所属成套资源:2026年高考物理一轮讲义+练习(黑吉辽蒙专用)(学生版+解析)(第2部分)
2026年高考物理一轮讲义+练习(黑吉辽蒙专用)第58讲光学实验(复习讲义)(学生版+解析)
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\l "_Tc23725" \l "_Tc17176" 01考情解码 \l "_Tc7022" ·命题预警 PAGEREF _Tc23725 \h 2
\l "_Tc10521" 02 \l "_Tc7022" 体系构建·思维可视 PAGEREF _Tc10521 \h 3
\l "_Tc30796" 03 \l "_Tc306" 核心突破·靶向攻坚 PAGEREF _Tc30796 \h 4
\l "_Tc20417" 考点一 实验:测量玻璃的折射率 PAGEREF _Tc20417 \h 4
\l "_Tc4839" 知识点1 实验:测量玻璃的折射率 PAGEREF _Tc4839 \h 4
\l "_Tc25302" 考向1 教材原型实验 PAGEREF _Tc25302 \h 6
\l "_Tc1301" 考向2 扩展创新实验 PAGEREF _Tc1301 \h 10
\l "_Tc3495" 考点二 实验:用双缝干涉测量光的波长 PAGEREF _Tc3495 \h 12
\l "_Tc30128" 知识点1 实验:用双缝干涉测量光的波长 PAGEREF _Tc30128 \h 12
\l "_Tc2374" 考向1 教材原型实验 PAGEREF _Tc2374 \h 14
\l "_Tc14496" 考向2 探索创新实验 PAGEREF _Tc14496 \h 17
\l "_Tc17584" 04 \l "_Tc7022" 真题溯源·考向感知 PAGEREF _Tc17584 \h 19
考点一 实验:测量玻璃的折射率
\l "_Tc25045" 知识点1 实验:测量玻璃的折射率
1.实验原理
如图所示,当光线AO以一定的入射角θ1穿过一块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,从而画出光从空气射入玻璃后的折射光线OO',求出折射角θ2,再根据n=sin θ1sin θ2或n=PNQN'计算出玻璃的折射率。
2.实验器材
木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、直尺(刻度尺)、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MM'。
(3)画出线段AO作为入射光线,并在AO上插上P1、P2两个大头针。
(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被P2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P1、P2的像和P3。
(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'得到线段OO'。
(7)用量角器测量入射角θ1和折射角θ2,并查出其正弦值sin θ1和sin θ2。
(8)改变入射角,重复实验。
4.数据分析
(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sin θ1和sin θ2。算出不同入射角时的n=sin θ1sin θ2,并取平均值。
(2)图像法
改变入射角θ1,测出对应的折射角θ2,作sin θ1-sin θ2的图像,由n=sin θ1sin θ2可知图像应是过原点的直线,如图所示,其斜率为折射率。
(3)“单位圆”法
以入射点O为圆心,以一定的长度R为半径画圆,如图所示,sin θ1=EHOE,sin θ2=E'H'OE',OE=OE'=R,则n=sin θ1sin θ2=EHE'H'。只要用刻度尺量出EH、E'H'的长度就可以求出n。
5.误差分析
本实验误差主要来源于确定入射光线、出射光线时的准确性以及入射角和折射角的测量造成的偶然误差。
6.注意事项
(1)实验时,应尽可能将大头针竖直插在纸上,且P1和P2之间、P3和P4之间、P2与O之间、P3与O'之间距离要稍大一些。
(2)入射角θ1不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°)。
(3)操作时手不能触摸玻璃砖的光洁光学面,也不能把玻璃砖界面当尺子画界线。
(4)实验过程中,玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。
(5)玻璃砖应选用宽度较大的,宜在5 cm以上,若宽度太小,则测量误差较大。
