电压表的量程，然后估测小灯泡正常工作时的电流，再确定电流表的量程。
2、实验室测定小灯泡的功率
（1）原理：P=UI
（只有在灯泡两端的电压等于额定电压时，灯泡才能正常发光，此时的功率为额定功率）。
（2）实验器材：小灯泡、电源、开关、电压表、电流表、滑动变阻器、导线。
（3）实验记录表格：
（4）实验步骤：
①按电路图连接好电路；
②闭合开关，调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压恰好等于小灯泡的额定电压，观察小灯泡的亮度，并记录此时电流表和电压表的示数；
③调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压约等于小灯泡额定电压的1.2倍，观察小灯泡的亮度变化，并记录此时电流表和电压表的示数(注意：小灯泡两端的电压不能超过它的额定电压太多)；
④调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压约等于小灯泡额定电压的0.8倍。观察小灯泡的亮度变化，并记录此时电流表和电压表的示数；
⑤根据P＝UI，计算出三种情况下小灯泡的电功率；
⑥断开电路，整理器材。
（5）结论：通过实验发现，用电器两端的电压不同，电功率就不同，小灯泡两端电压越高，实际功率越大，灯泡越亮。
（6）实验注意事项：
①选择的器材规格要合适。电流表的量程要大于小灯泡的额定电流，电压表的量程要大于小灯泡的额定电压。滑动变阻器允许通过的最大电流要大于灯泡的额定电流。
②连接电路时开关应处于断开状态，滑动变阻器调到阻值最大处。
③在使小灯泡的电压高于额定电压时，要注意观察电压表示数的变化，以免电压过高，烧坏小灯泡。
【点拨】对于多次实验测得的功率值不能像伏安法测电阻一样求平均值，因为小灯泡的电阻随温度的改变而改变。
二、灯泡亮暗的判断
1、若灯泡都正常发光，则额定功率大的亮，因为灯泡在各自的额定电压下工作时，实际功率等于额定功率。额定功率大的灯泡，实际功率就大，灯泡就亮。
2、若灯泡串联且不正常发光，电阻大的灯泡较亮。因为灯泡越亮，它的实际功率就越大，在串联电路中，由于各处电流都相等，根据P=I2R知，灯泡的电阻越大，灯泡的实际功率就越大，而灯泡的电阻可由P额和U额进行比较，根据知，当U额相同时，P额越小，R越大；当P额相同时，U额越大，R越大。
3、若灯泡是并联的且不正常发光，电阻小的灯泡较亮。在并联电路中，由于各支路两端的电压相等，根据，灯泡的电阻越小，灯泡的实际功率就越大，灯泡就越亮，灯泡电阻的比较方法同上。
4、两灯的额定功率和电阻的大小，还可以根据灯丝的粗细长短来比较。细而长的电阻大，额定功率小；粗而短的电阻小，额定功率大。
5、灯L1“220V
100W”和
灯L2“220V
25W”相比较而言，L1灯丝粗短
，L2灯丝细长（U额
相同，判断灯丝电阻口诀：“大（功率）粗短，小细长”
）；两灯串联时，灯L2亮，两灯并联时，灯L1亮（U额
相同，判断哪个灯亮的口诀“串小（功率）并大”）。
【例1】额定电压为2.5V的小灯泡接在下列四个电路中，不能测出小灯泡额定功率的是（　C　）
A
B
C
D
1、某同学利用如图所示电路，测量额定电压为2.5V的小灯泡的额定功率，下列说法错误的是（
B
）
A．闭合开关前，滑片P应滑到B端
B．闭合开关后，小灯泡不发光，一定是小灯泡灯丝断了
C．当电压表示数为2.5V时，测出通过小灯泡的电流，可算出小灯泡的额定功率
D．小灯泡的实际功率越大，小灯泡越亮
2、在“测量小灯泡的电功率”实验中，实验器材有：电池组(3V不变)、电流表、电压表、小灯泡（额定电压2.5V）、滑动变阻器、开关、导线若干，实物电路如图甲所示．
（1）请用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整．
（2）连接好电路，闭合开关，调节滑动变阻器，发现小灯泡不亮，电压表示数始终为零，电流表示数变化明显．电路故障可能是　
．
（3）排除故障后进行实验，图乙是由实验数据描绘得到的小灯泡的I
—
U图像，则小灯泡额定功率是
W．小灯泡正常发光时，滑动变阻器接入电路的阻值是
　Ω．
（4）分析小灯泡的I
—
U图像，发现小灯泡灯丝的阻值随电压变化而变化，从本质上讲，引起小灯泡灯丝阻值变化的因素是
