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实验14：利用传感器制作简单的自动控制装置【5 年58 卷8 考】
类型
角度
考查要素
考查内容
教材实
验：传
感器的
特点研
究
研究热敏电阻阻值随
温度的变化规律(5 年
5 考)
实验猜想根据电阻温度与电表指针的偏转情况，猜想电阻阻值随温度的
变化关系
实验原理
器材使用
滑动变阻器的选择；电路图设计与实物图连接；欧姆调零；滑
动变阻器滑片起始接口端的选择
实验原理
数据处理
误差分析
调节电压表接口端，判断阻值大小；判断设计电路中的电阻类
型；求解热敏电阻阻值；求解温度或分析阻值随温度变化关
系；误差分析
研究硅二极管在恒定
电流条件下的正向电
压U 与温度t 的关系
(2019 全国Ⅱ23 题)
实验原理
数据处理
图像处理
已知电流大小，求解电压；已知温度的变化，判断二极管阻
值、电压表示数变化，根据电压表示数分析变阻器滑片调节方
向；结合图像计算二极管的测温灵敏度
原理应
用：控
制电路
的设计
自制简易电饭煲
(2022 河北12 题)
实验操作多用电表判断元件故障的实验操作
故障分析实验现象判断；元件故障分析
自制微小压力测量装
置(2023 湖南12 题)
电表读数
图像处理
多用电表读数；绘制电压U 与质量m 关系图
总结：
（1）类型角度；常以探究热敏电阻特点的角度考查实验操作和数据分析，也会对传感器在控制电路装
置中的应用和装置原理进行推理。
（2）考察要素与内容：考查不同传感器在不同条件下的电阻变化关系；应用传感器及其他元件进行设
计实验，使用多用电表判断元件是否故障；通过考查传感器实验的设计原理，分析实验中的电流、电
阻、电压等变化，并根据得到的数据、图像进行分析。
1
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实验一 门窗防盗报警装置
一、实验器材和装置
干簧管SA、继电器、发光二极管LED、电阻R、蜂鸣器H、电源(干电池6 V)、小磁体、开关。
二、电路工作原理
闭合电路开关S，系统处于防盗状态。当门窗紧闭时，磁体M 靠近干簧管SA，干簧管两个簧片被磁化相
吸而接通继电器线圈K，使继电器工作。继电器的动触点c 与常开触点a 接触，发光二极管LED 发光，显
示电路处于正常工作状态。当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电。继电器的
动触点c 与常闭触点b 接触，蜂鸣器H 发声报警。干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用，继电器则
相当于一个自动的双向开关。
三、实验步骤
1．连接电路前，要先判断一下干簧管是否可以正常工作。用磁体直接靠近干簧管，观察簧片能否正常动
作。
2．确定各元件可以正常工作后，按照上图所示连接电路。
3．接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象。
实验二 光控开关
一、实验器材和装置
可调电阻R1、限流电阻R2、光敏电阻RG。
三极管VT、发光二极管LED、继电器、小灯泡L、二极管D、电源等。
二、电路工作原理
1．三极管及其工作原理
晶体三极管是半导体基本元件之一，具有电流放大作用，在控制电路中常用作电子开关。本实验采用三极
管配合光敏电阻完成光控开关的任务。三极管由三个电极组成，分别是发射极e，基极b 和集电极c，有
2
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NPN 型和PNP 型两种(如图甲所示)。三极管的一个重要特性是，从基极输入一个较小的电流，就会在集电
极获得较大的电流。此外，三极管还具有完成断路和接通的开关作用。
甲 乙
2．光控开关电路
当环境光比较强时，光敏电阻RG的阻值很小，三极管不导通，发光二极管或继电器所在的回路相当于
断路，即发光二极管不工作；继电器处于常开状态，小灯泡L 不亮。
当环境光比较弱时，光敏电阻RG的阻值变大，三极管导通，且获得足够的基极电流，产生较大的集电
极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸合而点亮小灯
泡L。
四、实验步骤
1．按照图乙所示连接电路，检查无误后，接通电源。
2．让光敏电阻RG受到白天较强的自然光照射，调节电阻R1使发光二极管LED 或小灯泡L 刚好不发光。
3．遮挡RG，当光照减弱到某种程度时，就会看到发光二极管LED 或小灯泡L 发光。
4．让光照加强，当光照强到某种程度时，则发光二极管LED 或小灯泡L 熄灭。
如果实验现象不明显，可用手电筒加强光照，或遮盖光敏电阻，再进行观察。
6、注意事项
（1）安装前，对实验器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装。
