计算题2 浮力综合计算考点梳理+强化练习中考物理二轮专题复习讲义.docx

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计算题2浮力综合计算考点梳理+强化练习中考物理二轮专题复习讲义

中考物理二轮考点过关:

浮力综合计算

考点梳理

1.浮力大小的计算

浮力大小的计算方法:

(1)两次称量求差法F浮=F1﹣F2

(2)二力平衡法F浮=G物

(3)阿基米德原理法F浮=G排

2.密度的计算

(1)密度的公式:

ρ=

(ρ表示密度、m表示质量、V表示体积)

(2)密度公式变化:

m=ρV、V=

3.液体的压强的计算

计算液体压强的公式是p=ρgh.可见,液体压强的大小只取决于液体的种类(即密度ρ)和深度h,而和液体的质量、体积没有直接的关系。

运用液体压强的公式计算时,必须注意相关知识理解,以免造成干扰。

确定深度时要注意是指液体与大气(不是与容器)的接触面向下到某处的竖直距离,不是指从容器底部向上的距离(那叫“高度”)。

强化练习

1.如图所示,物体挂在弹簧测力计下端浸没在水中,在将物体缓慢拉出水面的过程中,弹簧测力计示数随圆柱体上升距离的变化情况如图乙所示。

试求:

(ρ水=1.0×103kg/m3)

(1)圆柱体浸没时所受的浮力;

(2)圆柱体的密度。

2.底面积为100cm2的柱形容器内盛有适量的水,现将含有石块的冰块投入其中,恰好悬浮(如图所示),此时水位上升了5.4cm;当水中冰块全部熔化后,相比熔化前水对容器底部的压强改变了50Pa。

(ρ冰=0.9×103kg/m3)求:

(1)冰块悬浮在水中时所受的浮力;

(2)石块的密度。

3.桌面上有一底面积为200cm2的圆柱形容器A,内装有一定量的水,将一质量为400g、底面积为150cm2的圆柱形容器B放入A中漂浮在水面上,然后向B中加入某种油后,A、B两容器内油和水的液面相平,B中油的液面高度为10cm,如图所示,继续向B内加油,A中水面上升了2cm。

求:

(已知ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg,不计圆柱容器B的厚度)。

求:

(1)加油前,容器B受到的浮力。

(2)这种油的密度。

(3)加油后,B容器底部受到油的压强增大了多少?

(计算结果后保留1位小数)

4.在水平桌面上放置一个底面积为100cm2,质量为400g的圆筒,筒内装有16cm深的某种液体。

弹簧测力计的下端悬挂着一个底面积为50cm2,高为16cm的金属柱,当金属柱从液面上方逐渐浸入液体中直到全部浸没时,弹簧测力计的示数F与金属柱浸入液体深度h的关系如图所示。

(圆筒厚度忽略不计,筒内液体没有溢出,g取10N/kg)。

求:

(1)金属柱浸没在液体中受到的浮力;

(2)圆筒内所装液体的密度;

(3)金属柱浸没时,液体对容器底的压强比未放入金属柱前增加了多少?

(4)当金属柱浸没在液体中时,圆筒对桌面的压强。

5.水平桌面上的薄壁圆柱形容器中装有某种液体,容器的底面积为80cm2。

系有细线的体积为100cm3的金属球静止在容器底时,金属球对容器底部的压力为1.9N,容器中液体的深度为10cm,如图所示。

将金属球从液体中取出后,液体对容器底部的压强变化了100Pa。

从容器中取出金属球时,其表面所沾液体忽略不计。

求:

(1)金属球在液体中受到浮力的大小;

(2)金属球的密度。

6.一边长为10cm的正方体物块,用细线系在底面积为200cm2的圆柱形容器底部,向容器内加水,物块上浮,被拉直后的细线长10cm。

当物块一半体积浸入水中时(如图甲),细线拉力为3N;继续加水,当物块刚好浸没时(如图乙),停止注水,并剪断细线,使物块上浮直至漂浮,求:

(g=10N/kg)。

(1)物块处于图甲所示状态时所受浮力大小;

(2)剪断细线后,物块漂浮时,水对容器底部的压强。

7.如图所示,水平桌面上有装有一定量水的圆柱形装水容器,现将一质量为40g,体积为5.0×10﹣5m3的物块放入容器中,物块漂浮在水面上,g=10N/kg。

求:

(1)物块排开液体的体积?