．
【答案】（1）如图
（2）小灯泡短路（灯座短路或电压表短路也正确）；（3）0.625
2；（4）温度
1、在“测量小灯泡的电功率”的实验中，某同学连接好电路，闭合后，移动滑动变阻器的滑片，当滑动变阻器连接入电路的电阻变大时，电压表的读数也随着变大，反之，随着变小，则发生这一现象的原因是（
B
）
A．电压表的正、负接线柱接反了
B．电压表的量程选择不合适
C．电压表坏了
D．电压表与滑动变阻器并联
2、在“测量小灯泡的电功率”的实验中，某同学连接好电路，闭合后，移动滑动变阻器的滑片，当滑动变阻器连接入电路的电阻变大时，电压表的读数也随着变大，反之，随着变小，则发生这一现象的原因是(　
B　)
A．电压表的正、负接线柱接反了
B．电压表的量程选择不合适
C．电压表坏了
D．电压表与滑动变阻器并联
3、小灯泡额定电压为6V，额定功率估计在7～12W之间，小佳按图甲所示的电路测定小灯泡的功率，所用电流表的量程有0～0.6A、0～3A两挡，电压表的量程有0～3V、0～15V两挡，将它们连入电路时，小佳做了正确选择与操作，变阻器滑到某处时两电表示数如图乙、丙所示，则(　
B　)
A．小灯泡额定功率为7.5W
B．在5V电压下小灯泡的功率为7.5W
C．在1V电压下小灯泡的功率为7.5W
D．在5V电压下小灯泡的功率为1.5W
4、小伟同学用如图所示的电路测小灯泡的功率。电路中电源电压恒为4.5V，电压表的量程为0～3V，电流表的量程为0～0.6A。滑动变阻器的规格为“20Ω　1A”，灯泡标有“2.5V　1.25W”字样。若闭合开关，两电表的示数均不超过所选量程，灯泡两端的电压不允许超过额定值，不考虑灯丝电阻的变化，则下列说法中正确的是(　D　)
A．滑动变阻器的电阻允许调节的范围是0～20Ω
B．电流表示数的变化范围是0～1A
C．灯泡的最小功率是1.25W
D．该电路的最大功率是2.25W
5、（2018西城一模）小叶和小东用伏安法测量额定电压为2.5V小灯泡在不同电压下工作的电功率。已知电源两端电压恒为6V。
（1）请根据实验要求完成实物电路图的连接。
（2）开关S闭合前，图中滑动变阻器的滑片P应移至________端（选填“A”或“B”）。
（3）小东连接好实验电路，检查连接无误后，闭合开关S，却发现灯泡不发光，电流表无示数，电压表指针偏转明显，可能发生的故障是____________________。
A．灯泡灯丝断了
B．灯座接线短路
C．蓄电池没有电了
D．电流表接线柱短路
（4）在发现电路有故障时，首要的规范操作应是：__________________________。
（5）小东排除故障后，闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片P至图所示位置时，电压表示数为2.1V，若他想测量小灯泡的额定功率，此时应将滑片P向
　
端移动（选填“A”或“B”），使电压表的示数为2.5V。
（6）小叶同学移动滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成图所示的I-U关系图像，根据图像信息，可计算出小灯泡的额定功率是
W。
【答案】（1）如下图（2）B；（3）A；（4）断开开关；（5）A；（6）0.5
6、小明同学利用电流表和电阻箱测量小灯泡的功率，设计并接了如图甲所示的实物电路。
（1）为了保护电路，闭合开关S1前，应将滑片P移到动变阻器的　　（“A”或“B”）端。
（2）闭合开关S1，将单刀双掷开关S2扳向“1”，调节滑动变阻器调节电阻箱的阻值使电流表的示数为I1，如图乙所示，I1=　　A；
（3）将开关S2扳向“2”，保待滑动变阻器的阻值不变，调节滑动变阻箱的阻值R，使电流表的示数仍为I1，此时R=5Ω；则步骤（2）中小灯泡的电阻R1=　　Ω，测量小灯泡电阻的方法是　　（选填“控制变量法”或“等效替代法”）；
（4）步骤（2）小灯泡的实际功率P1=　　W；
（5）若小灯泡的额定电流为I0=2I1，以下关于灯泡额定功率P0与实际功率P1的数值关系，你认为最有可能的是　　。
A．P0=2P1B．P0=3P1
C．P0=4P1D．P0=5P1
【答案】（1）B；（2）0.2；（3）5；等效替代法；（4）0.2；（5）D