（2）光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接。
A. 高考真题感知
1．（2022·河北·统考高考真题）某物理兴趣小组利用废弃电饭煲的部分器材自制简易电饭煲，设计电
路如图1 所示。选用的器材有：限温开关S1（手动将其按下，开始持续加热煮饭，当锅内温度高于103℃
时自动断开，之后不能自动闭合）；保温开关S2（当锅内温度高于80℃时自动断开，温度低于70℃时自动
3
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闭合）；电饭煲的框架（结构如图2 所示）。自备元件有：加热电阻丝R（阻值为60Ω，用于加热煮饭）；
限流电阻R1和R2，（阻值均为1kΩ）：指示灯L1和L2（2.5V，0.6W，当电流低于30mA 时可视为熄灭）；
保险丝T。
（1）按照兴趣小组设计的电路，下列说法正确的是 （多选）。
A．按下S1，L1和L2均发光
B．当锅内温度高于103℃时，S1自动断开，L1和L2均发光
C．保温过程中，S2自动在闭合、断开状态之间交替切换
D．当锅内温度低于70℃时，S2自动闭合，L1发光，L2熄灭
（2）简易电饭煲制作完成后，试用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常。在不增加元件的前提下，
断开电源，使用多用电表判断发生故障的元件。下列操作步骤的正确顺序是 （填写各步骤前的字
母）。
A．将选择开关旋转到“ × 100”位置
B．将两支表笔直接接触，调节“欧姆调零旋钮”，使指针指向欧姆零点
C．调整“指针定位螺丝”，使指针指到零刻度
D．测量指示灯L1两端的阻值
E．将选择开关置于OFF 位置或交流电压最高挡
4
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操作时，将多用电表两表笔与L1两端接触，若指针如图3 所示，可判断是 断路损坏；若指针如图4
所示，可判断是 断路损坏。（用电路中的元件符号表示）
2．（2022·重庆·高考真题）某兴趣小组研究热敏电阻在通以恒定电流时，其阻值随温度的变化关系。
实验电路如图所示，实验设定恒定电流为50.0μA，主要实验器材有：恒压直流电源E、加热器、测温仪、
热敏电阻RT、可变电阻R1、电流表A、电压表V。
（1）用加热器调节RT的温度后，为使电流表的示数仍为50.0μA，须调节 （选填一种给定的实
验器材）。当RT两端未连接电压表时，电流表示数为50.0μA；连接电压表后，电流表示数显著增大，须将
原电压表更换为内阻 （选填“远大于”“接近”“远小于”）RT阻值的电压表。
（2）测得RT两端的电压随温度的变化如图所示，由图可得温度从35.0°C 变化到40.0°C 的过程中，RT的阻
值随温度的平均变化率是
（保留2 位有效数字）。
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3．（2020·全国·统考高考真题）已知一热敏电阻当温度从10℃升至60℃时阻值从几千欧姆降至几百
欧姆，某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系。所用器材：电源E、开关S、滑动变阻器R（最大
阻值为20 Ω）、电压表（可视为理想电表）和毫安表（内阻约为100 Ω）。
(1)在答题卡上所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图 。
(2)实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的热敏电
阻阻值。若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5 V 和3.0 mA，则此时热敏电阻的阻值为 kΩ
（保留2 位有效数字）。实验中得到的该热敏电阻阻值R 随温度t 变化的曲线如图（a）所示。
(3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2kΩ。由图（a）求得，此
时室温为 ℃（保留3 位有效数字）。
(4)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，其电路的一部分如图（b）所示。图中，E 为直流电源
（电动势为10 V，内阻可忽略）；当图中的输出电压达到或超过6.0 V 时，便触发报警器（图中未画出）
报警。若要求开始报警时环境温度为50℃，则图中 （填“R1”或“R2”）应使用热敏电阻，另一固
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定电阻的阻值应为 kΩ（保留2 位有效数字）。
B. 限时针对训练
