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第50 讲 热学实验
目录
01
考情解码·命题预警2
02 体系构建·思维可视.........................................................................................................................3
03 核心突破·靶向攻坚.........................................................................................................................4
考点一 用油膜法估测油酸分子的大小............................................................................................4
知识点 用油膜法估测油酸分子的大小.....................................................................................................4
考向 用油膜法估测油酸分子的大小.........................................................................................................5
考点二 探究气体等温变化的规律..................................................................................................11
知识点 探究气体等温变化的规律....................................................................................................11
考向 探究气体等温变化的规律...............................................................................................................13
04 真题溯源·考向感知.......................................................................................................................20
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考点要求
考察形式
2025 年
2024 年
2023 年
热学实验
选择题
非选择题
\
\
\
考情分析：
1．四川卷中热学实验相关内容考查频率相对不高，但仍是重要组成部分，题型、难度等具有一定特点，
且常与热学其他知识综合考查。
2．从命题思路上看，试题情景为
考查内容多基于教材中的热学实验原理，如探究等温条件下气体压强与体积的关系实验，可能会在教材原
型实验基础上，通过改变实验装置或实验条件等方式进行创新考查，要求考生灵活运用所学实验知识，理
解实验的本质和原理。
复习目标：
目标一：对于 “用油膜法估测油酸分子直径” 实验，要透彻理解其核心原理，即把油酸分子视为球形，
且油酸在水面上形成单分子层油膜，油膜的厚度就等于油酸分子的直径。
目标二：针对 “探究等温条件下气体压强与体积的关系” 实验，要深刻理解实验依据的玻意耳定律，明
确实验中 “等温” 条件的重要性，以及如何保证实验过程中气体温度不变（如缓慢操作，避免气体与外
界发生明显热交换；实验装置避免阳光直射等）。
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考点一 用油膜法估测油酸分子的大小
知识点 用油膜法估测油酸分子的大小
一、实验原理
实验采用油酸在水面上形成一层 油膜的方法估测油酸分子的大小。当把一滴用酒精稀释过的油
酸滴在水面上时，油酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水，并很快挥发，在水面上形成如图甲所示形状
的一层纯 薄膜。如果算出一定体积的油酸在水面上形成的单分子油膜的面积，即可算出油酸分
子的大小。用V 表示一滴油酸酒精溶液中所含纯油酸的体积，用S 表示单分子油膜的面积，用d 表示油酸
分子的直径，如图乙所示，则d＝ 。
二、实验器材
清水、浅盘、注射器（或胶头滴管）、坐标纸、玻璃板、爽身粉（或石膏粉）、油酸酒精溶液、烧杯（或
量筒）、彩笔。
三、实验过程
1.在 中盛入适量的水（约2 cm 深），静置一段时间使水处于稳定状态。
2.用注射器（或胶头滴管）取事先配好的体积浓度为k 的 溶液，逐滴滴入烧杯（或量筒）中，记
下滴入1 mL 溶液的滴数N。
3.将适量爽身粉（或石膏粉） 地撒在水面上。