7、测量“小灯泡的电功率”，小灯泡的额定电流为0.3A，灯丝阻值在10Ω～15Ω之间，所提供的器材有：电流表、电压表、电源（电压恒为6V）、开关各一个，滑动变阻器（“5Ω，2A”、“20Ω，1A”）两个，导线若干。
（1）小明没有连接完的实物电路，如图1所示，请你用笔画线代替导线将实物图补充完整。
（2）小明选用的滑动变阻器的规格为　
　。
（3）闭合开关，移动滑片，当电流表的示数为0.3A时，电压表示数如图2所示，读数为　
　V，小灯泡的额定功率为　
　W。
（4）小红没用电压表，但多用了一个开关，其它器材与小明的相同，也测出了小灯泡的额定功率。
①请在图3虚线框内画出她设计的电路图。
②写出实验步骤：实验步骤　
　。
③写出测定额定功率的表达式：P额＝　
　。
【答案】（1）；（2）“20Ω1A”（3）4；1.2；（4）①如图2所示；
②断开开关，按照电路图连接好实物，并将滑动变阻器滑片调到阻值最大处；
②Ⅰ、按电路图2连接实物电路图，并将滑动变阻器滑片调到阻值最大处；
Ⅱ、闭合开关S1、断开S2，移动滑动变阻器滑片，使电流表示数为0.3A；
Ⅲ、滑片位置不动，闭合开关S1、S2，读出电流表示数I；
Ⅳ、求灯泡额定功率。
③0.3A×（6V﹣V）
8、在测量小灯泡额定电功率时，电压表出现了故障不能使用，小明向老师借了一只定值电阻R0，设计了如图所示的电路，按下面的顺序测量额定电压为2.5V的小灯泡的额定功率：
（1）测量时，先闭合开关
，调节滑动变阻器，当电流表的示数为
时，小灯泡正常工作。
（2）断开所有开关后，保持滑片P的位置不动，再将开关
闭合，读出电流表的示数为0.65A，则通过小灯泡的电流为
。
（3）算出小灯泡的额定功率P额＝
。
【答案】（1）S和S1
；（2）
S和S2
0.65A－；（3）
2.5V×
9、在学校科技节上，甲、乙两组同学各自设计了一个灯泡和滑动变阻器串联的调光电路，同时还想研究灯泡亮度改变时电功率的变化情况。老师提供的器材有：“2.5V”和“3.8V”两种规格的灯泡（灯丝电阻随温度的升高而增大）、滑动变阻器，电流表和电压表、开关、导线若干、电源（电压相等且保持不变）。两组同学连接好电路后，调节滑片过程中电表示数都发生变化，当两组电路的灯泡都正常发光时，恰好电压表示数均为3.8V，电流表示数均为0.3A，并且甲组的灯泡比乙组的暗。
（1）请将甲组同学设计的电路图补充完整（如图）
（2）两组同学所使用的电源电压是
V。
（3）调节滑动变阻器的滑片，使两组电路中小灯泡两端的电压均为2.5V时，
（选填“甲组”或“乙组”）灯较亮。
（4）乙组同学在研究灯泡电功率变化情况时，想通过测量来比较以下两种情况灯泡电功率的大小关系：
①灯泡实际电压为额定电压一半时的电功率P1；
②灯泡实际电流为额定电流一半时的电功率P2。
老师告诉他们不用测量也可以比较，同学们经过分析得出P1与P2之间正确的关系是P1
P2。
【答案】（1）电路图如图所示；（2）6.3；（3）甲组；（4）大于。3.6
电能（四）
夏天，你使用电驱蚊器吗？冬天，你使用电取暖器吗？这些用电器工作时都会发热，你知道它们的工作原理吗？
一、电流的热效应
1、电流的热效应——电流通过各种导体时，会使导体的温度升高，这种现象叫做电流的热效应。从能量的转化看，电流通过导体发热的过程实质上是电能转化为内能的过程。
2、电热器：利用电流的热效应制成的加热设备（如图3-83）。
（1）主要元件是发热体，是由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘体上制成的；
（2）优点：清洁、无污染、热效率高，便于控制和调节等。
（3）影响电流的热效应的因素：电流、电阻和通电时间。
（4）电热的利用和防止：
①电流的热效应的应用，如电烤箱、电热毯、电炉子、电灯等。
②电视机等长时间工作，会使后壳积聚较多的热量从而影响其寿命，所以需要散热。
二、焦耳定律
【活动一】研究电热跟哪些因素有关
如图3-84所示，2只烧瓶内装有煤油，瓶塞上各插1根玻璃管，瓶内各装1根阻值不同的电阻丝R甲和R乙。
1．将2根电阻丝串联在电路中，标出2根玻璃管内液面的位置。
2．闭合开关，记下电流表的读数：__________。
3．经过一段时间后，标出2根玻璃管内液面的位置。
4．比较2根玻璃管内液面上升的高度，可以推测得出：当电流相等时，电阻越大，电流产生的热量越