\l "_Tc17630" 考向1 教材原型实验
例1 (2025·黑龙江大庆·模拟预测)“测定玻璃的折射率”的实验中,在白纸上放好玻璃砖,和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和,用“×”表示大头针的位置,然后在另一侧透过玻璃砖观察,并依次插上大头针和。
(1)在插和时,应使________。
A.只挡住的像
B.只挡住的像
C.同时挡住、的像
(2)为取得较好的实验效果,下列操作正确的是________。
A.选择的入射角应尽量小些
B.选用粗的大头针完成实验
C.大头针和及和之间的距离适当大些
(3)分别用一束红光和一束绿光从同一点入射到空气与玻璃的分界面。保持相同的入射角,根据实验结果作出光路图如图所示。由此可知,此玻璃砖中 (选填“红光”或“绿光”)折射率大。
【单位圆法】【变式训练1·变考法】(2025·黑龙江哈尔滨·模拟预测)测量玻璃的折射率的实验中
(1)如图甲所示,某同学用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折射率,先将白纸平铺在木板上并用图钉固定,再在白纸上确定玻璃砖的界面,然后把玻璃砖平放在白纸上,确定玻璃砖的界面。为直线与的交点。在直线上竖直地插上两枚大头针,该同学接下来完成的必要步骤有_____。
A.插上大头针,使挡住的像
B.插上大头针,使挡住和的像
C.插上大头针,使仅挡住
D.插上大头针,使挡住和的像
(2)如图乙所示,以点为圆心、为半径画圆,与折射光线的交点为,过点向界面作垂线,交点为与的延长线的交点为。以点为圆心、(设为)为半径画另一圆。则玻璃的折射率 (用、表示)。
(3)现有折射率为的玻璃砖且上、下表面不平行,玻璃砖截面如图丙所示。若用激光从上表面入射,当入射角从0逐渐增大到时,玻璃砖下表面的出射光线恰好消失,则此玻璃砖上、下表面的夹角 。
【图像法】【变式训练2·变考法】(2023·黑龙江哈尔滨·模拟预测)如图所示,某实验小组的同学在“测量玻璃的折射率”实验中,先将白纸平铺在木板上并用图钉固定,将玻璃砖平放在白纸上,然后在白纸上确定玻璃砖的界面和。O为直线AO与的交点。在直线AO上竖直地插上、两枚大头针。
(1)选出实验接下来要完成的必要步骤并按顺序填写选项前的序号 。
A.在玻璃砖另一侧插上大头针,使仅挡住的像
B.在玻璃砖另一侧插上大头针,使挡住的像和的像
C.在玻璃砖另一侧插上大头针,使仅挡住
D.在玻璃砖另一侧插上大头针,使挡住、的像和的像
(2)过、作直线交于,连接。完成以上步骤后,实验小组内的同学采用不同的方式测量玻璃的折射率:
①甲同学过O作直线垂直于。多次改变入射角,测出对应的折射角,建立平面直角坐标系,作图像如图2所示,若图像的斜率表示玻璃的折射率,则图像的y轴、x轴表示的物理量依次为 。
A.、 B.、 C.、 D.、
②乙同学如图3所示,以O为圆心作圆,与入射光线AO、折射光线分别交于E、F点,再过E、F点作的垂线,垂足分别为G、H点,用刻度尺测得,,则该玻璃砖的折射率数值为 (计算结果保留三位有效数字)。
(3)一位同学在某次实验中,准确地画好玻璃砖的界面和后,不慎将玻璃砖向下平移了一些,如图4所示,而实验的其他操作均正确,则折射率的测量值 准确值(选填“大于”、“小于”或“等于”)。
\l "_Tc17630" 考向2 扩展创新实验
例1 (2025·浙江绍兴·二模)如图所示,某同学用“尺瞄法”测定三棱镜玻璃的折射率,他在纸上画出三棱镜界面AB和AC,画一条与AB斜交的直线DO1,眼睛对着AC用直尺M瞄准它的像,沿直尺画出O2E。连接O1O2并延长,用圆规截取等长线段O1L和O1P,过L、P两点分别作法线NN'的垂线LK和PQ。
(1)三棱镜折射率为 (用图中线段表示)。
(2)下列哪一项操作可以减小实验误差( )
A.O1点离角A更近一些
B.O1L和O1P截取更长一些
C.用更短的直尺来瞄准直线
【变式训练1】(2024·黑龙江·模拟预测)某同学设计了一种测量半圆柱玻璃砖折射率的方法,该同学的主要操作步骤如下:
①如图所示,在白纸上画出两条相互垂直的线段ab和cd,交点标记为O点;将玻璃砖的圆心与O点重合,直径与ab重合;
②沿aO射入一束激光;
③以圆心O为轴,沿逆时针方向缓慢转动玻璃砖,观察从玻璃砖折射出的光线。
(1)若将玻璃砖从图示位置沿逆时针方向转过角,可能观察到的实验现象有______。(填正确答案标号)
A.折射光线在ab上方B.折射光线在ab下方
C.折射光线与ab重合D.无折射光线
(2)若将玻璃砖从图示位置沿逆时针方向转过α1角时,折射光线恰好出现;从图示位置沿逆时针方向转过α2角,折射光线恰好消失,已知。根据以上信息,可得出折射率n=______。(填正确答案标号)
A.B.