(2)如图乙所示,用力F缓慢向下压物块,使其恰好完全浸没在水中,此时力F为多大?

8.如图所示,水平桌面上放置一图柱形容器,其内底面积为200cm2,容器侧面靠近底部的位置有一个由阀门K控制的出水口,物体A是边长为10cm的正方体,用不可伸长的轻质细线悬挂放入水中静止,此时有

的体积露出水面,细线受到的拉力为12N,容器中水深为18cm。

已知,细线能承受的最大拉力为15N,细线断裂后物体A下落过程不翻转,物体A不吸水,g取10N/kg。

(1)物体有

的体积露出水面时受到的浮力?

(2)求物体A的密度;

(3)打开阀门K,使水缓慢流出,问放出多少kg水时细线刚好断裂?

9.如图甲所示,为了打捞陷于淤泥中的宝箱,海盗们用两艘大船装满泥沙,用铁索将宝箱拴到大船上,然后卸掉船里的泥沙,随着船逐渐上浮,宝箱在河底淤泥中被拉了出来。

其模型如图乙所示,已知物体A是边长为0.1m的正方体,物体B的底面积为0.06m2,高为0.8m,质量为15kg,现将AB用细线连接,细线拉直但无拉力,此时水深80cm,容器的底面积为0.12m2,然后沿水平方向切物体B,切去的高度△h与细线的拉力F的关系如图丙所示。

(已知细线不伸长,容器足够高)求:

(1)物体A受到的浮力;

(2)细线拉直但无拉力时,水对物体A上表面的压力;

(3)当物体A下底面到容器底距离为0.1m时,则B剩余的质量是多少。

10.一个底面积为50cm2的烧杯中装有某种液体(液体密度未知),将一个木块放入烧杯的液体中,木块静止时液体深h1=10cm,如图甲所示;把一个小石块放在木块上,液体深h2=16cm,如图乙所示;若将小石块放入液体中,液体深h3=12cm,如图丙所示,石块对杯底的压力F=1.6N,求:

(1)小石块的体积;

(2)液体的密度;

(3)小石块的密度。

11.如图所示,用细线将质量为300g的木块系住,使木块浸没在水中,当木块静止时细线对木块的拉力为1N(g取10N/kg,ρ水=1×103kg/m3),求:

(1)木块受到的浮力;

(2)木块的密度;

(3)若剪断细线,木块再次静止时露出水面的体积。

12.悬浮在海水中的潜艇排开海水的质量为3×106kg(g取10N/kg,海水的密度取1.0×103kg/m3)。

(1)潜艇排开海水所受的重力;

(2)潜艇所受浮力;

(3)潜艇排开海水的体积;

(4)潜艇所受重力。

13.如图所示,将密度为0.6×103kg/m3、高度为10cm、底面积为20cm2的圆柱体放入底面积为50cm2的容器中,并向容器内加水(水的密度为1.0×103kg/m3,g取10N/kg)。

问:

(1)圆柱体的重力多大?

(2)当水加到4cm深时,圆柱体受到的浮力是多少N?

此时圆柱体对容器底的压力为多少N?

(3)继续向容器中加水,当圆柱体对容器底压力为0时,继续加入的这部分水的质量是多少kg?

 

参考答案

1.如图所示,物体挂在弹簧测力计下端浸没在水中,在将物体缓慢拉出水面的过程中,弹簧测力计示数随圆柱体上升距离的变化情况如图乙所示。

试求:

(ρ水=1.0×103kg/m3)

(1)圆柱体浸没时所受的浮力;

(2)圆柱体的密度。

【解答】解:

(1)由图乙可知,圆柱体的重力G=F=2N,圆柱体浸没时弹簧测力计的示数F′=1.6N,

则圆柱体浸没时所受的浮力:

F浮=G﹣F′=2N﹣1.6N=0.4N;

(2)因物体浸没时排开液体的体积和自身的体积相等,

所以,由F浮=ρ液gV排可得,圆柱体的体积:

V=V排=

=4×10﹣5m3,

由G=mg可得,圆柱体的质量:

m=

=0.2kg,

则圆柱体的密度:

ρ=

=5×103kg/m3。

答:

(1)圆柱体浸没时所受的浮力为0.4N;

(2)圆柱体的密度为5×103kg/m3。

2.底面积为100cm2的柱形容器内盛有适量的水,现将含有石块的冰块投入其中,恰好悬浮(如图所示),此时水位上升了5.4cm;当水中冰块全部熔化后,相比熔化前水对容器底部的压强改变了50Pa。

(ρ冰=0.9×103kg/m3)求:

(1)冰块悬浮在水中时所受的浮力;

(2)石块的密度。

【解答】解:

(1)含有石块的冰块悬浮时,水位上升了△h=5.4cm=0.054m,

冰块和石块的总体积:

V总=S×△h=100×10﹣4m2×0.054m=5.4×10﹣4m3;

悬浮时浮力等于重力,即F浮=G总=(m石+m冰)g=G排=ρ水gS×△h=1000kg/m3×10N/kg×0.01m2×0.054m=5.4N,

(2)根据G=mg知,石块和冰的总质量:

(m石+m冰)=

=0.54kg,

冰熔化后,水位下降的高度:

h降=

=5×10﹣3m,

冰熔化成水质量m不变,

因为V=

所以

=S×h降,

冰的质量:

m=S×h降×

=100×10﹣4m2×5×10﹣3m×

=0.45kg,

石块质量:

m石=0.54kg﹣0.45kg=0.09kg,

石块体积:

V石=V总﹣V冰=V总﹣

=5.4×10﹣4m3﹣

=4×10﹣5m3,

石块的密度:

ρ石=

=2.25×103kg/m3。

答:

(1)冰块悬浮在水中时所受的浮力为5.4N;

(2)石块的密度为2.25×103kg/m3。

3.桌面上有一底面积为200cm2的圆柱形容器A,内装有一定量的水,将一质量为400g、底面积为150cm2的圆柱形容器B放入A中漂浮在水面上,然后向B中加入某种油后,A、B两容器内油和水的液面相平,B中油的液面高度为10cm,如图所示,继续向B内加油,A中水面上升了2cm。

求:

(已知ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg,不计圆柱容器B的厚度)。

求:

(1)加油前,容器B受到的浮力。

(2)这种油的密度。

(3)加油后,B容器底部受到油的压强增大了多少?

(计算结果后保留1位小数)

【解答】解:

(1)容器B的质量mB=400g=0.4kg,

容器B的重力:

GB=mBg=0.4kg×10N/kg=4N,

首次加油前,容器B漂浮,其受到的浮力:

F浮前=GB=4N;

(2)由题意可知,A、B两容器内油和水的液面相平,B中油的液面高度为10cm,

由不计圆柱容器B的厚度可知,容器B排开水的体积:

V排=V油=SBh=150cm2×10cm=1500cm3=1.5×10﹣3m3,

容器B受到的浮力:

F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×1.5×10﹣3m3=15N;

因物体漂浮时受到的浮力和自身的重力相等,

所以,容器B的总重力:

G=F浮=15N,

由G=mg可得,容器B的总质量:

m=

=1.5kg=1500g,

容器B中油的质量:

m油=m﹣mB=1500g﹣400g=1100g,

则这种油的密度:

ρ油=

≈0.7g/cm3;

(3)继续向B内加油,A中水面上升了2cm,

则容器B排开水体积的增加量:

△V排=S容△h=200cm2×2cm=400cm3,

B容器浸入水中深度的增加量:

△h′=

cm,

B容器底部受到油的压强增大了:

△p=ρ水g△h′=1.0×103kg/m3×10N/kg×

×10﹣2m≈266.7Pa。

答:

(1)加油前,容器B受到的浮力为4N;

(2)这种油的密度为0.7g/cm3;

(3)加油后,B容器底部受到油的压强增大了266.7Pa。

4.在水平桌面上放置一个底面积为100cm2,质量为400g的圆筒,筒内装有16cm深的某种液体。

弹簧测力计的下端悬挂着一个底面积为50cm2,高为16cm的金属柱,当金属柱从液面上方逐渐浸入液体中直到全部浸没时,弹簧测力计的示数F与金属柱浸入液体深度h的关系如图所示。

(圆筒厚度忽略不计,筒内液体没有溢出,g取10N/kg)。

求:

(1)金属柱浸没在液体中受到的浮力;

(2)圆筒内所装液体的密度;

(3)金属柱浸没时,液体对容器底的压强比未放入金属柱前增加了多少?