多
。
5．当2根玻璃管中的液面降回到原来的高度后，减小滑动变阻器的阻值，闭合开关，记下电流表的读数：___________。
6．经过与第一次相同时间的通电后，标出甲瓶（或乙瓶）玻璃管内液面的位置。
7．与上次该玻璃管内液面上升的高度相比，可以推测得出：当电阻相等时，电流越大，电流产生的热量就越
多。
实验证明：电流越大、电阻越大、通电时间越长，电流通过导体产生的热量越多。
1、焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，
跟导体的电阻成正比，
跟通电时间成正比，即：Q=I2Rt。
2、电热计算：
（1）Q=I2Rt（适合任何情况下的电热计算）；
（2）Q=UIt，Q=W=
（当电能全部转化成内能时，电热等于电功，电热计算式与电功计算式相同，即在纯电阻电路中的电热计算也可以用这两个公式）；
（3）Q=Pt（式中P为电热功率，这个公式只在纯电阻电路中适用）。
三、电热器具的“双挡”问题
1、电热器具通常设计有“高温挡”和“低温挡”，根据可知，当U一定时，电阻越大时，电功率越小；电阻越小，电功率越大。所以高温挡总电阻最小，低温挡总电阻最大。
2、两挡的控制开关
（1）短路式：两个电阻串联，把开关与其中一个电阻并联，如下图所示，当闭合开关时，有一个电阻短路，只有一个电阻工作，此时为高温挡；当断开开关时，两电阻串联，电阻大一些，电热器的功率小一些，此时为低温挡。
（2）单刀双掷式：主要工作电阻放在干路上，一条支路连导线，一条支路连接附加电阻，如下图所示，当开关掷向附加电阻的支路时，两电阻串联，为低温挡；当开关掷向导线支路时，只有主要工作电阻工作，此时为高温挡。
（3）多挡问题：两个电阻串联时为低温1挡；单独使用一个电阻时为低温2挡；并联时为高温挡。
【例1】如图所示是“探究电流通过导体时产生热量的多少与哪些因素有关”的实验装置。两个透明容器中密封着等量的空气，下列说法不正确的是（　B　）
A．U形管液面高度变化是因为容器中气体热胀冷缩的缘故
B．通电后透明容器中气体的内能增大是通过做功的方式改变的
C．图乙所示的装置可以用来探究电流通过导体产生的热量多少跟电流大小的关系
D．图甲中，通电一段时间后左右两边容器内电阻产生的热量之比是1：2
1、（2019·北部湾）如图所示，两个透明容器中密闭着等量的空气，A、B两U形管内的液面相平，电阻丝的电阻R1=R2=R3。小明用图示装置进行实验，探究电流通过导体时产生的热量Q跟什么因素有关。下列说法正确的是（　D　）
A．此实验在探究电热Q与电阻R是否有关
B．通过R1的电流和通过R2的电流大小相等
C．电阻R1两端的电压和R2两端的电压相等
D．通电后，A管的液面将会比B管的液面高
2、（2019·乐山）如图所示为探究“焦耳定律”的实验装置。两个透明容器中密封着等量的空气，U型管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化。将容器中的电阻丝R1、R2串联在电路中，且R1A．该实验装置用于探究“电压和通电时间一定时，电热与电阻的关系”
B．闭合开关后，通过R1的电流大于R2的电流
C．闭合开关后，甲管中液面上升比乙慢
D．闭合开关后，要使电流增大，应将滑动变阻器滑片P向左移动
【例2】(2019·嘉兴)某科学小组对电流通过导体产生热的多少与哪些因素有关进行了研究。装置如图，2只烧瓶内装满煤油，瓶塞上各插1根玻璃管，瓶内各装1根阻值不同的电阻丝R甲和R乙。
猜想一：电热跟电流的大小有关，电流越大电热越多。
猜想二：电热跟导体的电阻大小有关，电阻越大电热越多。
为验证猜想一，设计以下方案：
①将电阻丝R甲和R乙串联在电路中，标出2根玻璃管内液面的位置，闭合开关记下电流表的读数I1，经过一段时间后标出2根玻璃管内液面的位置；
②当2根玻璃管中的液面降到原来的高度后，减小滑动变阻器的阻值，闭合开关记下电流表的读数I2，经过相同时间后标出2根玻璃管内液面的位置。
请回答下列问题：
（1）为使实验现象明显，经常会采用转换或放大的思想。为比较电热丝产生热量的多少，实验中体现这些思想的设计有
▲
（写出一条即可）。
（2）为验证猜想一，必须比较同一个烧瓶中前后两次实验玻璃管内液面上升的高度，原因是
▲
。
