九年级物理 第二十一章 第一节 现代顺风耳电话名师示范教案 新版新人教版.docx
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九年级物理第二十一章第一节现代顺风耳电话名师示范教案新版新人教版
信息的传递
1．本章概述
信息的传递是既古老又现代的话题，从远古时期的“结绳记事”所传递的单一信息，到“烽火狼烟”所能传递较复杂信息，再到微波、光纤通信。
历史的长河见证了信息传递方式的进步，传递信息量的日趋增大，真正实现了“您所看到的，就是正在发生的”这样同步的效果，同时传输效果也越来越好。
章节的设置，按照从有线通信到无线通信再到卫星通信（光纤通信）的事物发展过程，依次安排了电话、广播、电视和移动通信，再到光纤通信和网络通信。
电话是通过话筒把声音信号转换成电流信号，再经过导线把电信号传输到远方，由听筒把电信号转换成声音信号。
这一节具有承上启下的作用，既用到了前面学到的电阻的知识（话筒中的碳粒整体相当于一个变阻器）、电磁铁的知识（听筒中有电磁铁），又是信息传递的典型。
电话的这一双重身份值得注意。
为了讲无线通信，首先要讲无线通信的工具——电磁波。
关于电磁波，讲授时，要与声波作一番对比，两者都是波，这是共同之处。
不同之处，即产生条件不同，传播条件也不同，此处，一定要通过实验来说明，让学生真切地观察到实验现象。
用作无线通信的电磁波是中长波，无论是广播、电视和移动电话，信号的发送和接收都离不开天线，这是它们的共同特点，再针对三者的具体发送和接收过程进行简单的比较，以期记忆得更加清楚。
关于其中的部分内容，比如如何调制、如何调谐、基地台的具体工作原理等，只作形象的便于理解的解释，而不作原理上的艰涩的解说。
信息理论表明，作为载体的无线电波，频率越高，相同时间内传输的信息就越多。
当我们发现微波通信受到天气等因素的影响时，就发明了激光通信，再到今天的网络通信。
总之我们的信息之路越走越宽，我们学习的方式也越来越多，在课堂内容临近结束时，告诉学生几个不错的网站，使学生能够把知识的学习延伸到课堂以外。
整章讲授过程中始终渗透一种思想，那就是辩证唯物主义思想，比如关于电磁波利用的利与弊；看电视的利与弊；网络通信的利与弊等，给学生充分的时间整理思路，发表自己的见解，如果有条件最好选择其中的一个问题为辩题，开展一场辩论赛。
本章的一些科技小资料也不容忽视。
“电磁波谱图”能使学生认识到哪部分电磁波分别用于哪些用途；“微波炉”“音频、视频、射频和频道”和“激光的应用”可用来激发学生学习兴趣，进行知识拓展；“我国光缆通信的发展”可对学生进行爱国主义教育，使学生自觉宣传科学知识，关注当今科技发展，了解科技与社会的关系。
2．课时建议
本章共分四节，建议用5课时，各课时安排如下：
一、现代顺风耳——电话
1课时
二、电磁波的海洋
1课时
三、广播、电视和移动通信
1课时
四、越来越宽的信息之路
1课时
复习与总结
1课时
一、现代顺风耳——电话
整体设计
在远古时代，人们用结绳来记事；到了近代，人们用烽火、驿站、书信、电报来传递信息；现代，人们用上了传真、电话、手机短信、网络等多种手段来传递更丰富、详实、可观可感的信息。
我们的先人只能在神话中向往“千里眼”“顺风耳”的神奇，现在几乎人人都是“顺风耳”——拥有手机，真可谓“只有想不到，没有做不到。
”科技的发展令人叹为观止。
“电流把信息传到远方”是本节的基础知识，通过指导学生对课本内容的阅读和小组交流，使学生知道，电话的基本构造是话筒、听筒，话筒、听筒的作用各是什么。
为了完成通话，话筒和听筒之间要连接上一对电话线，这对电话线是电流的通道。
此处强调是“一对”而非“一根”，甲、乙两部电话通话时，甲的话筒与乙的听筒之间有一根电话线，乙的话筒和甲的听筒之间也有一根电话线。
在构造上借助于什么东西来实现话筒和听筒的作用呢？