C.D.
(3)实验中,当折射角大于85°时,折射光线已十分微弱,不可观测,则通过(2)中表达式测得的折射率相对真实值 (填“偏大”“偏小”或“不变”)。
考点二 实验:用双缝干涉测量光的波长
\l "_Tc25045" 知识点1 实验:用双缝干涉测量光的波长
1.实验原理
单色光通过单缝后,经双缝产生稳定的干涉图样,图样中单色光波长λ与双缝间距d、双缝到屏的距离l、相邻两条亮(暗)条纹间距Δx之间满足λ=dlΔx。
2.实验步骤
(1)观察双缝干涉图样
①将光源、遮光筒、毛玻璃依次安放在光具座上,如图所示。
②接好光源,打开开关,使灯丝正常发光。
③调节各器件的高度和角度,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5~10 cm。
⑤在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹。
(2)测量单色光的波长
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心,记下此时手轮上的读数a1,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第n条亮条纹的中心,记下此时手轮上的读数an。
③用刻度尺测量双缝与光屏间距离l(d是已知的)。
④改变双缝间的距离d,双缝到光屏的距离l,重复测量。
3.数据分析
(1)条纹间距Δx=an−a1n−1。
(2)波长λ=dlΔx。
(3)计算多组数据,求λ的平均值。
4.误差分析
(1)误差来源
由于光波的波长很短,双缝到光屏的距离l和条纹间距Δx的测量是否准确对波长的测量影响很大,是本实验误差的主要来源。
(2)减小误差的方法
①l的测量:使用毫米刻度尺测量,可多测几次求平均值。
②Δx的测量:使用测量头测量,测出n条亮条纹间的距离a,则Δx=an−1,同样可以多测几次求平均值,进一步减小实验误差。
5.注意事项
(1)安装时,注意使光源、透镜、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上,并使单缝、双缝平行且间距适当。
(2)光源灯丝最好为线状灯丝,并与单缝平行且靠近。
(3)调节的基本依据:照在光屏上的光很弱,主要原因是灯丝与单缝、双缝,测量头与遮光筒不共轴;干涉条纹不清晰,一般原因是单缝与双缝不平行。
得分速记
如图甲所示,测量头通常有两种,但都由分划板、目镜、手轮等构成,转动手轮,分划板会左右移动。测量时,应使分划板的中心刻线与亮条纹的中心对齐,如图乙,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。实际测量时,要测出n个亮条纹间的距离a,再求出相邻两条亮条纹间的距离Δx=eq \f(a,n-1)。
\l "_Tc17630" 考向1 教材原型实验
例1 (24-25高三上·内蒙古呼和浩特·开学考试)某同学利用如图所示装置测量某种单色光的波长。若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,测得第1条暗条纹中心到第n条暗条纹中心之间的距离为,下列说法正确的是( )
A.中央亮纹最亮最宽
B.测得单色光的波长
C.将单缝向双缝靠近,干涉条纹宽度变宽
D.将屏向远离双缝的方向移动,可以减少从目镜中观察到的条纹个数
【变式训练1】(2023·黑龙江哈尔滨·一模)利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时,接通电源使光源正常发光;调整光路,使得从目镜中可以观察到干涉条纹。
(1)实验前打开光源,调节光源的高度和角度,使它发出的光束沿着遮光筒的轴线把屏照亮;然后光具座上先放置b 和c ,再放置a (选填“双缝”“单缝”“滤光片”),就可以观察到单色光的双缝干涉图样。
(2)实验中已知双缝间的距离d=0.3 mm,双缝到光屏的距离L=1.2 m,某种单色光照射双缝时,用测量头测量条纹间的宽度:先将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐,将该亮纹定为第1条亮纹,此时手轮上的示数如图甲所示为 mm;然后同方向转动测量头,使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐,此时手轮上的示数如图乙所示为 mm,则这种单色光的波长为 m(结果保留两位有效数字)。