（3）科学研究倡导有依据的猜想，请说出生活中支持猜想二的一个实例：
▲
。
【答案】
（1）通过玻璃管内液面上升的高度来反映电热丝产生热量的多少（其它合理也给分）。
（2）保持前后两次电阻的大小相同。
（3）电水壶中的发热体放热比连接电水壶的导线放热多（其它合理也给分）。
1、如图是“探究电流通过导体产生的热量与导体电阻关系”的实验装置，铜丝的电阻小于镍铬合金丝的电阻，铜丝和镍铬合金丝串联浸在相同质量和相同初温的煤油中，每一烧瓶里各插入一支温度计。通电一定时间后，可以看到
瓶中(填“A”或“B”)煤油温度升得高，这表明在相同时间内，电流相同的情况下，电阻越
，电流通过导体时产生的热量越多。
【答案】B
大
【例3】如图甲、乙所示为某型号电水壶的电路示意图及铭牌，R与R0产生的热量均能被水吸收，保温状态下，水温保持在80
℃以上。回答下列问题：[水的比热容c=4.2×103J/(kg·℃)]
（1）保温状态下，开关S0、S分别处于什么状态？
（2）求电阻R0和R的阻值。
（3）该电水壶在加热状态下工作3
min可以产生多少热量？
（4）80
℃的一杯水放在桌上自然冷却，每隔5
min记录一次水温，得出如图丙所示的图线。从图中可以得出什么降温规律？
（5）一满壶80
℃的水自然冷却到室温，水释放的热量为多少？
【答案】（1）S0
断开，S
闭合；（2）R0=1166
Ω　R=44
Ω；（3）1.98×105
J；（4）水的温度下降得越来越慢；
（5）1.26×105J
1、电吹风是现代家庭常用的一种电器，如图所示为额定电压为220V的某电吹风电路。其中电热丝R通电后可以发热，电动机M通电后可以送风，已知电动机的额定功率为120W。
（1）要送冷风，开关应该放在图中的
位置(选填“A”“B”或“C”)。
（2）送热风时，电路消耗的总功率为560W，则电热丝R的阻值应为
Ω。
【答案】（1）B；（2）110
2、（2019·成都A卷）如图甲是一种家用电暖器,图乙是其简化的电路图,已知R1闭合；若电暖器在第二档正常工作10min.则产生的热量是
J。
额定电压
220V
功率选择
一档950W
二挡1150W
三挡2100W
【答案】?S1
6.9×105
1、将规格都是“220V　180W”的一台电冰箱、一台电脑和一床电热毯，分别接入同一家庭电路中，若通电时间相同，则下列说法正确的是（
C
）
A．电冰箱产生的热量最多
B．电脑产生的热量最多
C．电热毯产生的热量最多
D．三者产生的热量一样多
2、(2019·衢州)下列用电器主要利用电流热效应工作的是（　A　）
A．电饭煲
B．电视机
C．
洗衣机
D．油烟机
3、如图，电源电压不变，R1、R2是两个相同的电阻，当闭合开关S1，断开S2、S3，通电10min，电路产生的热量为Q；同时闭合S2、S3，断开S1，若要产生相同的热量Q，则通电时间为（　A　）
A．2.5min
B．10min
C．20min
D．40min
4、有阻值分别为10Ω、15Ω的两根电阻丝R1、R2，把它们按如图所示的连接方式连接成电路，先后接入同一电源，则在相等时间内放出热量最少的是（　C　）
A．
B．
C．
D．
5、（2019·本溪）将如图甲所示的电热水瓶，接入家庭电路中单独工作时，观察到电能表（
如图乙）
的转盘转
6
转用时
1min。下列关于电能表和电热水瓶的说法正确的是（
C
）
A．电能表应接在空气开关和用电器之间
B．该电能表所在家庭电路用电器同时工作时总功率不能超过
2200W
C．电热水瓶的实际功率是
600W
D．若电热水瓶的指示灯损坏，
它的发热电阻还能工作，
说明它们之间是串联的
6、焦耳24岁时，首先把电阻丝放入玻璃管内，做成一个电热器，然后把电热器放入一个玻璃瓶中，瓶中装有已知质量的水。给电热器通电并开始计时，从插在水中的温度计可随时观察到水温的变化，同时，他用电流计测出电流的大小，焦耳把实验做了一次又一次，获取大量数据归纳得出焦耳定律。下列有关说法不正确的是（　A　）
A．焦耳定律只适用于电能全部转化为内能的电路
B．焦耳通过实验得到电流产生的热量与电流的二次方、电阻、通电时间成正比
C．焦耳实验时用水吸收的热量来替代电阻丝产生的热量，是用了转换法
D．科学教材上研究电流产生的热量与哪些因素有关的实验与焦耳所做实验很大的不同是没有获取大量的数据得到关系式
