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专题17 热学
目录
01 热学···············································································2
考向一 分子动理论与固体 液体的性质···································································2
考向二 气体实验定律 理想气体状态方程······························································2
考向三 热力学定律与气体实验定律相结合·····························································19
考向四 热力学图像问题·····················································································22
1
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01 热学
考向一 分子动理论与固体 液体的性质
1．（2023·北京·高考真题）夜间由于气温降低，汽车轮胎内的气体压强变低。与白天相比，夜间轮胎内的
气体（ ）
A．分子的平均动能更小
B．单位体积内分子的个数更少
C．所有分子的运动速率都更小
D．分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更大
2．（2021·重庆·高考真题）图1 和图2 中曲线
分别描述了某物理量随分之间的距离变化的规律，
为平衡位置。现有如下物理量：①分子势能，②分子间引力，③分子间斥力，④分子间引力和斥力的合
力，则曲线
对应的物理量分别是（ ）
A．①③②
B．②④③
C．④①③
D．①④③
3．（2024·陕西渭南·统考一模）（多选）对一定量的气体，下列说法正确的是（ ）
A．气体的体积是所有气体分子的体积之和
B．气体的内能是分子热运动的动能和分子间的势能之和
C．气体的温度升高时，其分子平均动能一定会增加
D．当气体膨胀时，气体分子之间的势能减少，因而气体的内能减少
E．气体对器壁的压强是由大量分子对器壁的碰撞产生的
考向二 气体实验定律 理想气体状态方程
5．（2023·河北·高考真题）如图，某实验小组为测量一个葫芦的容积，在葫芦开口处竖直插入一根两端开
口、内部横截面积为
的均匀透明长塑料管，密封好接口，用氮气排空内部气体，并用一小段水柱封
闭氮气。外界温度为
时，气柱长度为
；当外界温度缓慢升高到
时，气柱长度变为
。
已知外界大气压恒为
，水柱长度不计。
（1）求温度变化过程中氮气对外界做的功；
（2）求葫芦的容积；
（3）试估算被封闭氮气分子的个数（保留2 位有效数字）。已知
氮气在
状态下的体
2
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积约为
，阿伏伽德罗常数
取
。
3
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6．（2023·浙江·高考真题）如图所示，导热良好的固定直立圆筒内用面积
，质量
的活
塞封闭一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。圆筒与温度300K 的热源接触，平衡时圆筒内气体处于
状态A，其体积
。缓慢推动活塞使气体达到状态B，此时体积
。固定活塞，升高
热源温度，气体达到状态C，此时压强
。已知从状态A 到状态C，气体从外界吸收热量
；从状态B 到状态C，气体内能增加
；大气压
。
（1）气体从状态A 到状态B，其分子平均动能________（选填“增大”、“减小”或“不变”），圆筒内
壁单位面积受到的压力________（选填“增大”、“减小”或“不变”）；
（2）求气体在状态C 的温度Tc；
（3）求气体从状态A 到状态B 过程中外界对系统做的功W。
4
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7．（2023·湖北·高考真题）如图所示，竖直放置在水平桌面上的左右两汽缸粗细均匀，内壁光滑，横截面
积分别为S、
，由体积可忽略的细管在底部连通。两汽缸中各有一轻质活塞将一定质量的理想气体封闭，
左侧汽缸底部与活塞用轻质细弹簧相连。初始时，两汽缸内封闭气柱的高度均为H，弹簧长度恰好为原长。
现往右侧活塞上表面缓慢添加一定质量的沙子，直至右侧活塞下降
，左侧活塞上升
。已知大气压
强为
，重力加速度大小为g，汽缸足够长，汽缸内气体温度始终不变，弹簧始终在弹性限度内。求：
（1）最终汽缸内气体的压强。
（2）弹簧的劲度系数和添加的沙子质量。
5
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8．（2023·湖南·高考真题）汽车刹车助力装置能有效为驾驶员踩刹车省力．如图，刹车助力装置可简化为