1．（2023·湖北·模拟预测）传感器担负着信息采集的任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能
够将感受到的物理量（如温度、光、声等）转换成便于测量的量（电学量），例如热敏传感器。某热敏电
阻RT阻值随温度变化的图线如图甲所示，图乙是由该热敏电阻RT作为传感器制作的简单自动报警器线路
图。问：
（1）为了使温度过高时报警器响铃，c 应接在 （选填“a”或“b”）处。
（2）若要使启动报警的温度降低些，应将滑动变阻器的滑片P 向移动 （选填“左”或“右”)。
（3）如果在调试报警器报警温度时，发现将报警器放在预定的报警温度的环境时，报警器一直报警，无
论如何调节滑动变阻器的滑片P，报警器都一直报警，可能的原因和解决的办法是 。
2．（2023·辽宁丹东·统考二模）2022 年丹东交警某次拦截进行例行检查过程中，用酒精检测仪进行检
测，结果显示驾驶人小王驾驶小型轿车，体内酒精含量为
，属于“酒驾”；而另一位小李驾
驶二轮摩托车，体内酒精含量为
，属于“醉驾”。现代社会，喝酒不开车已经成为基本行为
准则。某款酒精检测仪如图甲所示，核心部件为酒精气体传感器，其电阻
与酒精气体浓度的关系如图
乙所示。某同学想利用该酒精气体传感器设计一款酒精检测仪，除酒精气体传感器外，在实验室中找到了
如下器材：
A．蓄电池（电动势
，内阻
）
B．表头
（满偏电流
，内阻未知）
C．电流表
（满偏电流
，内阻未知）
D．电阻箱
（最大阻值
）
E.电阻箱
（最大阻值
）
F.电键及导线若干
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（1）该同学设计的测量电路如图丙所示，为将表头
的量程扩大为原来的10 倍，他进行了如下操作：
先断开电键
、
、
，将
、
调到最大值。合上电键
，将
拨到2 处，调节
，使表头
满偏，
电流表
示数为
。此时合上电键
，调节
和
，当电流表
仍为
时，表头
示数如图丁所示，
此时
为
，则改装电表时应将
调为
，改装结束后断开所有电键。
（2）该同学若将图中电键
、
合上，而将
拨到1 处，电阻箱
的阻值调为
，酒精气体浓度为
零时，表头
的读数为
。
（3）完成步骤（2）后，某次在实验室中测试酒精浓度时，表头指针指向
。已知酒精浓度在
之间属于“酒驾”；酒精含量达到或超过
属于“醉驾”，则该次测试的酒精浓
度属于范围 （选填“酒驾”或“醉驾”）
（4）使用较长时间后，蓄电池电动势降低，内阻增大，可调整 （“
”或“
”），则此时
所测的酒精气体浓度仍为准确值。
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3．（2023·陕西·二模）某同学利用下列实验器材设计一个电路来研究某压敏电阻
的压阻效应，然后
将该压敏电阻改装为压力传感器测量压力。已知该电阻
的阻值变化范围为
。供选择的实验
器材如下：
A．电源E：电动势为
，内阻不计
B．电流表
：量程为
，内阻
C．电流表
：量程为
，内阻
约为
D．电阻箱
：阻值范围
E.定值电阻
：
F.开关S、导线若干
（1）为了较准确地测量电阻
，某同学设计了图甲的实验电路图，根据所设计的电路图，设电流表
的示数分别为
，电阻箱的电阻为
，则
的测量值为
。
（2）该同学根据实验测量结果，做出压敏电阻
随所加外力F 的
图像，如图乙所示，则由此图像
可知，随压力F 的增大，压敏电阻
的阻值 （填“增大”、“减小”或“不变”）。
（3）该同学将这种压敏电阻
与一个量程为
的理想电压表按如图丙所示电路改装成测量压力的仪表，
已知电源
，内阻不计，为了使改装后的压力表的量程为
，压力为
时对应电压表
的
刻度，则定值电阻R 应取
，电压表
刻度对应压力表 N 的刻度。
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4．（2023 下·江西·高三校联考阶段练习）光敏电阻广泛的应用于光控制电路中，物理探究小组设计了
图甲所示的电路测量不同照度下的光敏电阻的阻值，照度单位为勒克斯（
）。小组成员先将照射光敏电
阻的光调至某一照度，将电阻箱阻值调到最大，先闭合电键
，再将电键
与1 连接，调节电阻箱的阻值
如图乙所示时，此时通过电流表G 的电流为I，然后将电键
与2 连接，当调节电阻箱的阻值如图丙所示
时，电流表的示数恰好也为I。
（1）图乙的读数
，图丙的读数
，此照度下光敏电阻的阻值
。
（2）图丁是该小组描绘出的光敏电阻的阻值随照度变化的关系图像，由图丁可知（1）中的光照度为
（保留两位有效数字）。
（3）此光敏电阻随光照强度的减小而 （填“增大”、“不变”或“减小”）。
（4）小组设计了如图戊所示的电路控制路灯，图戊中
为此实验的光敏电阻，
为滑动变阻器，电磁继
电器的衔铁由软铁（容易磁化和消磁）制成，
为电磁铁的线圈电阻，K 为单刀双掷开关。当光照强度小