7、如图6所示，是某电器内部的电路结构图，R1、R2为阻值相同的电热丝．不同的连接方式其发热功率不同，下列说法不正确的是（
A
）
A．甲的发热功率与丙的发热功率相等
B．丁的发热功率是丙的发热功率的2倍
C．丙的发热功率是乙的发热功率的2倍
D．丁的发热功率是乙的发热功率的4倍
8、如图所示时某电热器内部的电路结构图，R1、R2为加热电阻丝，R1＞R2，开关S1、S2能接在不同接线柱1、2上，可使电热器提供“最高档、高档、中档、低档”四种不同的发热功率，则下列说法正确的是（　D　）
A．当S2断开，S1接到接线柱1上，电热器提供的发热功率为最高档
B．当S2断开，S1接到接线柱2上，电热器提供的发热功率为最高档
C．当S2接到接线柱1上，S1接到接线柱2上，电热器提供的发热功率为低档
D．当S2接到接线柱2上，S1接到接线柱1上，电热器提供的发热功率为高档
9、甲、乙两只简易型电加热器（俗称“热得快”）及其铭牌如图所示，若它们的电阻不随温度的变化而改变，则下列说法中正确的是（　B　）
A．两电加热器均正常工作时，甲消耗的电能较多
B．将乙接入110V的电路中，它的实际功率为200W
C．两电加热器均正常工作时，甲的电阻大于乙的电阻
D．两电加热器串联后接在220V的电路中，甲的实际功率较大
10、(2019·南充)如图是电热饮水机电路原理图，已知R1＝100Ω，R2＝20Ω，当开关S1、S2闭合时，饮水机处于　
　状态（填“保温”或“加热”），饮水机的保温功率与加热功率之比为　
　。
【答案】加热；1︰6
11、（2019·怀化）如图甲是定值电阻和标有“8
V
8
W"灯泡L的I－U关系图象。如图乙所示，电源电压恒定不变，滑动变阻器的最大阻值为12
Ω。当开关S、S2闭合,
开关S1断开，将滑动变阻器的滑片P滑到b端时，灯泡L的实际功率为1W
。求：
（1）灯泡正常发光10s，电流通过灯泡产生的热量；
（2）电源电压；
（3）当开关S、S1、S2同时闭合，调节滑片P，求电路消耗的最大功率。
【答案】（1）80J；（2）8V；（3）72W
12、（18-广东）在深圳某科技节上，某同学自己动手制作了一个牛奶加热器，设计电路简图如图所示，已知滑动变阻器R０的电大阻值为100Ω，用于加热的电阻丝R1的阻值为55Ω．求闭合开关S后：
（1）电路中的最小电流（结果保留1位小数）；
（2）电热丝的最大加热功率；
（3）在最大加热功率下，用时100s可以将1kg常温牛奶温度升高多少？[不考虑热量损失，牛奶的比热容为c＝2.5×10３J/（kg·℃）]
【答案】（1）1.4A．（2）880W．（3）35.2℃3.6
电能（二）
电功率是描述电流做功的快慢，但电器工作时消耗的电功率究竟跟哪些因素有关呢？
一、小灯泡的电功率跟哪些因素有关
【活动一】小灯泡的电功率跟哪些因素有关
把灯泡接到电路中时，不同功率的灯泡发光的亮度是不同的。灯泡越亮，灯泡的电功率就越大。那么，灯泡的电功率跟哪些因素有关？下面让我们以小灯泡为例，探究小灯泡电功率跟哪些因素有关。
1、提出问题：小灯泡的电功率跟哪些因素有关？
2、建立假设：
（1）小灯泡的电功率跟电压有关，电压越高，电功率就越大。
（2）小灯泡的电功率跟电流有关，电流越大，电功率就越大。
你还能提出什么假设？
3、设计实验方案：
若要研究小灯泡的电功率跟电流和电压的关系，需要运用控制变量的方
法进行实验研究。
（1）研究小灯泡的电功率跟电流的关系，就要控制小灯泡两端电压不变。为此，我们可以把
2
只不同的小灯泡按图3-81所示方式并联在电路上，从而控制它们两端电压相等，用电流表分别测量通过小灯泡的电流。通过观察小灯泡的亮度来判断小灯泡电功率大小，看看电功率大小跟电流有什么关系。
（2）研究小灯泡的电功率跟电压的关系，就要控制通过小灯泡的电流不变。为此，我们可以把2只不同的小灯泡按图3-82所示方
式串联在电路上，从而控制通过它们的电流
相等，用电压表分别测量小灯泡两端的电压。
通过观察小灯泡的亮度来判断小灯泡电功率大小，看看电功率大小跟电压有什么关系。
4、进行实验，收集证据：请按照上面设计的方案进行实验，并把收集到的数据和观察到的现象分别记录在表3
-7和表3-8中。
5、分析与论证：小灯泡的电功率大小跟小灯泡两端的电压、通过小灯泡的电流有关。在电压相等的情况下，通过小灯泡的电流越大，小灯泡的电功率越大；在电流