(4)当金属柱浸没在液体中时,圆筒对桌面的压强。

【解答】解:

(1)由图像可知:

当h=0时,F=10N,即金属柱的重力G=10N,

当h=8cm时,金属柱完全浸没,此时弹簧测力计的示数为2N,

则金属柱浸没在液体中受到的浮力:

F浮=G排=10N﹣2N=8N;

(2)因物体浸没时排开液体的体积和自身的体积相等,

所以,金属柱浸没时排开液体的体积:

V排=V=Sh=50cm2×16cm=800cm3=8×10﹣4m3,

由F浮=ρ液gV排可得,液体的密度:

ρ液=

=1.0×103kg/m3;

(3)金属柱浸没时比未放入金属柱前液面上升的高度:

△h=

=0.08m,

液体对容器底的压强比未放入金属柱前增加了:

△p=ρ液g△h=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.08m=800Pa;

(4)容器内液体的体积:

V液=S容h液=100cm2×16cm=1600cm3=1.6×10﹣3m3,

由ρ=

可得,液体的质量:

m液=ρ液V液=1.0×103kg/m3×1.6×10﹣3m3=1.6kg,

容器和液体的总重力:

G=(m液+m容)g=(1.6kg+400×10﹣3kg)×10N=20N,

因金属柱受到的浮力和金属柱对液体的压力是一对相互作用力,

所以,圆筒对桌面的压力:

F=G+F压=G+F浮=20N+8N=28N,

圆筒对桌面的压强:

p=

=2800Pa。

答:

(1)金属柱浸没在液体中受到的浮力为8N;

(2)圆筒内所装液体的密度为1.0×103kg/m3;

(3)金属柱浸没时,液体对容器底的压强比未放入金属柱前增加了800Pa;

(4)当金属柱浸没在液体中时,圆筒对桌面的压强为2800Pa。

5.水平桌面上的薄壁圆柱形容器中装有某种液体,容器的底面积为80cm2。

系有细线的体积为100cm3的金属球静止在容器底时,金属球对容器底部的压力为1.9N,容器中液体的深度为10cm,如图所示。

将金属球从液体中取出后,液体对容器底部的压强变化了100Pa。

从容器中取出金属球时,其表面所沾液体忽略不计。

求:

(1)金属球在液体中受到浮力的大小;

(2)金属球的密度。

【解答】解:

(1)由于金属球静止在容器底,则金属球排开液体的体积:

V排=V球=100cm3=1×10﹣4m3,

则取出金属球后,液面下降:

△h=

=1.25cm=0.0125m,

由题知,液体对容器底的压强改变值△p=100Pa,

根据p=ρ液gh可得,液体的密度:

ρ液=

=0.8×103kg/m3;

金属球受到液体的浮力:

F浮=ρ液V排g=ρ液V球g=0.8×103kg/m3×1×10﹣4m3×10N/kg=0.8N;

(2)由于金属球静止在容器底,则金属球对容器底的压力F压=G﹣F浮,

所以,金属球的重力:

G=F压+F浮=1.9N+0.8N=2.7N,

金属球的质量:

m=

=0.27kg=270g,

金属球的密度:

ρ=

=2.7g/cm3=2.7×103kg/m3。

答:

(1)金属球在液体中受到浮力的大小为0.8N;

(2)金属球的密度为2.7×103kg/m3。

6.一边长为10cm的正方体物块,用细线系在底面积为200cm2的圆柱形容器底部,向容器内加水,物块上浮,被拉直后的细线长10cm。

当物块一半体积浸入水中时(如图甲),细线拉力为3N;继续加水,当物块刚好浸没时(如图乙),停止注水,并剪断细线,使物块上浮直至漂浮,求:

(g=10N/kg)。

(1)物块处于图甲所示状态时所受浮力大小;