(3)上述实验中,若仅将红色滤光片更换为蓝色滤光片,则相邻亮纹中心间距 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
【变式训练2】(2025·辽宁·二模)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中,实验装置如图甲所示。
(1)手轮上示数如图乙则此读数为 mm。
(2)下列说法正确的是_____(填标号)
A.实验中必须用拨杆来调整单缝和双缝,使单缝和双缝相互平行
B.实验中还需测出单缝到光屏的距离
C.将单缝向双缝移动一小段距离后,其他条件不变,干涉条纹间距变大
D.若将红色滤光片换成绿色滤光片,则相邻两亮条纹中心的距离将减小
(3)某次测量时,选用的双缝的间距为0.300 mm,测得屏与双缝间的距离为1.20 m,第1条暗条纹中心到第4条暗条纹中心之间的距离为7.560 mm。则所测单色光的波长为 nm(结果保留三位有效数字)。
(4)若某同学通过目镜,看到如图丙的情形。由于条纹清晰,他没有再进一步进行调节,而是直接进行测量,并根据公式算出波长,则测量得到的波长和准确值相比是 (选填“偏大”或“偏小”还是“不变”)。
\l "_Tc17630" 考向2 探索创新实验
例1 (多选)(2024·山东枣庄·三模)1801年,托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质。1834年,洛埃用平面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验)。洛埃镜实验的基本装置如图所示,S为单色线光源,M为一平面镜。S发出的光直接照到光屏上,同时S发出的光还通过平面镜反射到光屏上,这两束光在光屏上叠加发生干涉形成明屏暗相间条纹。事实证明光从光疏介质射向光密介质时,反射光会产生π大小的相位突变,即发生所谓半波损失。设光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为d和L,单色光的波长为λ,下列说法正确的是( )
A.在整个光屏上都会呈现明暗相间的干涉条纹
B.若将平面镜向左平移,则光屏上相邻明条纹中心间距离将增大
C.若将光屏向左平移到平面镜右端B处,光屏上与B接触处出现暗条纹
D.在光屏上相邻明条纹中心或相邻暗条纹中心间的距离为
【变式训练1】(2025·辽宁沈阳·模拟预测)洛埃镜实验是利用平面镜研究光波的性质。某次实验时,小南用光电传感器代替光屏,测量单色光的波长,其原理如图甲所示,单色光从单缝S射出,一部分直接投射到传感器上,另一部分入射到平面镜后反射到传感器上。传感器沿矩形的长边(图中竖直方向)
均匀分布着许多光敏单元,各个光敏单元得到的光照信息经计算机处理后,在显示器得到各点的光照强度,形象地展示亮条纹的分布,得到干涉图像的条纹间距。图乙中a曲线是小南得到的干涉图像。
(1)由图甲可知单缝S到传感器的距离为 cm;
(2)单缝S到平面镜的距离,则单色光的波长为 nm(保留3位有效数字);
(3)若只把光源换成频率更大的单色光,则新的光强分布是图乙中的 (填“b”或“c”)曲线。
1.(2024·浙江·高考真题)如图所示,用“插针法”测量一等腰三角形玻璃砖(侧面分别记为A和 B、顶角大小为)的折射率。
①在白纸上画一条直线ab,并画出其垂线cd,交于O点;
②将侧面A沿ab放置,并确定侧面B的位置ef
③在cd上竖直插上大头针P1和P2,从侧面B透过玻璃砖观察P1和P2,插上大头针P3,要求P3能挡住 (选填“P1”、“P2”或“P1和P2”)的虚像;
④确定出射光线的位置 (选填“需要”或“不需要”第四枚大头针;
⑤撤去玻璃砖和大头针,测得出射光线与直线ef的夹角为α,则玻璃砖折射率 n= 。
3.(2024·安徽·高考真题)某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探究实验.