课文中提到的话筒是碳粒话筒，除此之外还有许多其他种类的话筒，鼓励学生利用网络或到图书室查阅有关的资料，了解其他种类的话筒是如何工作的，从而激发学生兴趣，开阔学生眼界。
“电话交换机”是本节的重点知识。
学习时，可让学生在纸上画圈表示电话机，要求两两都能互相通话，且一部电话只能固定地同另一部电话接通。
依次动手连接2部、3部、4部、5部、6部甚至更多部电话机，多次连接后，可指导学生得出一个规律公式m＝n（n－1）/2，利用这个公式，可让学生计算20部电话，应用190对电话线，如果用上电话交换机，只用20对电话线即可，从数据对比中可明显得到电话交换机的作用确实是能够大大提高线路的利用率。
给学生提供动手的机会，通过学生之间的交流与协作，体会参与课堂活动的乐趣，体现自身在小组活动中的价值。
“模拟通信和数字通信”是本节的难点，学生不易理解，要通过精心设计的学生活动来帮助其掌握。
初中生还仍然是以形象思维为主，变抽象的知识为形象的全员活动，就可以变难为易，深入浅出，使学生易于接受。
教学重点：
1．知道电话的基本构造；电话交换机的作用；电话通信的两种形式。
2．正确区分模拟信号和数字信号。
教学难点：
了解电话交换机的应用。
教学方法：
以学生自学为主，结合教师提问和点评的自主性学习。
课时安排：
1课时
三维目标
一、知识与技能
1．了解电话是怎样把信息传递到远方的；
2．了解电话交换机的用处；
3．了解模拟通信和数字通信的基本区别。
二、过程与方法
1．通过看录像、听教师讲解，了解电话是如何传递信息的；
2．通过学生讨论，说明电话交换机的作用；
3．通过学生活动展示什么是数字通信。
三、情感态度与价值观
1．通过讲述贝尔发明电话的过程，激发学生不怕困难、积极探索的精神，了解技术改革对人类社会发展的作用；
2．通过学生讨论和学生活动，培养学生的学习主动性及合作的意识。
课前准备
多媒体课件、电话机、螺丝刀。
教学设计
创设情境，引入课题
情境创设：
用视频播放“5.12汶川大地震”发生时的状况。
提出问题：
“5.12汶川大地震”给我们的国家和人民带来了巨大的损失。
请问，地震发生初期，人们要想问候四川的亲朋好友，打电话可不可以？
学生思考后回答。
总结：
地震发生后，所有的信号塔、基地台都被摧毁，不仅电话不能正常使用，手机、电脑也都不能正常工作了。
为了有效地抗震救灾，通信公司把车载信号塔和车载卫星接收器带到了现场，才暂时恢复了通信。
那么，电话是怎样把信息传递到远方的呢？
学生感到疑惑，引出新课。
[推进新课]
一、电话把信息传到远方
教师简述贝尔发明电话的过程及它对社会的作用。
（使学生了解历史，崇尚科学）
1．探究实验，感受新知
组织学生进行实验：
各小组观察桌上的电话机，指出哪端是话筒，哪端是听筒，然后用螺丝刀把话筒和听筒拆开看一看里面的构造是怎样的，哪个部分里面有电磁铁。
学生边操作，边思考。
教师展示如右图所示，请学生分析以上问题的答案是什么，教师在一旁作点拨式指导。
结论：
手持电话，上端是听筒，靠近耳朵，下端是话筒，靠近嘴巴。
听筒就像以前学过的扬声器，它里面有电磁铁。
2．小组合作，探究话筒和听筒的不同作用
组织学生以小组为单位，观察本组内的电话机，解决如下问题：
设问：
（用课件展示）
①电话中，把声音信号转变成变化的电流的是______，把变化的电流还原成声音的是______。
（选填“话筒”或“听筒”）
②当你对着话筒讲话时，膜片时紧时松地压迫碳粒，它们之间的电阻随之发生改变，流过碳粒的电流就会相应改变。
这个碳粒整体类似以前学过的______元件。
③话筒是如何工作的？
④听筒是如何工作的？
教师活动：
①教师到各个小组当中巡视，不主动发言，如有学生咨询，可作点拨式指导。
②板书电话构造方面的知识。
学生活动：
①阅读教材学习电话构造的相关知识并初步解答问题。
②将自己没有掌握准确的知识交给小组，由组长整合使本组内答案一致。
如果很难达成一致，把本问题上交给其他小组，引发班内大讨论。