4.用注射器（或胶头滴管）靠近水面将一滴 溶液滴在水面上。
5.待油酸膜的面积稳定后，把玻璃板放在浅盘上，用彩笔描绘出 的形状。
四、数据处理
1.计算一滴溶液中油酸的体积：V＝k
N （mL）。
2.计算油膜的面积S：以边长为1 cm 的正方形为单位，计算轮廓内正方形的个数，大于半个的算
，不足半个的 。
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3.计算油酸的分子直径：d＝V
S （注意单位统一）。
五、注意事项
1.在水面上撒爽身粉（或石膏粉）时，注意不要触动浅盘中的水。
2.在有机玻璃板上描绘轮廓时动作要轻而迅速，眼睛视线要始终与玻璃板垂直。
3.油酸酒精溶液配制后不要长时间放置，以免改变浓度，产生误差。
4.注射器针头高出水面的高度应在1 cm 之内。当针头靠水面很近（油酸未滴下之前）时，会发现针头下
方的粉层已被排开，是由针头中酒精挥发所致，不影响实验效果。
5.本实验只要求估算油酸分子的大小，实验结果数量级符合要求即可。
考向 用油膜法估测油酸分子的大小
例1（2025·四川眉山·高三月考）在做“用油膜法估测分子的大小”的实验时，油酸酒精溶液的浓度为每
1000mL 溶液中有纯油酸0.2mL，用量筒和注射器测得1mL 上述溶液有80 滴，用注射器把一滴该溶液滴入
表面撒有痱子粉的浅盘里，待水面稳定后，画出油酸薄膜的轮廓如图所示，图中正方形小方格的边长为
1cm。（结果均保留两位有效数字）
(1)油酸薄膜的面积是 m
2；
(2)根据上述数据，估测出油酸分子的直径是 m；
(3)某同学实验中得到的结果比大多数同学的结果偏大，出现这种结果的原因，下列说法可能正确的是（
）
A．油酸中含有大量酒精
B．计算油膜面积时，所有不足一格的方格都作为整格计入
C．水面上爽身粉撒得较多，油酸未完全散开
【变式训练1】（2025·四川绵阳·高三月考）在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中：
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(1)估测油酸分子大小的实验原理包括以下内容（ ）
A．油酸在水面上形成一层单分子纯油酸薄膜
B．油膜中的油酸分子间没有间隙
C．把油酸分子看作立方体
D．把油酸分子看作小球
(2)用移液管量取0.25mL 油酸，加入适量酒精后得到500mL 的油酸酒精溶液。用注射器吸取1mL 油酸酒精
溶液，逐滴滴出，共100 滴。再用滴管取配好的油酸酒精溶液，向撒有痱子粉的盛水浅盘中滴下1 滴溶
液，在液面上形成油酸薄膜，待油膜形状稳定后，放在带有正方形方格的玻璃板下观察油膜，如图所示。
方格的大小为1cm×1cm。由此估算出油酸分子的直径是 m。（保留1 位有效数字）
(3)下列操作，将导致油酸分子大小测量值偏小的是（ ）
A．将油酸酒精溶液的体积作为油酸的体积进行计算
B．水面上痱子粉撒得太多导致油膜没有充分散开
C．计算油膜面积时，将所有不足一格的方格计为一格
D．计算油膜面积时，没有计入散落在水面其它位置的小油膜
【变式训练2】做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验。
(1)下列实验步骤的正确顺序是DE 。
A．往浅盘里倒入适量的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上
B．用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待油酸膜形状稳定
C．将画有油酸膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油酸膜的面积，根据油酸的体积和油酸膜的面积
计算出油酸分子直径的大小
D．向V 2的油酸中加酒精，直至总量达到V 1
E.用注射器将配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，测得n滴溶液的体积为V 0
F.将玻璃板放在浅盘上，然后将油酸膜的形状用笔描绘在玻璃板上
(2)用油膜的面积测量分子直径的思想与下列哪个实验的思想相同______。
A．探究加速度与力和质量的关系
B．验证平行四边形定则
C．用双缝干涉实验测量光的波长
(3)把一滴该溶液滴入盛水的撒有痱子粉的浅盘中，待油膜形状稳定后，描出油酸薄膜的轮廓形状如图所
示，图中每个小正方形的边长为a，则油酸薄膜的面积S = ；可求得油酸分子的直径为 （用V 1
、V 2、V 0、n、S表示）。
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(4)若某学生测得的油酸分子直径偏小，可能是由于______。
A．油酸未完全散开
B．配置好油酸酒精溶液后放置了很久才开始实验
C．计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格
D．把n滴溶液记成了n+1滴
【变式训练3】某同学在实验室用油膜法估测油酸分子直径。
(1)该实验中的没有应用到的理想化假设是__________（填正确答案标号）。
