了得網自然科學_物理學與生活第8版修訂版力學熱力學電磁學光學核物理學近

●章物理學是基礎科學 1 1.1 能量是怎麼回事？ 2 1.1.1 關於全球變暖的爭論 2 1.1.2 能量是怎樣被卷入的？ 3 1.1.3 物理學和能量 3 1.2 科學事業 4 1.2.1 科學和彩虹 4 1.2.2 什麼是科學方法？ 5 1.2.3 應當如何介紹科學？ 6 1.2.4 可以討論的問題 6 1.3 物理學的範圍 7 1.3.1 如何定義物理學？ 8 1.3.2 物理學的主要分支有哪些？ 8 1.4 測量和數學在物理學中的作用 9 1.4.1 為什麼測量這麼重要？ 9 1.4.2 數學能幫什麼忙？ 10 1.4.3 為什麼使用公制單位？ 10 1.5 物理學和日常現像 11 1.5.1 為什麼要研究日常現像？ 11 小結 12 關鍵術語 13 概念題 13 練習題 14 綜合題 15 實驗與觀測 1 牛頓革命第2章運動的描述 18 2.1 平均速率和瞬時速率 19 2.1.1 平均速率的定義 19 2.1.2 速率的單位 19 2.1.3 瞬時速率 20 2.1.4 可以討論的問題 21 2.2 速度 22 2.2.1 速率和速度的區別 22 2.2.2 矢量 23 2.2.3 瞬時速度的定義 23 2.3 加速度 23 2.3.1 平均加速度的定義 24 2.3.2 瞬時加速度的定義 25 2.3.3 加速度的方向 25 2.3.4 汽車速率不變時能做加速運動嗎？ 25 2.4 運動的圖形表示 26 2.4.1 一幅圖形能告訴我們什麼？ 26 2.4.2 速度圖和加速度圖 27 2.4.3 能根據速度圖求走過的距離嗎？ 28 2.5 勻加速運動 29 2.5.1 勻加速運動中速度怎樣變化？ 30 2.5.2 走過的距離如何隨時間變化？ 30 小結 31 關鍵術語 32 概念題 32 練習題 34 綜合題 35 實驗與觀測 35 第3章落體運動和拋體運動 37 3.1 重力引起的加速度 38 3.1.1 如何測量重力加速度？ 38 3.1.2 伽利略關於落體運動的觀點與亞裡士多德的觀點有何不同？ 40 3.2 落體追蹤 40 3.2.1 速度如何隨時間變化？ 41 3.2.2 小球在不同時間裡下落多大的距離？ 41 3.2.3 下拋小球 42 3.3 向上拋球 44 3.3.1 小球的速度如何變化？ 44 3.3.2 小球能飛到多高？ 45 3.4 拋體運動 46 3.4.1 拋體的軌跡是什麼樣子？ 46 3.4.2 飛行時間由什麼決定？ 47 3.5 打靶 48 3.5.1 步槍射出的子彈會下落嗎？ 48 3.5.2 橄欖球的飛行 49 3.5.3 怎樣纔能達到優選的距離？ 49 小結 52 關鍵術語 52 概念題 52 練習題 54 綜合題 55 實驗與觀測 55 第4章牛頓運動定律：運動的解釋 57 4.1 歷史簡述 58 4.1.1 亞裡士多德關於運動的原因有何看法？ 58 4.1.2 伽利略怎樣挑戰亞裡士多德的看法？ 59 4.1.3 牛頓完成了什麼業績？ 59 4.2 牛頓運動定律和第二運動定律 60 4.2.1 什麼是牛頓運動定律？ 60 4.2.2 力和加速度有什麼關繫？ 61 4.2.3 力怎樣相加？ 62 4.3 質量和重量 64 4.3.1 如何對質量進行比較？ 64 4.3.2 如何定義重量？ 64 4.3.3 為何重力加速度與質量無關？ 65 4.4 牛頓第三運動定律 65 4.4.1 第三運動定律怎樣幫助我們定義力？ 65 4.4.2 怎樣用第三運動定律來認證力？ 66 4.4.3 騾子能夠加速一輛小車嗎？ 67 4.4.4 什麼力使汽車加速？ 67 4.5 牛頓定律的應用 69 4.5.1 推沙發時涉及哪些力？ 69 4.5.2 跳傘運動員不開傘時會持續加速嗎？ 69 4.5.3 小球扔出後發生了什麼事情？ 70 4.5.4 怎樣分析連接在一起的物體的運動？ 