总结：
（用课件展示）
（1）知识学习方面：
①话筒把声信号变成电信号。
当你对着话筒讲话时，膜片时紧时松地压迫碳粒，它们之间的电阻随之发生改变，流过碳粒的电流就会相应改变。
这个碳粒整体类似以前学过的滑动变阻器，于是形成了随声音变化的电流信号。
②听筒把电信号变成声信号。
听筒内有一个电磁铁，磁铁上绕着线圈。
磁铁吸引一块薄铁膜片，传入听筒的电流流过线圈。
由于电流的不断变化，电磁铁对膜片的作用也随之变化，使膜片振动，在空气中形成声波。
（2）学生小组合作交流方面。
每个小组成员都首先要有自己的一个见解，成员之间要针对有争论价值的问题展开讨论，否则课堂讨论会流于形式，学生自己得不偿失。
3．即学即练（课件展示问题）
（1）电话机听筒里发生的主要能量转化是（ ）
A．电能转化为机械能 B．机械能转化为电能
C．内能变成电能D．电能变成内能
（2）电话的听筒主要应用了电流的（ ）
A．热效应B．化学效应C．磁效应D．三种效应都有
答案：
（1）A
（2）C
二、电话交换机
1．创设情境，引出电话交换机
设问：
一部电话机与另一部电话机相连时，需要一根电话线，对不对？
学生思考以后回答。
总结：
甲、乙两部电话通话时，甲的话筒与乙的听筒之间有一根电话线，乙的话筒和甲的听筒之间有一根电话线。
因此需要一对电话线。
进一步设问：
在电话刚问世的时候，一部电话机要与多少部电话机通话，就要有多少对电话线与外部相连。
请同学们画圆圈代表电话机，依次连接一下2部、3部、4部、5部、6部电话机两两相连，分别需用多少对电话线？
（教学说明：
此处处理时，来源于课本又高于课本，便于学生从一系列数据中得出规律公式，锻炼学生的总结归纳能力，使学生意识到利用数学方法解决物理问题，是十分有效的。
）
学生如实操作以后，会依次得知1对、3对、6对、10对、15对。
教师请两名学生到黑板上分别画10部、20部电话机两两相连时用多少对电话线。
这个问题处理起来有些繁琐，能够引发敏感学生的思考，想到这里面肯定有什么规律。
教师就此引导学生得出一个规律公式m＝n（n－1）/2，此公式中的n表示电话机的部数。
有了这个规律公式，很方便即可计算得知分别需要电话线45对和190对。
追问学生：
数量如此巨大的电话线太浪费材料了，而且话机太多数根本无法实现。
该怎么办呢？
学生活动：
①看图1，连一连5部电话机现在只需要多少对电话线？
与刚才的连接方法对比，说出此种方法的优势在哪里？
图1图2
②比较20部电话机两种方法分别使用多少对电话线。
③分析如果两个地区间的用户要通话时，应该采取的措施是什么。
如图2所示。
总结：
电话交换机的使用目的是为了提高线路的利用率。
（教学说明：
关于“电话交换机”这一知识的引出，也可以采用以下的处理方案：
教师先设问，如果一部话机只能固定地同另一部话机接通，要使3部话机中的任意两部都能互相接通，要架设多少对电话线？
学生思考后回答。
教师再进一步设问，如果4台、5台、10台、100台呢？
学生会在纸上画一画，说出答案，当然需要的电话线数目会越来越多，有的根本无法通过画来求得答案。
教师提示，如果刚才画的电话中有一台是你的，那么你能与多少个人联系，就要有多少对电话线，想想看，实际上我们家里的电话线是有很多对呢，还是一对？
学生自然知道是只有一对电话线。
教师进一步提示，那么现实生活中我们只有一对电话线，是如何实现可以同多人建立联系的呢？
就此引出电话交换机。
）
2．阅读课本内容，了解电话交换机在现实生活中的应用及其发展史
教师活动：
组织学生阅读课本内容，组内交流后回答下面的问题：
问题展示：
（用课件展示问题）
①一个地区的所有电话都接到什么上？
每部电话的号码都一样吗？
②如何实现不同地区间的电话相互通话？
③打电话时，如果出现“占线”现象，是否对方话机正在使用中？
④交换机的发展经过了哪几个阶段？
⑤程控电话有哪些功能？