相等的情况下，小灯泡两端的电压越高，小灯泡的电功率越大。
二、电功率和电功的计算
1、几个基本公式
（1）欧姆定律：I＝。
（2）电功公式：W＝UIt＝Pt
纯电阻电路计算：W＝I2Rt＝。
（3）电功率公式：P＝UI＝
纯电阻电路计算：P＝I2R＝。
2、电路特点
（1）串联电路的特点：
①电流关系：I总＝I1＝I2
②电压关系：U总＝U1＋U2
③电阻关系：R总＝R1＋R2。
④电功关系：W总＝W1＋W2
⑤电功率关系：P总＝P1＋P2
（2）并联电路的特点：
①电流关系：I总＝I1＋I2
②电压关系：U总＝U1＝U2
③电阻关系：R总＝。
④电功关系：W总＝W1＋W2
⑤电功率关系：P总＝P1＋P2
【例1】标有“PZ110?100”的灯L1和“PZ110?40”的灯L2，将两灯分别按如图甲、乙所示接入220V的电路中，则（
C
）
A.
两电路中，L1、L2均不能正常发光
B.
两电路中，L1、L2均能正常发光，甲电路消耗的总功率小
C.
两电路中，L1、L2均能正常发光，乙电路消耗的总功率小
D.
甲电路中，L1、L2均能正常发光；乙电路中，L1、L2均不能正常发光
1、某电热壶铭牌上标有“220V
1000W”字样，当其正常工作时，把质量为2kg、温度为30℃的水加热到80℃，
用时10min
[c水=4.2×103J/(kg·℃)]。加热过程中，水吸收的热量是
J，电热壶烧水的效率是
。
【答案】4.2×105
70%
2、清华大学的虞昊教授致力于第三代照明技术
LED灯的普及工作。LED灯的能耗小，
造价低廉，
使用寿命长。虞昊自制的LED台灯，
用电压为6V的电源供电，
正常工作电流为300mA。那么，
此LED台灯正常工作时的功率为（
A
）
A.
1.8W
B.
18W
C.
180W
D.
1800W
【例2】有两个电路元件A和B，流过元件的电流与其两端电压的关系如图甲所示。把它们串联在电路中，如图乙所示。闭合开关S，这时电流表的示数为0.4A，则电源电压和电路消耗的总功率分别是（
A
）
A.
4.5V
1.8W
B.
2.5V
1.0W
C.
4.5V
1.0W
D.
2.0V
0.8W
1、(2019·深圳)甲图是小灯泡L
和电阻R
的
I
?
U
图象。将小灯泡
L
和电阻
R
接入乙图所示电路中，只闭合开关S1时，小灯泡L
的实际功率为1W。下列说法错误的是（
D
）
A．只闭合开关S1
时，小灯泡L
的电阻为4?
B．再闭合开关S2
时，电流表示数增加0.2A
C．再闭合开关S2
时，电路总功率为1.4W
D．再闭合开关S2
后，在1min
内电阻R
产生的热量为240J
2、在图甲所示的电路中，闭合开关S后，电压表的示数为2V，两个电流表的指针均指在图乙所示的同一位置。则电灯L1中的电流I1=
A，L1的电阻R1=
Ω，电路的总电阻R=
Ω，电灯L消耗的电功率P1与L2消耗的电功率P2之比为
。
【答案】0.2
10
2
1:4
1、有两只分别标有”6V
3W“和”9V
3W“的小灯泡L1、L2，不考虑温度对灯丝电阻的影响，下列说法正确的是（
D
）
A．L1和L2正常工作时的电流一样大
B．L1和L2串联在一起同时使用时，两灯一样亮
C．L1和L2并联在一起同时使用时，两灯消耗的功率一样大
D．将L1串联在一个12Ω的电阻，接在电源电压为12V的电路中，L1也能正常发光
2、如甲图所示的电路中，电源电压为16V恒定不变，R0为定值电阻，R为滑动变阻器，闭合开关S后，在滑片P滑动的过程中，电压表与电流表示数的变化关系如图乙所示，根据图象信息可知，下列判断正确的是（　ABD　）
A．R0的阻值是10
B．电路的最大总功率是25.6W
C．R0的最小功率是3.2W
D．滑动变阻器的最大阻值是70
3、如图所示的电路中，电源电压恒为3V，灯泡L的电阻为10Ω且保持不变。闭合开关S后，滑片P由b端向a端滑动的过程中，下列判断正确的是（
D
）
A．灯泡L亮度变暗
B．电压表示数变大，电流表示数变小
C．电压表与电流表示数的比值变小
D．灯泡L的最大功率为0.9W
4、如图所示，电源电压恒为15V，定值电阻R的阻值为20Ω，闭合开关后，使变阻器的阻值减小5Ω，电流表示数变化了0.1A，则下列说法正确的是（
D
）
A.