71 小結 72 關鍵術語 72 概念題 73 練習題 75 綜合題 75 實驗與觀測 76 第5章圓周運動、行星和引力 77 5.1 向心加速度 78 5.1.1 什麼是向心加速度？ 78 5.1.2 怎樣求速度的改變量?v？ 79 5.1.3 向心加速度的大小有多大？ 79 5.1.4 什麼力產生向心加速度？ 79 5.2 向心力 80 5.2.1 什麼力幫助汽車順利通過彎道？ 80 5.2.2 彎道修成內低外高會發生什麼？ 82 5.2.3 坐摩天輪時遇到哪些力？ 83 5.3 行星運動 84 5.3.1 早期的天球模型是什麼樣的？ 84 5.3.2 哥白尼與托勒密的模型有何區別？ 85 5.3.3 開普勒行星運動定律 86 5.4 牛頓萬有引力定律 88 5.4.1 牛頓有什麼驚人發現？ 88 5.4.2 什麼是牛頓萬有引力定律？ 88 5.4.3 重量與引力定律怎樣關聯？ 89 5.5 月球和其他衛星 90 5.5.1 如何解釋月相？ 90 5.5.2 月球服從開普勒定律嗎？ 91 5.5.3 人造衛星的軌道 91 5.5.4 可以爭論的問題 92 小結 93 關鍵術語 94 概念題 94 練習題 96 綜合題 96 實驗與觀測 97 第6章能量和振動 98 6.1 簡單機械、功和功率 99 6.1.1 什麼是簡單機械？ 99 6.1.2 怎樣定義功？ 100 6.1.3 任何力都做功嗎？ 100 6.1.4 功和功率有什麼關繫？ 101 6.2 動能 101 6.2.1 如何定義動能？ 101 6.2.2 什麼是負功？ 102 6.2.3 汽車的停車距離 102 6.3 勢能 103 6.3.1 什麼是重力勢能？ 103 6.3.2 勢能的實質是什麼？ 103 6.3.3 什麼是彈性勢能？ 104 6.3.4 什麼是保守力？ 105 6.4 能量守恆 105 6.4.1 擺在擺動時的能量如何變化？ 105 6.4.2 能量守恆是什麼意思？ 105 6.4.3 為什麼使用能量的概念？ 106 6.4.4 能量分析為何像計賬似的？ 107 6.4.5 可以爭論的問題 108 6.5 彈簧和簡諧運動 110 6.5.1 拴在彈簧上的質塊的振動 110 6.5.2 什麼是周期和頻率？ 111 6.5.3 任何回復力都產生簡諧運動嗎？ 111 小結 112 關鍵術語 113 概念題 113 練習題 115 綜合題 116 實驗與觀測 117 第7章動量和衝量 118 7.1 動量和衝量 119 7.1.1 小球彈跳時發生了什麼？ 119 7.1.2 怎樣分析如此快速的變化？ 119 7.1.3 什麼是衝量和動量？ 120 7.1.4 如何應用衝量-動量原理？ 120 7.2 動量守恆 122 7.2.1 動量為何及何時守恆？ 123 7.2.2 動量守恆和踫撞 123 7.3 反衝 124 7.3.1 什麼是反衝？ 124 7.3.2 獵槍的反衝 125 7.3.3 火箭怎樣工作？ 125 7.4 彈性踫撞和非彈性踫撞 126 7.4.1 什麼是完全非彈性踫撞？ 126 7.4.2 踫撞中能量守恆嗎？ 126 7.4.3 臺球彈跳時發生了什麼？ 127 7.5 互成某個角度的踫撞 128 7.5.1 二維非彈性踫撞 128 7.5.2 二維彈性踫撞 130 7.5.3 可以討論的問題 131 小結 131 關鍵術語 132 概念題 132 練習題 134 綜合題 135 實驗與觀測 135 第8章固體的轉動 136 8.1 什麼是轉動？ 137 8.1.1 角位移和角速度 137 8.1.2 什麼是角加速度？ 138 8.1.3 恆定角加速度 138 8.1.4 線速度和角速度有什麼關繫？ 139 8.2 轉矩和杆秤 139 8.2.1 杆秤何時平衡？ 139 8.2.2 什麼是轉矩？ 140 8.2.3 多個轉矩如何相加？ 141 8.2.4 什麼是重心？ 141 8.3 轉動慣量和牛頓第二運動定律 142 8.3.1 什麼是轉動慣量？ 142 8.3.2 適用於轉動的牛頓第二運動定律 143 8.3.3 求旋轉木馬的轉動慣量 144 8.4 角動量守恆 145 8.4.1 什麼是角動量？ 