你对此了解多少？
教师活动：
①学生自学过程中，教师巡回指导，注意纠正学生的偏差和错误。
②自学结束后，一个小组承接一个问题进行解答。
如果能跟生活实际相联系，要及时鼓励。
同时在回答每个问题之后，由其他小组的学生进行补充订正。
③以视频的形式播放交换机的发展历程，让学生感受科技发展对人们带来的方便，从而使学生感受科技的进步对人类生活的影响。
学生活动：
①仔细阅读课本相关内容，准确查找以上问题答案。
②课本中有不懂的地方先作标记，阅读结束，有些问题会自行解决；如果确实解决不了，组内集中讨论。
③对程控电话的多项功能，尝试作出解释。
总结：
①一个地区所有的电话都接到同一个电话交换机上，每部电话都有自己的号码。
因此看电话号码的头几位数字就能判断出是哪个地区的。
比如：
山东济宁市内，44×××××是曲阜的，55×××××是邹城的。
②在两个地区的交换机之间连接上若干对电话线，相互通话时，需要在电话号码前加拨对方地区的区号。
比如：
北京010，石家庄0311，济南0531等等。
③如果出现“占线”现象，可能有两种情况发生：
对方话机正在使用或者两台交换机之间有太多的用户要通话，它们之间的电话线不够用了。
④早期的电话交换机是依靠话务员手工操作来接线和拆线的，叫人工交换机；1891年出现的自动电话交换机是通过电磁继电器进行接线的，叫自动电话交换机；现代的程控电话交换机是利用了电子计算机技术，只要事先输入所需程序，电脑就会“见机行事”。
⑤程控电话的功能有：
来电显示、缩位拨号、遇忙回叫、转移呼叫、三方通话、语音信箱等。
3．即学即练（课件展示问题）
（1）一个地区有10部电话，如果一部话机只能固定地同另一部话机接通，要使这10部话机中的任意两部都能互相通话，要架设多少对电话线？
若都接到同一台交换机上，需要架设多少对电话线？
（2）（双选）陈小刚同学“十一”放假期间，给远在北京大学读书的表哥打电话，当他正确地拨完电话号码后，发现听筒中传来短促的“嘟、嘟”声，他就放下了电话，过了一会儿，他又拿起电话重拨，在听筒中传来的还是短促的“嘟、嘟”声。
对于这种现象，他有以下几种解释，你认为正确的是（ ）
A．表哥一方的电话机一定正在通话中B．“十一”期间一定是交换机的电话线不够用
C．表哥一方的电话机可能正在通话中D．“十一”期间可能是交换机的电话线不够用
答案：
（1）45对 10对
（2）CD
三、模拟通信和数字通信
1．教师活动：
指导学生完成小游戏，帮助学生理解模拟通信。
学生活动：
由10名同学，排成一字长队，第一名同学按老师手中的一个成语或一句话，声情并茂地完成一套动作，只做给第二名同学看，第二名同学再只做给第三名同学看，依次做到第十名同学。
最后请第一名和第十名同学同时做给同学们看，比较他们两个有没有差异。
总结：
①模拟信号就像刚才的游戏一样，当将声音转换成电流时，这种信号电流的频率、振幅变化的情况跟声音的频率、振幅变化的情况完全一样，“模仿”着声信号的“一举一动”。
②就像同学们刚才看到的，同一套动作，被传递多次后，最终会变得跟原来不一样。
模拟信号在长距离传输和多次加工、放大的过程中，信号电流的波形会改变，表现为声音、图像的失真，严重时会使通信中断。
2．教师活动：
①指导学生参加翻译电码游戏，看一看哪个同学翻译得又快又对。
②为扩大知识面，向学生介绍其他种类的代号，比如：
区位码、汉字电报码、四角号码等。
③组织学生自创一种数字通信的方法，进行信息传递的游戏。
④给学生投放“模拟通信和数字通信”的视频资料，使学生认识其在现实生活中的使用情况。
学生活动：
①如下图所示，莫尔斯电码。
然后把自己家的电话号码翻译成莫尔斯电码，交给同桌，请他翻译出来自己家的电话号码。
莫尔斯电码表
字符
电码符号
字符
电码符号
字符
电码符号
A
·—
N
—·
1
·————
B
—···
O
———
2
··———
C
—·—·
P
·——·
3