助力气室和抽气气室等部分构成，连杆
与助力活塞固定为一体，驾驶员踩刹车时，在连杆
上施加水
平力推动液压泵实现刹车．助力气室与抽气气室用细管连接，通过抽气降低助力气室压强，利用大气压与
助力气室的压强差实现刹车助力．每次抽气时，
打开，
闭合，抽气活塞在外力作用下从抽气气室最
下端向上运动，助力气室中的气体充满抽气气室，达到两气室压强相等；然后，
闭合，
打开，抽气
活塞向下运动，抽气气室中的全部气体从
排出，完成一次抽气过程．已知助力气室容积为
，初始压
强等于外部大气压强
，助力活塞横截面积为，抽气气室的容积为
。假设抽气过程中，助力活塞保持
不动，气体可视为理想气体，温度保持不变。
（1）求第1 次抽气之后助力气室内的压强
；
（2）第
次抽气后，求该刹车助力装置为驾驶员省力的大小
。
6
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9．（2022·河北·高考真题）水平放置的气体阻尼器模型截面如图所示，汽缸中间有一固定隔板，将汽缸内
一定质量的某种理想气体分为两部分，“H”型连杆活塞的刚性连杆从隔板中央圆孔穿过，连杆与隔板之间
密封良好。设汽缸内、外压强均为大气压强
。活塞面积为S，隔板两侧气体体积均为
，各接触面光
滑。连杆的截面积忽略不计。现将整个装置缓慢旋转至竖直方向，稳定后，上部气体的体积为原来的
，
设整个过程温度保持不变，求：
（i）此时上、下部分气体的压强；
（ii）“H”型连杆活塞的质量（重力加速度大小为g）。
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10．（2022·山东·高考真题）某些鱼类通过调节体内鱼鳔的体积实现浮沉。如图所示，鱼鳔结构可简化为
通过阀门相连的A、B 两个密闭气室，A 室壁厚、可认为体积恒定，B 室壁簿，体积可变；两室内气体视
为理想气体，可通过阀门进行交换。质量为M 的鱼静止在水面下H 处。B 室内气体体积为V，质量为m；
设B 室内气体压强与鱼体外压强相等、鱼体积的变化与B 室气体体积的变化相等，鱼的质量不变，鱼鳔内
气体温度不变。水的密度为ρ，重力加速度为g。大气压强为p0，求：
（1）鱼通过增加B 室体积获得大小为a 的加速度、需从A 室充入B 室的气体质量m；
（2）鱼静止于水面下H1处时，B 室内气体质量m1。
8
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11．（2022·全国·高考真题）如图，容积均为
、缸壁可导热的A、B 两汽缸放置在压强为
、温度为
的环境中；两汽缸的底部通过细管连通，A 汽缸的顶部通过开口C 与外界相通：汽缸内的两活塞将缸内气
体分成I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分，其中第II、Ⅲ部分的体积分别为
和
、环境压强保持不变，不计活塞
的质量和体积，忽略摩擦。
（1）将环境温度缓慢升高，求B 汽缸中的活塞刚到达汽缸底部时的温度；
（2）将环境温度缓慢改变至
，然后用气泵从开口C 向汽缸内缓慢注入气体，求A 汽缸中的活塞到达汽
缸底部后，B 汽缸内第Ⅳ部分气体的压强。
9
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12．（2022·全国·高考真题）如图，一竖直放置的汽缸由两个粗细不同的圆柱形筒组成，汽缸中活塞Ⅰ和
活塞Ⅱ之间封闭有一定量的理想气体，两活塞用一轻质弹簧连接，汽缸连接处有小卡销，活塞Ⅱ不能通过
连接处。活塞Ⅰ、Ⅱ的质量分别为
、m，面积分别为
、S，弹簧原长为l。初始时系统处于平衡状态，
此时弹簧的伸长量为
，活塞Ⅰ、Ⅱ到汽缸连接处的距离相等，两活塞间气体的温度为
。已知活塞外
大气压强为
，忽略活塞与缸壁间的摩擦，汽缸无漏气，不计弹簧的体积。（重力加速度常量g）
（1）求弹簧的劲度系数；
（2）缓慢加热两活塞间的气体，求当活塞Ⅱ刚运动到汽缸连接处时，活塞间气体的压强和温度。
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13．（2021·辽宁·高考真题）如图（a）所示，“系留气球”是一种用缆绳固定于地面、高度可控的氦气球，
作为一种长期留空平台，具有广泛用途。图（b）为某一“系留气球”的简化模型图；主、副气囊通过无
漏气、无摩擦的活塞分隔，主气囊内封闭有一定质量的氦气（可视为理想气体），副气囊与大气连通。轻
弹簧右端固定、左端与活塞连接。当气球在地面达到平衡时，活塞与左挡板刚好接触，弹簧处于原长状态。
在气球升空过程中，大气压强逐渐减小，弹簧被缓慢压缩。当气球上升至目标高度时，活塞与右挡板刚好
接触，氦气体积变为地面时的1.5 倍，此时活塞两侧气体压强差为地面大气压强的
。已知地面大气压强
p0=1.0×105Pa、温度T0=300K，弹簧始终处于弹性限度内，活塞厚度忽略不计。
（1）设气球升空过程中氦气温度不变，求目标高度处的大气压强p；