145 8.4.2 角動量何時守恆？ 145 8.4.3 滑冰運動員自轉速率的變化 146 8.4.4 開普勒第二定律 147 8.5 騎自行車和其他驚人的絕技 148 8.5.1 角動量是矢量嗎？ 148 8.5.2 角動量和自行車 149 8.5.3 轉椅和陀螺 150 小結 152 關鍵術語 153 概念題 153 練習題 154 綜合題 156 實驗與觀測 156 流體的行為和熱學第9章流體的行為 160 9.1 壓強和帕斯卡原理 161 9.1.1 如何定義壓強？ 161 9.1.2 什麼是帕斯卡原理？ 162 9.1.3 水壓機如何工作？ 162 9.2 氣壓和氣體的行為 163 9.2.1 怎樣測量氣壓？ 163 9.2.2 氣壓如何變化？ 164 9.2.3 空氣柱的重量 165 9.2.4 氣體的體積如何隨壓強改變？ 166 9.3 阿基米德原理 168 9.3.1 什麼是阿基米德原理？ 168 9.3.2 浮力來源於什麼？ 168 9.3.3 有哪些力作用在浮體上？ 169 9.3.4 為何鋼船會浮在水面上？ 170 9.3.5 氣球何時上浮？ 170 9.4 運動的流體 171 9.4.1 為什麼流速會變？ 171 9.4.2 黏性如何影響流動？ 172 9.4.3 層流和湍流 173 9.5 伯努利原理 174 9.5.1 什麼是伯努利原理？ 174 9.5.2 管道和軟管中各處的壓力如何變化？ 174 9.5.3 氣流和伯努利原理 175 9.5.4 商店門前的廣告球為何會懸在空中？ 175 小結 177 關鍵術語 178 概念題 178 練習題 179 綜合題 179 實驗與觀測 180 0章溫度和熱量 181 10.1 溫度及其測量 182 10.1.1 怎樣測量溫度？ 182 10.1.2 溫標的發展 183 10.1.3 存在熱力學零度嗎？ 184 10.2 熱量和比熱 185 10.2.1 什麼是比熱？ 185 10.2.2 熱量和溫度有何區別？ 186 10.2.3 熱量怎樣參與熔化或凝固過程？ 186 10.3 焦耳實驗和熱力學定律 189 10.3.1 焦耳實驗表明了什麼？ 189 10.3.2 熱力學定律 190 10.3.3 什麼是內能？ 190 10.3.4 計算食物的熱量 191 10.4 氣體的行為與熱力學定律 192 10.4.1 壓縮氣體時發生了什麼事？ 192 10.4.2 內能與溫度有什麼關繫？ 192 10.4.3 怎樣保持氣體的溫度不變？ 193 10.4.4 熱氣球中的氣體發生了什麼？ 193 10.5 熱流 194 10.5.1 熱傳導產生的熱流 194 10.5.2 什麼是對流？ 195 10.5.3 什麼是輻射？輻射怎樣傳遞能量？ 196 小結 198 關鍵術語 199 概念題 199 練習題 200 綜合題 200 實驗與觀測 201 1章熱機和熱力學第二定律 202 11.1 熱機 203 11.1.1 熱機是干什麼的？ 203 11.1.2 熱機的效率 203 11.1.3 熱力學定律關於熱機告訴了我們什麼？ 204 11.2 熱力學第二定律 206 11.2.1 什麼是卡諾機？ 206 11.2.2 卡諾循環包含哪幾步？ 207 11.2.3 卡諾機的效率是多少？ 207 11.2.4 熱力學第二定律 208 11.3 制冷機、熱泵和熵 209 11.3.1 制冷機和熱泵是干什麼的？ 209 11.3.2 熱力學第二定律的克勞修斯表述 210 11.3.3 什麼是熵？ 211 11.4 熱電廠和能源 212 11.4.1 熱電廠是如何工作的？ 212 11.4.2 化石燃料的替代物 213 11.4.3 高品位熱量和低品位熱量 214 11.4.4 可以討論的問題 215 11.5 永動機和能量騙局 215 11.5.1 類永動機 215 11.5.2 第二類永動機 215 小結 217 關鍵術語 218 概念題 218 練習題 220 綜合題 221 實驗與觀測 221 電學和磁學 2章靜電現像 224 12.1 電荷的作用 225 12.1.1 從木髓球實驗能學到什麼？ 