(2)剪断细线后,物块漂浮时,水对容器底部的压强。

【解答】解:

(1)正方体物块的体积为:

V=L3=(10cm)3=1000cm3=1×10﹣3m3;

物块处于图甲所示状态时,V排=

V=

×1×10﹣3m3=5×10﹣4m3;

则物块所受浮力大小为:

F浮=ρ水V排g=1×103kg/m3×5×10﹣4m3×10N/kg=5N;

(2)对甲图中的物块进行受力分析,由力的平衡条件可得物块的重力为:

G=F浮﹣F拉=5N﹣3N=2N;

乙图中,当物块刚好浸没时容器中水的深度h=L+L线=10cm+10cm=20cm=0.2m;

当剪断细线后物块漂浮时,根据漂浮条件可知:

F浮′=G=2N,

由公式F浮=ρ水gV排可得,此时物块排开水的体积为:

V排′=

=2×10﹣4m3;

物块漂浮时与乙图相比,水面下降的高度为:

△h=

=0.04m=4cm;

水面下降后水的深度为:

h′=h﹣△h=0.2m﹣0.04m=0.16cm;

则物块漂浮时,水对容器底部的压强为:

p=ρ水gh′=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.16m=1.6×103Pa;

答:

(1)物块处于图甲所示状态时所受浮力大小5N;

(2)剪断细线后,物块漂浮时,水对容器底部的压强为1.6×103Pa。

7.如图所示,水平桌面上有装有一定量水的圆柱形装水容器,现将一质量为40g,体积为5.0×10﹣5m3的物块放入容器中,物块漂浮在水面上,g=10N/kg。

求:

(1)物块排开液体的体积?

(2)如图乙所示,用力F缓慢向下压物块,使其恰好完全浸没在水中,此时力F为多大?

【解答】解:

(1)物块受到的重力:

G=mg=0.04kg×10N/kg=0.4N,

由于物块漂浮在水面上,则物块受到的浮力:

F浮=G=0.4N,

根据F浮=ρ水gV排可得,排开水的体积:

V排=

=4.0×10﹣5m3;

(2)使物块恰好完全浸没在水中时,物块受到的浮力:

F浮′=ρ水gV排′=ρ水gV=1.0×103kg/m3×10N/kg×5.0×10﹣5m3=0.5N,

此时物块受到的浮力:

F浮′=G+F,

则压力:

F=F浮′﹣G=0.5N﹣0.4N=0.1N。

答:

(1)物块排开液体的体积为4.0×10﹣5m3;

(2)如图乙所示,用力F缓慢向下压物块,使其恰好完全浸没在水中,此时力F为0.1N。

8.如图所示,水平桌面上放置一图柱形容器,其内底面积为200cm2,容器侧面靠近底部的位置有一个由阀门K控制的出水口,物体A是边长为10cm的正方体,用不可伸长的轻质细线悬挂放入水中静止,此时有

的体积露出水面,细线受到的拉力为12N,容器中水深为18cm。

已知,细线能承受的最大拉力为15N,细线断裂后物体A下落过程不翻转,物体A不吸水,g取10N/kg。

(1)物体有

的体积露出水面时受到的浮力?

(2)求物体A的密度;

(3)打开阀门K,使水缓慢流出,问放出多少kg水时细线刚好断裂?

【解答】解:

(1)V=(0.1m)3=1×10﹣3m3,

由于用细绳悬挂放入水中,有

的体积露出水面,则V排=(1﹣

)V=

×1×10﹣3m3=8×10﹣4m3,

根据阿基米德原理可知浮力F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×8×10﹣4m3=8N;

(2)对物体受力分析得,物体A的重力G=F+F浮=12N+8N=20N,

物体A的质量m=

=2kg,

物体A的密度ρ物=

=2×103kg/m3;

(3)物体原来浸入水中的深度h=(1﹣

)×0.1m=0.08m,

细线刚好断裂时,根据物体受力分析得,F浮'=G﹣F'=20N﹣15N=5N,

根据F浮=ρ水gV排可得:

V排′=

=5×10﹣4m3,

则物体现在浸入水中的深度h'=

=0.05m,

水下降的深度:

△h=h﹣h'=0.08m﹣0.05m=0.03m,

根据密度公式可知放出水的质量:

m放=ρ水(S容器﹣S物)△h=1.0×103kg/m3×(200×10﹣4m2﹣0.01m2)×0.03m=0.3kg,

所以放出0.3kg水时细线刚好断裂。

答:

(1)物体有

的体积露出水面时受到的浮力为8N;

(2)物体A的密度为2×103kg/m3;

(3)打开阀门K,使水缓慢流出,放出0.3kg水时细线刚好断裂。

9.如图甲所示,为了打捞陷于淤泥中的宝箱,海盗们用两艘大船装满泥沙,用铁索将宝箱拴到大船上,然后卸掉船里的泥沙,随着船逐渐上浮,宝箱在河底淤泥中被拉了出来。

其模型如图乙所示,已知物体A是边长为0.1m的正方体,物体B的底面积为0.06m2,高为0.8m,质量为15kg,现将AB用细线连接,细线拉直但无拉力,此时水深80cm,容器的底面积为0.12m2,然后沿水平方向切物体B,切去的高度△h与细线的拉力F的关系如图丙所示。

(已知细线不伸长,容器足够高)求:

(1)物体A受到的浮力;

(2)细线拉直但无拉力时,水对物体A上表面的压力;

(3)当物体A下底面到容器底距离为0.1m时,则B剩余的质量是多少。

【解答】解:

(1)物体A的体积:

VA=LA3=(0.1m)3=0.001m3,

因物体浸没时排开液体的体积和自身的体积相等,

所以,物体A受到的浮力:

F浮=ρ水gV排=ρ水gVA=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.001m3=10N;

(2)根据题意可知,A的上表面距水面的距离:

h上=80×10﹣2m﹣0.1m=0.7m,

A的上表面受到水的压强:

p上=ρ水gh上=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.7m=7×103Pa,

由p=

可得,A的上表面受到水的压力:

F上=p上SA=7×103Pa×(0.1m)2=70N;

(3)物体B的重力:

GB=mBg=15kg×10N/kg=150N,

开始时,细线拉直但无拉力,此时物体B处于漂浮状态,

由漂浮条件可知,B受到的浮力:

F浮B=GB=150N,

由阿基米德原理可得F浮B=ρ水gV排B=ρ水gSBh浸B,

则物体B浸入水中的深度:

h浸B=

=0.25m,

沿水平方向切物体B,B的重力减小,细线上产生拉力,当拉力增大到一定值时,会拉动A物体向上运动;

当物体A下底面到容器底距离为h=0.1m时,而水的体积不变,即水面降低的体积等于物体A下底面水的体积,如图所示:

则有:

S容h=△h(S容﹣SB),即:

0.12m2×0.1m=△h×(0.12m2﹣0.06m2)

解得:

△h=0.2m,

此时物体B浸入水中的体积:

V排B′=SB(h浸B﹣△h)=0.06m2×(0.25m﹣0.2m)=0.003m3,

此时物体B受到的浮力:

F浮B′=ρ水gV排B′=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.003m3=30N;

对物体B受力分析,其受到重力、浮力和绳的拉力,

由力的平衡条件得,物体B剩余的重力:

GB′=F浮B′﹣F浮=30N﹣10N=20N,

物体B剩余的质量m剩B=

=2kg。

答:

(1)物体A受到的浮力为10N;

(2)细线拉直但无拉力时,水对物体A上表面的压力为70N;

(3)当物体A下底面到容器底距离为0.1m时,则B剩余的质量是2kg。

10.一个底面积为50cm2的烧杯中装有某种液体(液体密度未知),将一个木块放入烧杯的液体中,木块静止时液体深h1=10cm,如图甲所示;把一个小石块放在木块上,液体深h2=16cm,如图乙所示;若将小石块放入液体中,液体深h3=12cm,如图丙所示,石块对杯底的压力F=1.6N,求:

(1)小石块的体积;

(2)液体的密度;

(3)小石块的密度。

【解答】解:

(1)由丙、甲两图可知,小石块的体积:

V石=(h3﹣h1)S=(0.12m﹣0.1m)×50×10﹣4m2=1×10﹣4m3;

(2)由乙、甲图可知,石块放在木块上时比木块多排开液体的体积:

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