（2）气球在目标高度处驻留期间，设该处大气压强不变。气球内外温度达到平衡时，弹簧压缩量为左、
右挡板间距离的
。求气球驻留处的大气温度T。
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14．（2021·全国·高考真题）如图，一玻璃装置放在水平桌面上，竖直玻璃管A、B、C 粗细均匀，A、B
两管的上端封闭，C 管上端开口，三管的下端在同一水平面内且相互连通。A、B 两管的长度分别为
，
。将水银从C 管缓慢注入，直至B、C 两管内水银柱的高度差
。已知外界大
气压为
。求A、B 两管内水银柱的高度差。
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15．（2021·全国·高考真题）如图，一汽缸中由活塞封闭有一定量的理想气体，中间的隔板将气体分为
A、B 两部分；初始时，A、B 的体积均为V，压强均等于大气压p0，隔板上装有压力传感器和控制装置，
当隔板两边压强差超过0.5p0时隔板就会滑动，否则隔板停止运动。气体温度始终保持不变。向右缓慢推动
活塞，使B 的体积减小为
。
（i）求A 的体积和B 的压强；
（ⅱ）再使活塞向左缓慢回到初始位置，求此时A 的体积和B 的压强。
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16．（2021·湖南·高考真题）小赞同学设计了一个用电子天平测量环境温度的实验装置，如图所示。导热
汽缸开口向上并固定在桌面上，用质量
、截面积
的活塞封闭一定质量的理想气体，活
塞与汽缸壁间无摩擦。一轻质直杆中心置于固定支点
上，左端用不可伸长的细绳竖直悬挂活塞，右端用
相同细绳竖直悬挂一个质量
的铁块，并将铁块放置到电子天平上。当电子天平示数为
时，
测得环境温度
。设外界大气压强
，重力加速度
。
（1）当电子天平示数为
时，环境温度
为多少？
（2）该装置可测量的最高环境温度
为多少？
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17．（2024·广东·统考一模）现在很多小汽车配备了胎压检测传感器，可以测出实时轮胎气压，一汽车在
27℃（300K）时显示轮胎气压为210kPa（
），所在地突然经历了“一天入冬”的天气变化，
气温从27℃骤降到
（270K），（已知一定质量的理想气体满足
）
（1）该汽车胎压值低于190kPa 会作出报警提示，忽略轮胎体积变化，请结合计算判断降温后胎压检测是
否会报警？
（2）降温前（温度为300K）由于装载货物，轮胎内气体体积变为原来的
（气体温度不变，没有漏气），
求此时轮胎内气体的压强。
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18．（2024·吉林白山·统考一模）如图是模拟汽车上常用的一种减震装置—气体弹簧的简化模型结构图。
直立圆柱形密闭气缸导热良好，面积为
的活塞通过连杆与车轮轴连接。初始时重力忽略不计
的气缸内密闭一段长度为
，压强等于大气压强
的理想气体。气缸与活塞间的摩擦
忽略不计。车辆载重时相当于在气缸顶部增加一个物体A，稳定时汽车重量由减震装置支撑，且封闭气体
被压缩了
，气体温度保持不变。
（1）求物体A 的重力大小；
（2）为使气缸升到原位置，求需向气缸内充入与气缸温度相同大气的体积。
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19．（2024·青海·校联考一模）医院用的氧气瓶（导热性良好）如图所示，氧气瓶通过细管和右边封闭的
均匀玻璃直管（导热性良好，且其容积相对氧气瓶的容积可以忽略不计）相连，玻璃直管内用一很薄的水
银片（质量和厚度不计）在玻璃管下方封闭了一段空气柱
，开始时瓶内氧气的压强为10 个标准大气压，
封闭的空气柱
的长度为
，随着氧气的使用，一段时间后发现水银片上升了
（未到达玻璃管顶
部），使用过程中环境的热力学温度变成了原来的
，已知一个标准大气压为
，氧气与空气均视
为理想气体。求：
（1）此时氧气瓶内的压强；
（2）此时瓶内剩余氧气的质量占原来氧气总质量的百分比。
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20．（2024·四川内江·统考一模）如图，是一种汽车空气减震器的模型，其主要构造是导热性良好的气缸
和横截面积为S=36cm2的活塞，活塞通过连杆与车轮轴连接。将装有此减震装置的汽车，固定在倾角为
37°的斜面上，连杆与斜面垂直，初始时气缸内密闭有体积为V1=800cm3，压强为P1=1.2×105Pa 的理想气体，
环境温度为T1=300K，气缸与活塞间的摩擦忽略不计，大气压强始终为p0=1.0×105Pa。现在气缸顶部固定一
个物体A，稳定时气缸内气体体积缩小了200cm3，该过程中气体温度保持不气缸变。重力加速度取
g=10m/s2。求：
（1）气缸和物体A 的总质量；
（2）由于环境温度的变化，气缸内气体的体积逐渐恢复到了610cm3，体积恢复后的环境温度。