(1)为测量玻璃的折射率,按如图所示进行实验,以下表述正确的一项是________。(填正确答案标号)
A.用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和
B.在玻璃砖一侧插上大头针、,眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针,使把挡住,这样就可以确定入射光线和入射点。在眼睛这一侧,插上大头针,使它把、都挡住,再插上大头针,使它把、、都挡住,这样就可以确定出射光线和出射点
C.实验时入射角应尽量小一些,以减小实验误差
(2)为探究介质折射率与光的频率的关系,分别用一束红光和一束绿光从同一点入射到空气与玻璃的分界面.保持相同的入射角,根据实验结果作出光路图,并标记红光和绿光,如图乙所示.此实验初步表明:对于同一种介质,折射率与光的频率有关.频率大,折射率 (填“大”或“小”)
(3)为探究折射率与介质材料的关系,用同一束微光分别入射玻璃砖和某透明介质,如图丙、丁所示。保持相同的入射角,测得折射角分别为、,则玻璃和该介质的折射率大小关系为n玻璃 n介质(填“”或“”)。此实验初步表明:对于一定频率的光,折射率与介质材料有关。
4.(2024·湖北·高考真题)某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率,具体步骤如下:
①平铺白纸,用铅笔画两条互相垂直的直线和,交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴,并使其圆心位于O点,画出玻璃砖的半圆弧轮廓线,如图(a)所示。
②将一细激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃砖,记录折射光线与半圆弧的交点M。
③拿走玻璃砖,标记CO光线与半圆弧的交点P。
④分别过M、P作BB'的垂线、,、是垂足,并用米尺分别测量、的长度x和y。
⑤改变入射角,重复步骤②③④,得到多组x和y的数据。根据这些数据作出图像,如图(b)所示。
(1)关于该实验,下列说法正确的是_____(单选,填标号)。
A.入射角越小,误差越小
B.激光的平行度好,比用插针法测量更有利于减小误差
C.选择圆心O点作为入射点,是因为此处的折射现象最明显
(2)根据图像,可得玻璃砖的折射率为 (保留三位有效数字)。
(3)若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径,则折射率的测量结果 (填“偏大”“偏小”或“不变”)。
5.(2023·广东·高考真题)某同学用激光笔和透明长方体玻璃砖测量玻璃的折射率,实验过程如下:
(1)将玻璃砖平放在水平桌面上的白纸上,用大头针在白纸上标记玻璃砖的边界
(2)①激光笔发出的激光从玻璃砖上的点水平入射,到达面上的点后反射到点射出.用大头针在白纸上标记点、点和激光笔出光孔的位置
②移走玻璃砖,在白纸上描绘玻璃砖的边界和激光的光路,作连线的延长线与面的边界交于点,如图(a)所示
③用刻度尺测量和的长度和.的示数如图(b)所示,为 。测得为
(3)利用所测量的物理量,写出玻璃砖折射率的表达式 ;由测得的数据可得折射率为 (结果保留3位有效数字)
(4)相对误差的计算式为。为了减小测量的相对误差,实验中激光在点入射时应尽量使入射角 。
7.(2025·北京·高考真题)(1)下列实验操作,正确的是________(填选项前的字母)。
A.用单摆测重力加速度时,在最高点释放摆球并同时开始计时
B.探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系时,使用多用电表的交流电压挡测电压
C.用多用电表测电阻前应先把两表笔短接,调整欧姆调零旋钮使指针指向欧姆零点
(2)用双缝干涉实验测量光的波长的实验装置如图1所示。
①双缝应该放置在图1中 处(填“A”或“B”)。
②分划板中心刻线与某亮纹中心对齐时,手轮上的示数如图2所示,读数为 。
(3)某电流表出现故障,其内部电路如图3所示。用多用电表的欧姆挡检测故障,两表笔接时表头指针不偏转,接和时表头指针都偏转。出现故障的原因是________(填选项前的字母)。
A.表头断路B.电阻断路C.电阻断路
8.(2018·浙江·高考真题)(1)细丝和单缝有相似的衍射图样,在相同条件下,小明用激光束分别垂直照射两种不同直径的细丝I和细丝II,在光屏上形成的衍射图样如图中a和b所示,已知细丝I的直径为0.605mm,现用螺旋测微器测量细丝II的直径,如图所示,细丝II的直径为 mm;图中的 (填“a”或“b”)是细丝II的衍射图样;
(2)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”会“不能”)观察到干涉条纹。
常考考点
真题举例
实验:测量玻璃的折射率
————————
实验:用双缝干涉实验测量光的波长
————————
考情分析:
实验:测量玻璃的折射率在高考物理考查的次数较低,主要出现在实验题和选择题中,常结合几何关系和折射定律综合考查。实验:用双缝干涉实验测量光的波长在高考物理的考查频次较低,主要出现在选择题、实验题中,电磁波,光的干涉,光的衍射等知识综合考查。
2.从命题思路上看,考查方向为
基本知识考查:折射定律,测量玻璃的折射率的操作,杨氏双缝干涉实验的实验操作,光的波长的计算,亮条纹间距的测量;
常见模型考查:长方形玻璃砖,三角形玻璃砖,圆形玻璃砖,实验:用双缝干涉实验测量光的波长;
3.从命题思路上看,试题情景为
学习探究类:激光测量液体的折射率,单缝+平面镜实验。
复习目标:
目标一:掌握测定折射率的原理及方法。
目标二:能用插针法测定玻璃的折射。
目标三:掌握由Δx=eq \f(l,d)λ测光的波长的原理,并能测单色光波长。
目标四:观察单色光的双缝干涉图样,掌握测量头测量条纹间距的方法。
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