···——
D
—··
Q
——·—
4
····—
E
·
R
·—·
5
·····
F
··—·
S
···
6
—····
G
——·
T
—
7
——···
H
····
U
··—
8
———··
I
··
V
···—
9
————·
J
·———
W
·——
0
—————
K
—·—
X
—··—
？
··——··
L
·—··
Y
—·——
/
—··—·
M
——
Z
——··
（）
—·——·—
—
—····—
·
·—·—·—
②由一名学生执笔，在黑板上任意写下五个汉字，同学们分别给每个字标定代码，写在汉字的下面（代码的标定是任意的，可以是各种形状的不同组合，也可以是不同颜色的组合，还可以是横与竖的不同组合等）。
由10名同学，排成一字长队，第一名同学从黑板上的十个字的代码中，找出几组代码，能表达一定的意思为佳，只说给第二名同学听，第二名同学再把他所听到的只说给第三名同学听，依次直到第十名同学。
请每一名和第十名同学同时在黑板上写出他们传递的代码，其他同学一起来对比两者有无差异。
总结：
①用不同符号的不同组合表示的信号，叫做数字信号，这种通信方式叫做数字通信。
②通常的数字信号只包含两种不同的状态，形式简单，所以抗干扰能力特别强。
另外，数字信号还可以通过不同的编码进行加密。
3．即学即练
（1）在传递信息的过程中，话筒将声音转换成信号电流时，这种信号电流的频率、振幅变化的情况跟声音的频率、振幅变化的情况完全一样，这种电流传递的信号叫______，使用这种信号的通信方式叫做______；除了以上这种方式传递信息外，还可以用不同的符号的不同组合表示信号，例如“电报”，这种通信方式叫______。
（2）关于“数字通信”，下面的说法中不正确的是（ ）
A．现在的数字通信是用“0、1”两个不同的数字组合成各种数字信号来传递信息的
B．数字通信抗干扰能力强，不失真
C．数字通信传递的信号与声音的频率、振幅变化的情况完全一样
D．数字通信比模拟通信要先进得多
答案：
（1）模拟信号 模拟通信 数字通信
（2）C
[课堂总结]
（教学说明：
此环节，和学生一起口述，要优于在大屏幕上投放。
）
1．最简单的电话由话筒和听筒组成。
话筒把声信号变成电信号，听筒把电信号变成声信号。
听筒中有电磁铁，类似于扬声器。
2．电话交换机的使用是为了提高线路的利用率。
程控电话交换机的功能有：
来电显示、缩位拨号、遇忙回叫、呼叫转移、三方通话、语音信箱等。
3．电话分模拟和数字两种。
模拟信号在长距离传输中会引起信息丢失，导致图像声音的失真。
数字信号由于形式简单，抗干扰能力特别强，且还可以通过不同的编码进行加密。
[布置作业]
“动手动脑学物理”的1、3题。
板书设计
一、现代顺风耳——电话
电话
设计反思
“电话”在现代人们的生活中是不可或缺的一部分，本节课从社会焦点事件“5.12汶川大地震”引入，信息中断时人们求救无门时的无奈，让人们着实体验了一回“电话”对我们的生活有多么重要。
为了让学生真正认识电话的构造，设计本课时，让每个小组都有一部可供拆卸的电话机，此举体现物理是一门实验的科学，动手操作对物理学习来讲，十分重要。
为了引出电话交换机，让学生动手画圆圈当电话，通过多次连线，从中找到规律，让学生体验推理的严谨性。
为发挥学生平常的观察能力，让他们各抒己见说出自己对程控电话交换机功能的认识，受到表扬的学生会在日常生活中，更加注意观察，多积累相关知识。
对表现不太积极的同学也起到了很好的熏陶带动作用。
初中生仍然以形象思维为主，这样一来，他们理解模拟通信和数字通信就有一定的难度，为了突破这一难点，每一种通信方式在学习时，都精心设计了多员参与的小游戏，使学生在没有压力的情况下，轻松学会了知识。
真正体现了寓教于乐的教学理念。
参考资料
一、程控用户交换机的类型与功能
第一，用户交换机的作用