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考向三 热力学定律与气体实验定律相结合
21．（2023·山东·高考真题）（多选）一定质量的理想气体，初始温度为
，压强为
。经等容
过程，该气体吸收
的热量后温度上升
；若经等压过程，需要吸收
的热量才能使气体温度上
升
。下列说法正确的是（ ）
A．初始状态下，气体的体积为
B．等压过程中，气体对外做功
C．等压过程中，气体体积增加了原体积的
D．两个过程中，气体的内能增加量都为
22．（2022·山东·高考真题）如图所示，内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初
始时汽缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将汽缸缓慢转动
过程中，缸内气体（ ）
A．内能增加，外界对气体做正功
B．内能减小，所有分子热运动速率都减小
C．温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少
D．温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加
23．（2022·湖南·高考真题）（多选）利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图，一冷热气体分离
装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成。高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中，然后
以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子
热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位。气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板
碰撞后反向，从A 端流出，边缘部位气流从B 端流出。下列说法正确的是（ ）
A．A 端为冷端，B 端为热端
B．A 端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B 端流出的
C．A 端流出的气体内能一定大于B 端流出的
D．该装置气体进出的过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律
E．该装置气体进出的过程既满足能量守恒定律，也满足热力学第二定律
24．（2021·湖南·高考真题）（多选）如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞（截
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面积分别为
和
）封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。在左端活塞上缓慢加细沙，活塞
从
下降高度到
位置时，活塞上细沙的总质量为
。在此过程中，用外力
作用在右端活塞上，使活
塞位置始终不变。整个过程环境温度和大气压强
保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为
。
下列说法正确的是（ ）
A．整个过程，外力
做功大于0，小于
B．整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变
C．整个过程，理想气体的内能增大
D．整个过程，理想气体向外界释放的热量小于
E．左端活塞到达
位置时，外力
等于
25．（2021·江苏·高考真题）如图所示，一定质量理想气体被活塞封闭在汽缸中，活塞的面积为S，与汽缸
底部相距L，汽缸和活塞绝热性能良好，气体的压强、温度与外界大气相同，分别为
和
。现接通电热
丝加热气体，一段时间后断开，活塞缓慢向右移动距离L 后停止，活塞与汽缸间的滑动摩擦为f，最大静摩
擦力等于滑动摩擦力，整个过程中气体吸收的热量为Q，求该过程中
（1）内能的增加量
；
（2）最终温度T。
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26．（2021·河北·高考真题）两个内壁光滑、完全相同的绝热汽缸A、B，汽缸内用轻质绝热活塞封闭完全
相同的理想气体，如图1 所示，现向活塞上表面缓慢倒入细沙，若A 中细沙的质量大于B 中细沙的质量，
重新平衡后，汽缸A 内气体的内能 （填“大于”“小于”或“等于”）汽缸B 内气体的内能，图2
为重新平衡后A、B 汽缸中气体分子速率分布图像，其中曲线 （填图像中曲线标号）表示汽缸B 中
气体分子的速率分布规律。
27．（2024·四川绵阳·统考二模）（多选）对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是（ ）