225 12.1.2 什麼是驗電器？ 226 12.1.3 富蘭克林的單流體模型 226 12.2 導體和絕緣體 227 12.2.1 絕緣體與導體有何不同？ 227 12.2.2 讓導體感應起電 228 12.2.3 為何絕緣體被吸向帶電物體？ 229 12.3 靜電力：庫侖定律 231 12.3.1 庫侖是怎樣測量靜電力的？ 231 12.3.2 庫侖的測量結果如何？ 232 12.3.3 庫侖定律與萬有引力定律的比較 233 12.4 電場 233 12.4.1 求幾個電荷施加的力 234 12.4.2 什麼是電場？ 234 12.4.3 電場線是怎樣使用的？ 235 12.5 電勢 236 12.5.1 求電荷勢能的改變量 236 12.5.2 什麼是電勢？ 237 12.5.3 電勢和電場的關繫 238 小結 240 關鍵術語 240 概念題 241 練習題 242 綜合題 243 實驗與觀測 243 3章電路 245 學習提示 246 13.1 電路和電流 246 13.1.1 怎樣使燈泡發光？ 246 13.1.2 什麼是電流？ 247 13.1.3 什麼限制了電流？ 249 13.1.4 與水流的類比 249 13.2 歐姆定律和電阻 250 13.2.1 電流對電壓的依賴關繫 250 13.2.2 什麼是電池的電動勢？ 251 13.2.3 電池沒電了是怎麼回事？ 252 13.3 串聯電路和並聯電路 252 13.3.1 什麼是串聯電路？ 252 13.3.2 什麼是並聯電路？ 253 13.3.3 安培計和伏特計的使用 255 13.4 電能和電功率 256 13.4.1 電路中發生了什麼能量轉換？ 256 13.4.2 電功率與電流和電壓有何關繫？ 256 13.4.3 怎樣分配和使用電功率？ 257 13.5 交流電和家庭電路 259 13.5.1 交流電與直流電有何區別？ 259 13.5.2 什麼是電流和電壓的有效值？ 260 13.5.3 家庭電路如何布線？ 260 小結 261 關鍵術語 262 概念題 262 練習題 264 綜合題 265 實驗與觀測 266 4章磁體和電磁學 267 14.1 磁體和磁力 268 14.1.1 什麼是磁極？ 268 14.1.2 磁力和庫侖定律 269 14.1.3 能將場線與磁體聯繫起來嗎？ 269 14.1.4 地球是一個磁體嗎？ 270 14.2 電流的磁效應 271 14.2.1 一個出乎意料的效應 271 14.2.2 載流導線所受到的磁力 272 14.2.3 運動電荷所受到的磁力 272 14.2.4 運動電荷上的磁力方向 273 14.3 電流回路的磁效應 273 14.3.1 電流回路的磁場 274 14.3.2 電流回路上作用有磁轉矩嗎？ 274 14.3.3 怎樣制作一個電磁體？ 275 14.4 法拉第定律：電磁感應 277 14.4.1 法拉第的實驗表明了什麼？ 277 14.4.2 法拉第定律 278 14.4.3 楞次定律 279 14.4.4 什麼是自感應？ 279 14.5 發電機和變壓器 281 14.5.1 發電機是如何工作的？ 281 14.5.2 變壓器有什麼作用？ 282 14.5.3 變壓器和功率分配 283 小結 284 關鍵術語 284 概念題 285 練習題 286 綜合題 287 實驗與觀測 287 波動和光學 5章波的生成 290 15.1 脈衝波和周期波 291 15.1.1 脈衝波在彈簧上怎樣行進？ 291 15.1.2 波動的一些共同特征 291 15.1.3 可以討論的問題 292 15.1.4 縱波和橫波的區別 292 15.1.5 什麼是周期波？ 292 15.2 繩索上的波 294 15.2.1 波的曲線圖是什麼樣？ 294 15.2.2 繩索上的波速由什麼決定？ 295 15.2.3 波的頻率和波長由什麼決定？ 