到某一值时，衔铁就会被吸下，交流电路接通，当光照强度达到某一值时，衔铁就会被弹簧拉起，交流电
路就会断开，路灯熄灭，请在图戊中原有电路的基础上用笔画连接电路实现这一功能 。
5．（2022 上·云南·高三校联考阶段练习）某同学利用热敏电阻自制了一个简易温度计，其内部电路装
置如图甲所示，使用的器材有：直流电源（
，内阻不计）、毫安表（量程未知）、电阻箱R（最
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大阻值为
）、热敏电阻一个、开关
和
、导线若干。
（1）为了确定毫安表的量程和内阻，先把电阻箱的阻值调到最大，然后将开关
接至a 端，闭合开关
，
逐渐调节电阻箱的阻值，发现当毫安表指针刚好偏转至满偏刻度的
处，电阻箱的示数如图乙所示，此时
电阻箱的阻值
。将电箱的阻值调为
时，毫安表指针刚好偏转至满偏刻度的
处，由
此知毫安表的满偏电流
，内阻
。（后两问计算结果均保留两位有效数
字）
（2）将开关
接至b 端，闭合开关
，该温度计可开始工作，为了得到摄氏温度与电流之间的关系，该
同学通过查阅资料，发现自己使用的热敏电阻为负温度系数热敏电阻，其阻值在测量范围（包括
）内
随摄氏温度的降低而线性增加，比例系数为
，已知该电阻在
时的阻值为
，则该简易温度计
所测摄氏温度t 与电流I 之间满足
（用E、k、
、
、I 表示）。
6．（2023 下·湖北·高二校联考阶段练习）如图甲所示为苹果自动分拣装置的示意图，该装置把大小不
同的苹果，按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。该装置的托盘秤压在一个以
为转动轴的杠杆上，
杠杆末端压在压力传感器R 上，R 的阻值随压力变化的曲线如图乙所示。调节托盘秤压在杠杆上的位置，
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使质量等于分拣标准（0.15 kg）的大苹果经过托盘秤时，杠杆对R 的压力为1 N。调节可调电阻
，可改
变R、
两端的电压比，使质量等于分拣标准的大苹果通过托盘秤时，
两端的电压恰好能使放大电路中
的电磁铁吸动分拣开关的衔铁，此电压叫做放大电路的激励电压。该放大电路中包含保持电路，能够确保
大苹果在衔铁上运动时电磁铁始终保持吸动状态。
（1）当大苹果通过托盘秤时，R 所受的压力较大，电阻 （填“较大”“较小”）。
（2）自动分拣装置正常工作时，大苹果通过 （填“通道A”、“通道B”）。
（3）若电源电动势为5 V，内阻不计，放大电路的激励电压为2 V：
①为使该装置达到上述分拣目的，
的阻值等于 kΩ。（结果保留两位有效数字）
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②某同学想在托盘秤压在杠杆上的位置不变的情况下，利用一块电压表测出每个苹果的质量，电压表的示
数随苹果质量的增大而增大，则电压表应该并联在电阻 （填“R”、“
”或“电源”）两端。
③若要提高分拣标准到0.33 kg，仅将
的阻值调为 kΩ 即可实现。（结果保留两位有效数字）（提
示：托盘秤压在杠杆上的位置不变的情况下，压力传感器受到的压力与苹果的质量成正比）
7．（2022·湖北孝感·应城市第一高级中学校联考模拟预测）某同学用热敏电阻制作高温报警器。实验
器材如下，热敏电阻
、电磁继电器、蜂鸣器、小灯泡（额定电压
）、保护电阻r（阻值
）、变
阻箱R（
）、电池组两组（内阻不计）、多用电表（有温度挡）、铁架台、烧杯、开关及导线
若干。
（1）如图（a）所示是该热敏电阻的
曲线，由图像可以得到热敏电阻的阻值随温度的升高而
（选填“减小”、“不变”、“增大”）。
（2）如图（b）是某同学设计的高温报警器电路图，左边部分是控制电路，右边部分是报警装置，实验发
现控制电路电路不工作，合上开关S，用多用电表排查电路故障，则应将如图（c）所示的选择开关旋至
（选填“A”、“B”、“C”或“D”），若只有继电器线圈断路，则应发现表笔接入继电器线圈两端时多用电
表的指针 （选填“偏转”或“不偏转”），接入热敏电阻两端时多用电表的指针 （选填
“偏转”或“不偏转”）。
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（3）根据电磁继电器的技术数据，当热敏电阻
达到设定温度时，电磁继电器应自动吸合，报警装置报
警．已知控制电路电池组电动势为
，实测电磁继电器正常吸合时的电流为
，继电器
内阻为
，如果设置报警温度为
，至少应将变阻箱的电阻R 调节到
。想要让热敏电阻在
高温报警中更加“敏感”（即温度不是太高就报警），需要 （选填“增大”“减小”或“不
变”）变阻箱的电阻。
8．（2022·福建龙岩·统考三模）为了节能环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关