电流表示数减小了0.1A
B.
电压表示数减小了0.5V
C.
定值电阻的电功率增大了0.2W
D.
电路总功率增大了1.5W
5、如图所示，闭合开关，将滑动变阻器的滑片向上滑动时，观察到的现象是（
C）
A．灯泡变暗，电压表示数变大
B．灯泡变亮，电压表示数不变
C．电路消耗的总功率变小，电压表示数不变
D．电路消耗的总功率变大，电压表示数变大
6、如图所示，导体A、B是由同种材料做成的，A和B等长，但A比B的横截面积大。当S闭合后，在相同时间内，下列叙述中，正确的是（
B
）
A.
电流通过A、B所做的功：WA>WB
B.
电流通过A、B所做的功：WAC.
电流通过A、B所做的功：WA=WB
D.
无法比较电流通过A、B时做功的大小
7、有两盏普通照明灯泡，甲灯标有“PZ220—40”，乙灯标有“PZ220—100”，关于甲、乙两盏灯，下列说法正确的是（
D
）
A．甲灯的实际功率一定是40W
B．将乙灯接入110V电路中，它的实际功率为50W
C．两灯均正常发光时，乙灯消耗的电能较多
D．两灯均正常发光时，乙灯一定比甲灯亮
8、如图是检测酒精浓度的测试仪原理图，图中电源电压恒定为8V，R1为定值电阻，酒精气体传感器R2的阻值随酒精气体浓度的增大而减小。当酒精浓度为0时，R2＝60Ω，此时电压表示数为2V。以下说法错误的是（
C
）
A．若酒精气体浓度越大，电压表和电流表示数都越大
B．定值电阻R1的阻值为20Ω
C．酒精浓度为0时，电路消耗的总功率为0.6W
D．若电流表示数达到0.2A时，表示酒驾，此时R2消耗的电功率为0.8W
9、两个额定电压相同的小灯泡，串联起来接到电源上，亮度不同。对两个灯泡的额定功率比较大小时，做以下分析，其中最合理的顺序是（
D
）
①从关系式P＝I2R可以知道
②比较亮的灯泡的电阻较大
③在相同电压下工作时，灯泡的电功率和它的电阻成反比
④从关系式P＝U2/R可以知道
⑤串联时流过两个灯泡的电流相同
⑥所以，串联时较暗的那个灯泡的额定功率较大
A．②①③④⑤⑥
B．⑥②①③④⑤
C．①③④②⑥⑤
D．⑤①②④③⑥
10、如图所示的电路中，电源电压恒为3V，灯泡L的电阻为10Ω且保持不变。闭合开关S后，滑片P由b端向a端滑动的过程中，下列判断正确的是（
D
）
A．灯泡L亮度变暗
B．电压表示数变大，电流表示数变小
C．电压表与电流表示数的比值变小
D．灯泡L的最大功率为0.9W
11、USB电热水杯垫是一种新型时尚的产品，由于其设计精美、外观新颖、使用方便而备受办公室人员的青睐(如图所示)。使用时把它接在电脑的USB电源上，打开加热开关，常温下可将咖啡、茶、牛奶等饮料保持45～60℃温度。电脑上的USB为它提供5V电压，加热时工作电流为500mA，则此时它的功率为
W，工作10min消耗的电能为
J；若把它接在另一个电源上，它的功率变成1.6W，则该电源的电压为
V。
【答案】2.5
1500
4
12、（2018江苏省盐城市）在综合实践活动中，小明设计了一种电热饮水机电路，如图甲所示，R1和R2均为电热丝，S2是自动控制开关，可实现“低挡”、“高挡”之间的转换，饮水机工作时功率随时间的关系图像如图乙所示。求：
（1）30min内电路消耗的总电能；
（2）饮水机工作时，通过电阻R1的电流；
（3）电阻R2的阻值。
【答案】（1）W1=P1t1=660W×10×60s=3.96×105J；
W2=P2t2=220W×20×60s=2.64×105J；
W=W1+W2=3.96×105J+2.64×105J=6.6×105J;
（2）I=P/U＝220W/220V=1A；
（3）P2=P高-P低=440
W；P=U2/R=(220V)2/440
W=110Ω.

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