296 15.3 干涉和駐波 297 15.3.1 繩索上的兩個波如何合成？ 297 15.3.2 什麼是駐波？ 298 15.3.3 琴弦上波的頻率由什麼決定？ 298 15.4 聲波 300 15.4.1 聲波的實質是什麼？ 300 15.4.2 聲速由什麼決定？ 301 15.4.3 用飲料瓶生成音樂 303 15.5 音樂物理學 304 15.5.1 什麼是諧波分析？ 304 15.5.2 音程是如何定義的？ 305 15.5.3 為何有些合成的樂音聽起來很和諧？ 306 小結 308 關鍵術語 308 概念題 309 練習題 310 綜合題 310 實驗與觀測 311 6章光和顏色 312 16.1 電磁波 313 16.1.1 什麼是電磁波？ 313 16.1.2 電磁波的速率是多少？ 314 16.1.3 存在多種不同的電磁波嗎？ 315 16.1.4 可以爭論的問題 316 16.2 波長和顏色 316 16.2.1 光是由不同顏色組成的嗎？ 316 16.2.2 人眼如何分辨不同的顏色？ 317 16.2.3 為什麼物體有不同的顏色？ 318 16.3 光波的干涉 320 16.3.1 楊氏雙縫實驗 321 16.3.2 條紋間距由什麼決定？ 322 16.3.3 什麼是薄膜干涉？ 322 16.4 衍射和光柵 325 16.4.1 單縫如何衍射光？ 325 16.4.2 光如何被其他形狀的物體衍射？ 326 16.4.3 什麼是衍射光柵？ 327 16.5 偏振光 328 16.5.1 什麼是偏振光？ 328 16.5.2 怎樣產生偏振光？ 328 16.5.3 為什麼要用偏光太陽鏡？ 329 16.5.4 什麼是雙折射？ 329 小結 330 關鍵術語 331 概念題 331 練習題 332 綜合題 333 實驗與觀測 333 7章光和成像 335 17.1 反射和成像 336 17.1.1 光線與波前有什麼關繫？ 336 17.1.2 什麼是反射定律？ 337 17.1.3 平面鏡如何成像？ 337 17.2 光的折射 338 17.2.1 什麼是折射定律？ 338 17.2.2 為何水下物體的位置要比實際位置高？ 339 17.2.3 全內反射 340 17.2.4 稜鏡如何使光線彎折？什麼是色散？ 341 17.3 透鏡和成像 343 17.3.1 追蹤穿過凸透鏡的光線 343 17.3.2 像距和物距有什麼關繫？ 344 17.3.3 追蹤通過凹透鏡的光線 345 17.4 用曲面鏡聚焦光束 346 17.4.1 凹面鏡的光線追蹤 346 17.4.2 物距和像距 347 17.4.3 凸面鏡 348 17.5 眼鏡、顯微鏡和望遠鏡 349 17.5.1 眼睛是如何工作的？ 349 17.5.2 眼鏡矯正的是哪些問題？ 350 17.5.3 顯微鏡如何工作？ 350 17.5.4 望遠鏡是如何工作的？ 351 17.5.5 雙筒鏡和觀劇鏡 353 小結 354 關鍵術語 355 概念題 356 練習題 357 綜合題 357 實驗與觀測 358 原子和原子核 8章原子的結構 360 18.1 原子的存在：從化學中得到的證據 361 18.1.1 化學研究揭示了原子的哪些方面？ 361 18.1.2 質量在化學反應中守恆嗎？ 362 18.1.3 原子量的概念是怎樣產生的？ 362 18.1.4 可以討論的問題 365 18.1素周期表是怎樣發展的？ 365 18.2 陰極射線、電子和X射線 366 18.2.1 陰極射線是怎樣產生的？ 367 18.2.2 陰極射線的組成 369 18.2.3 X射線是怎樣被發現的？ 369 18.3 放射性和原子核的發現 371 18.3.1 放射性是怎樣被發現的？ 371 18.3.2 放射性中包含多種輻射嗎？ 371 18.3.3 原子核是怎樣被發現的？ 372 18.4 原子光譜和玻爾原子模型 374 18.4.1 氫光譜的本質是什麼？ 374 18.4.2 光能的量子化 375 18.4.3 玻爾原子模型有哪些特征？ 