可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值R 随光的照度I 而发生变化的元件（照度可以反映光的强弱，光
越强，照度越大，照度单位为
）。
（1）某光敏电阻在不同照度下的阻值R 如下表所示，根据表中的数据，请在图甲的坐标系中描绘出阻值
随照度变化的曲线( )，并判断光敏电阻的阻值R 与照度I 是否成反比关系。答 ：（填“是”
或“否”）。
照度
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
阻值
5.8
3.7
2.7
2.3
2.0
1.8
（2）图乙为街道路灯自动控制电路，利用直流电源E 为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电。为达到
天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在 （填“
”或“
”）之间。
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（3）已知线圈的电阻为
，直流电源E 的电动势
，内阻忽略不计。当线圈中的电流大于
时，继电器的衔铁将被吸合，滑动变阻器
的阻值应调为
时，才能使天色渐暗照度低于
时点亮路灯。
（4）使用一段时间后发现，路灯在天色更亮时就已点亮了，为了使路灯能按设计要求点亮和熄灭，变阻
器
的阻值应适当调 些（选填“大”或“小”）。
9．（2022·四川宜宾·统考二模）为了节能环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关
可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件（照度可以反映光的强弱，光越
强，照度越大，照度单位为lx）。
（1）某光敏电阻R 在不同照度下的阻值如下表，根据表中已知数据，在如图甲的坐标系中描绘出了阻值
随照度变化的曲线。由图像可求出照度为0.6lx 时的电阻约为 kΩ。
照度/lx
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
电阻/kΩ
5.8
3.7
2.3
2.0
1.8
（2）如图乙，是街道路灯自动控制设计电路，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电。
为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在 （填“AB”或“BC”）之间。
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（3）用多用电表“×10 Ω”挡，按正确步骤测量图乙中电磁铁线圈电阻时，指针示数如图丙，则线圈的电阻
为 Ω；已知当线圈中的电流大于或等于2mA 时，继电器的衔铁将被吸合，图乙中直流电源的电动
势E＝6V，内阻忽略不计，滑动变阻器有两种规格可供选择：
R1（0～200Ω，1A）、R2（0～2000Ω，0.1A）。要求天色渐暗照度降低至1.0lx 时点亮路灯，滑动变阻器应
选择 （填“R1”、“R2”）。为使天色更暗时才点亮路灯，应适当将滑动阻变阻器的滑片向
（填“左”或“右”）端移动。
10．（2022·湖北·模拟预测）利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关
闭，黑夜打开。某同学利用如下器材制作了一个简易的路灯自动控制装置。
A．励磁线圈电源
B．路灯电源
C．路灯灯泡L D．定值电阻
E.光敏电阻
F.电磁开关 G.导线、开关等
（1）电磁开关的内部结构如图甲所示。1、2 两接线柱接励磁线圈（电磁铁上绕的线圈），3、4 两接线柱
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分别与弹簧片和触点连接，相当于路灯的开关。当流过励磁线圈的电流大于某个值时，电磁铁吸合铁片，
弹簧片和触点分离，3、4 断开，路灯熄灭。该同学首先用多用电表的欧姆挡测量励磁线圈的电阻，将选择
开关置于“×1”挡，调零后测量时的示数如图丙所示，则励磁线圈的电阻约为 Ω。
（2）图乙为光敏电阻的阻值随照度的变化关系（照度可以反映光的强弱，光越强，照度越大，单位为
lx）。从图中可以看出，光敏电阻的阻值随照度的增大而 （选填“减小”“不变”或“增大”）。
（3）如图丁所示，请你用笔画线代替导线，将该同学设计的自动控制电路补充完整 。
（4）已知励磁线圈电源
（内阻不计），定值电阻
。若设计要求当流过励磁线圈的电流为
0.05 A 时点亮路灯，则此时的照度约为 lx。
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