用户交换机是机关工矿企业等单位内部进行电话交换的一种专用交换机，其基本功能是完成单位内部用户的相互通话，但也装有出入中继线可接入公用电话网的市内网部分和网中用户通话（包括市通话，国内长途通话和国际长话）。
由于这类交换机系单位内部专用，故可根据用户需要增加若干附加性能以提供使用上的方便。
因此这类交换机具有较大的灵活性。
用户交换机是市话网的重要组成部分，是市话交换机的一种补充设备，因为它为市话网承担了大量的单位内部用户间的话务量，减轻了市话网的话务负荷。
另外用户交换机在各单位分散设置，更靠近用户，因而缩短了用户线距离，节省了用户电缆。
同时用少量的出入中继线接入市话网，起到话务集中的作用。
从这些方面讲，使用用户交换机都有较大的经济意义。
因此公用网建设中，不能缺少用户交换机的作用。
用户交换机在技术上的发展趋势是采用程控用户交换机，采用新型的程控数字用户交换机不仅可以交换电话业务，而且可以交换数据等非话业务，做到多种业务的综合交换、传输，为各单位组建综合业务数字网（ISDN）创造了条件。
目前已可接入ISDN用户。
SOPHO是世界上首部能处理ISDN业务的综合信息交换机，无论是提供的接口还是信令方式完全符合ISDN的规范。
可以坚信，在未来的ISDN网中程控数字用户交换机将发挥巨大的作用。
第二，程控用户交换机的类型
（1）宾馆型：
宾馆型程控用户交换机出入局话务量大，不需要直接拨入功能（DID），为此话务台功能要强。
为满足客人打长途电话的需要，应具有PAMA（PrivateAutomaticMessageAccounting）计费功能。
为满足宾馆客房管理软件，提供了以下功能：
①房间控制：
客人离店结账电话自动闭锁。
②留言中心：
对临时外出的客人的来话呼叫，提供留言服务。
③客房状态：
随时提供客房占用，空闲，是否打扫的情况。
④自动叫醒：
按客人需要，准时叫醒客人。
⑤请勿打扰：
为客人提供安静环境，客人在电话输入指令后，任何电话不能呼入，但超过一定时限失效。
⑥综合话音和数据系统：
使商务办公人员通过个人计算机从远处计算机或数据库，取得重要商业信息及资料。
（2）医院型：
这是装有医院特点软件的专用程控交换机。
软件功能中除具有宾馆功能外，还具有呼叫寄存，呼叫转移，病房紧急呼叫，热线电话及配合救护车的移动通信接口的功能。
（3）银行型：
银行型专用软件包括总行和分行间的通信联络，呼叫代答，警卫线路，外线保留等。
同时具备办公自动化PABX的功能。
（4）办公自动化型：
（OA）
①办公室人员需要最现代化的话音通道程控交换机完成一流的话音通信要求。
呼出要求快速自动直拨，即缩位拨号功能。
呼入要求全自动呼入，即DID（DirectInwardDialling）功能，避免话务员介入，提高效率。
②要解决办公桌的微机通过程控交换机使用内部的数据资源和外部的数据库。
目前程控用户交换机能提供传输速率为144kb/s的用户线数字传输通道，即2B＋D（64kb/s传输话音，64kb/s传输数据，16kb/s传输信令）。
并且通过异步、同步适配器传输方式，传输电报、传真、文字及固定图像等。
先进的第四代程控交换机可提供2Mb/s的传输通路，还可开展宽带非话业务，传输动态图像和电视电话等。
③提供X.25分组交换接口，提高与公用数据网及分组交换网并网能力。
④具有话音邮递和电子邮箱等功能。
⑤办公室自动化中的程控用户交换机需要更高的可靠性，否则影响将是十分严重的，为此必要的冗余度是重要的。
SOPHO协作开放式办公自动化系统便是此类型产品的杰出代表，具备先进完善的办公自动化功能。
（5）专网型：
具有组网汇接功能的程控用户交换机应具有多位号码存储，转发能力，直达优先路由选择，自动迂回，外线呼叫等级限制，等位拨号，功能透明，远端集中维护管理及话务台集中设置等。
对专网型程控交换机应着重考
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