376 18.5 粒子波和量子力學 377 18.5.1 什麼是德布羅意波？ 378 18.5.2 量子力學與玻爾模型有何不同？ 379 18.5.3 什麼是海森伯不確定原理？ 379 18.5.4 量子力學如何解釋周期表？ 380 小結 381 關鍵術語 382 概念題 382 練習題 383 綜合題 383 實驗與觀測 384 9章原子核和核能 385 19.1 原子核的結構 386 19.1.1 質子是怎樣被發現的？ 386 19.1.2 中子是怎樣被發現的？ 387 19.1.3 什麼是同位素？ 388 19.2 放射性衰變 390 19.2.1 ?衰變中發生了什麼？ 390 19.2.2 ?衰變和衰變中會發生什麼？ 391 19.2.3 如何描述衰變的快慢？ 392 19.2.4 為何放射性對人體健康有害？ 392 19.3 核反應和核裂變 393 19.3.1 什麼是核反應？ 394 19.3.2 能量和質量如何參與核反應？ 394 19.3.3 核裂變是怎樣被發現的？ 394 19.4 核反應堆 397 19.4.1 如何實現鏈式反應？ 397 19.4.2 為什麼反應堆中會產生鐶？ 398 19.4.3 現代反應堆有何設計特征？ 398 19.4.4 核動力的環境問題 399 19.4.5 可以討論的問題 400 19.5 核武器和核聚變 401 19.5.1 什麼是臨界質量？ 401 19.5.2 鐶彈是怎樣設計的？ 402 19.5.3 什麼是核聚變？ 403 19.5.4 能用受控的核聚變發電嗎？ 404 小結 405 關鍵術語 405 概念題 406 練習題 407 綜合題 407 實驗與觀測 408 相對論及其他第20章相對論 410 20.1 經典物理學中的相對運動 411 20.1.1 速度如何相加？ 411 20.1.2 在二維空間速度如何相加？ 412 20.1.3 相對論 413 20.1.4 慣性參考繫 413 20.2 光速和愛因斯坦的假設 414 20.2.1 什麼是光以太？ 414 20.2.2 以太能夠當普適參考繫用嗎？ 414 20.2.3 邁克爾孫-莫雷實驗 415 20.2.4 愛因斯坦的狹義相對論假設 416 20.3 時間膨脹和長度收縮 417 20.3.1 不同觀測者的時間測量 417 20.3.2 對不同觀測者長度測量如何變化？ 419 20.4 牛頓運動定律和質能等價 422 20.4.1 牛頓第二定律要怎樣修改？ 422 20.4.2 質能等價理論是如何提出的？ 422 20.4.3 如何解釋靜止能？ 423 20.5 廣義相對論 423 20.5.1 什麼是等效原理？ 424 20.5.2 光束在強引力場中會彎曲嗎？ 425 20.5.3 廣義相對論有哪些時空效應？ 426 20.5.4 什麼是黑洞？ 427 小結 427 關鍵術語 428 概念題 428 練習題 429 綜合題 430 實驗與觀測 430 第21章日常現像深入研究 431 21.1 誇克和其他基本粒子 432 21.1.1 新粒子是怎樣發現的？ 432 21.1.2 粒子園的成員 433 21.1.3 什麼是誇克？ 433 21.1.4 有哪些基本作用力？ 434 21.2 宇宙學：向外窺視宇宙 435 21.2.1 宇宙在膨脹嗎？ 435 21.2.2 追溯我們宇宙的開端 437 21.3 半導體和微電子學 438 21.3.1 什麼是半導體？ 438 21.3.2 什麼是晶體管？ 440 21.3.3 計算機和集成電路 440 21.4 超導體和其他新材料 442 21.4.1 什麼是超導電性？ 442 21.4.2 什麼是高溫超導體？ 443 21.4.3 其他新材料 444 小結 446 關鍵術語 447 概念題 447 練習題 448 綜合題 448 實驗與觀測 448 附錄A 部分習題答案 449

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