A．若气体内能增大，则分子的平均动能增大
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B．若气体不与外界进行热传递，可以在减小体积的同时，降低温度
C．若气体发生等温膨胀，则气体对外界做功和吸收的热量数值相等
D．若气体的温度升高，体积不变，则单位时间内气体对容器壁冲量增大
E．若气体先等压膨胀再等温压缩，内能可能不变
28．（2024·上海黄浦·统考一模）航天员从天和核心舱的节点舱出舱，顺利完成了舱外操作。节点舱具有
气闸舱功能，航天员出舱前先要减压，从太空返回航天器后要升压。其简化示意图如图，相通的舱A、B
间装有阀门K，A 中充满理想气体，B 内为真空，若整个系统与外界没有热交换。打开K 后，A 中的气体
进入B，气体的内能( )。最终达到平衡后，气体分子单位时间内撞击单位面积舱壁的分子数( )
A．增大 B．减小 C．不变
考向四 热力学图像问题
29．（2023·重庆·高考真题）密封于气缸中的理想气体，从状态依次经过ab、bc 和cd 三个热力学过程达
到状态d。若该气体的体积V 随热力学温度T 变化的V-T 图像如图所示，则对应的气体压强p 随T 变化的p-
T 图像正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
30．（2023·辽宁·高考真题）“空气充电宝”是一种通过压缩空气实现储能的装置，可在用电低谷时储存
能量、用电高峰时释放能量。“空气充电宝”某个工作过程中，一定质量理想气体的p-T 图像如图所示。
该过程对应的p-V 图像可能是（ ）
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A．
B．
C．
D．
31．（2022·北京·高考真题）如图所示，一定质量的理想气体从状态a 开始，沿图示路径先后到达状态b
和c。下列说法正确的是（ ）
A．从a 到b，气体温度保持不变
B．从a 到b，气体对外界做功
C．从b 到c，气体内能减小
D．从b 到c，气体从外界吸热
32．（2022·江苏·高考真题）如图所示，一定质量的理想气体分别经历
和
两个过程，其中
为等温过程，状态b、c 的体积相同，则（ ）
A．状态a 的内能大于状态b
B．状态a 的温度高于状态c
C．
过程中气体吸收热量
D．
过程中外界对气体做正功
33．（2022·辽宁·高考真题）一定质量的理想气体从状态a 变化到状态b，其体积V 和热力学温度T 变化图
像如图所示，此过程中该系统（ ）
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A．对外界做正功B．压强保持不变
C．向外界放热
D．内能减少
34．（2022·湖北·高考真题）一定质量的理想气体由状态a 变为状态c，其过程如p—V 图中a→c 直线段所
示，状态b 对应该线段的中点。下列说法正确的是（ ）
A．a→b 是等温过程
B．a→b 过程中气体吸热
C．a→c 过程中状态b 的温度最低
D．a→c 过程中外界对气体做正功
35．（2022·全国·高考真题）（多选）一定量的理想气体从状态a 变化到状态b，其过程如
图上从a
到b 的线段所示。在此过程中（ ）
A．气体一直对外做功
B．气体的内能一直增加
C．气体一直从外界吸热
D．气体吸收的热量等于其对外做的功
E．气体吸收的热量等于其内能的增加量
36．（2023·福建·高考真题）一定质量的理想气体经历了A→B→C→D→A 的循环过程后回到状态A，其
图如图所示。完成一次循环，气体内能 （填“增加”“减少”或“不变”），气体对外界
（填“做正功”“做负功”或“不做功”），气体 （填“吸热”“放热”“不吸热”或“不放
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热”）。
37．（2021·全国·高考真题）如图，一定量的理想气体经历的两个不同过程，分别由体积-温度（V-t）图上
的两条直线I 和Ⅱ表示，V1和V2分别为两直线与纵轴交点的纵坐标；t0为它们的延长线与横轴交点的横坐
标，t0是它们的延长线与横轴交点的横坐标，t0=-273.15℃；a、b 为直线I 上的一点。由图可知，气体在状
态a 和b 的压强之比
= ；气体在状态b 和c 的压强之比
= 。
38．（2024·广东惠州·统考二模）如图所示，一定质量的理想气体从状态a 变化到状态b，其过程如p-V 图
中从a 到b 的直线所示，在此过程中（ ）
A．气体温度一直下降
B．气体的内能先增大后减小
C．外界对气体一直做正功
D．气体吸收的热量一部分用于对外做功
39．（2024·陕西宝鸡·统考模拟预测）如图，一定质量的理想气体经历了A→B→C 的状态变化过程，在此
过程中气体的内能增加了135J，气体从外界吸收了45J 的热量，已知状态A 时气体的体积VA=600cm3。求：
（1）状态C 时气体的体积
；
（2）状态A 时气体的压强
。
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