A．将油膜看成单分子层油膜
B．不考虑相邻油酸分子的间隙
C．不考虑各油酸分子间的相互作用力
D．将油酸分子看成球形
(2)实验主要步骤如下：
①向体积V 油=5ml的油酸中加酒精，直至总量达到V 总=10
4 mL；
②用注射器吸取配制好的油酸酒精溶液，把它一滴一滴地滴入小量筒中，当滴入n=100 滴时，测得其体积
恰好是V 0=1mL；一滴油酸酒精溶液中含有油酸的体积为 m
3。
③先往浅盘里倒入2cm 深的水，然后将爽身粉均匀地撒在水面上；
④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液，待油酸薄膜形状稳定后，将事先准备好的玻璃板放在浅盘上，
并在玻璃板上描下油酸膜的形状；
⑤如图将画有油膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，数出轮廓范围内小方格数，小方格的边长为L=1cm，计
算出油膜面积S= cm2。
(3)油酸分子的直径d = m（结果保留一位有效数字）。
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(4)实验中最终得到的油酸分子直径数据偏大，可能是因为（ ）
A．油酸酒精溶液浓度计算值低于实际值
B．水面上痱子粉撒得太多，油膜没有充分展开
C．计算油膜面积时，舍去了所有不足一格的方格
D．用注射器和量筒测溶液体积时，溶液滴数时多记录了几滴
【变式训练4】（2025·四川绵阳·高三月考）某同学采用“油膜法”估测分子的大小。
(1)在该实验中，体现的物理思想方法是________；
A．放大法
B．理想模型法
C．控制变量法
D．等效替代法
(2)实验中，将油酸溶于酒精，其浓度为每104mL 溶液中有纯油酸6mL。用注射器测得1mL 上述溶液有75
滴，把1 滴该溶液滴入表面撒有痱子粉的盛水浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，用彩笔在玻
璃板上描出油酸膜的轮廓，再把玻璃板放在坐标纸上，测出其面积。则：
①每滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是 mL；（保留两位有效数字）
②某次实验测得油膜面积为S，纯油酸的体积为V，则油酸分子直径D= ；（用题中给定的字母表
示）
③某同学在用油膜法估测分子直径实验中，计算结果明显偏大，可能的原因是由于下列选项中的
。
A．油酸未完全散开
B．油酸中含有大量的酒精
C． 计算油膜面积时舍去了所有不足一格的方格
D．求每滴体积时1mL 的溶液的滴数误多记了10 滴
(3)若实验时痱子粉撒的太厚，则所测的分子直径会 (选填“偏大”或“偏小”)。
考点二 探究气体等温变化的规律
知识点 探究气体等温变化的规律
一、实验器材
带铁夹的铁架台、 、柱塞（与压力表密封连接）、压力表、 、刻度尺。
二、实验步骤与操作
1.如图甲所示，组装实验器材。
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2.注射器两端有柱塞和橡胶套，管内密封一段 柱，这段空气柱就是我们的研究对象。在实验过
程中，我们可以近似认为空气柱的质量和 不变。
3.用手把柱塞向下压，选取几个位置，同时读出刻度尺读数与 读数，记录数据。
4.用手把柱塞向上拉，选取几个位置，同时读出 读数与压力表读数，记录数据，计算出气体体
积，也可以直接用刻度尺读数作为空气柱体积。
5.以压强p 为纵坐标，以体积的倒数1
V 为横坐标，把以上各组数据在坐标系中描点，观察图像，进一步确
定p 与1
V 的关系。
三、数据记录与处理
1.设计表格记录数据
空气柱高度d/cm
空气柱体积V/mL
压强p/（105 Pa）
1
V /mL－1
2.根据数据
绘制p- 1
V 图像（如图乙所示）。
3.实验结论
在 不变的条件下，一定质量的理想气体，气体压强与体积成 。
四、误差分析
1.漏气造成空气柱质量变化。
改进措施：给注射器柱塞涂润滑油，使橡胶套尽量密封，压强不要 。
2.空气柱温度不恒定造成误差。
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改进措施：尽量在恒温环境操作，移动柱塞尽量 。
3.空气柱体积和气压测量不准确。
改进措施：采用较细的注射器和准确度高的压力表。
五、注意事项
1.适用条件是温度保持不变，所以操作要缓慢，才能保证 不变。
2.要等到示数稳定之后，再去读数。
3.研究对象为一定质量的气体，要防止 。
考向 探究气体等温变化的规律
例1（2025·四川乐山·高三月考）某同学用注射器和传感器探究一定质量的气体发生等温变化时压强与体
积的关系。注射器一端连接压强传感器，另一端利用活塞封闭一定量的气体，如图1 所示。推动活塞压缩
气体，记录多组注射器上的体积刻度和传感器的压强示数。
(1)为保证注射器内封闭气体的温度不发生明显变化，应该（ ）
A．推拉活塞时，要用手握注射器
B．推拉活塞时，要缓慢推拉活塞
C．推拉活塞时，要快速推拉活塞
(2)某同学在一次实验中，计算机屏幕上显示出如图2 所示的p−V 图线（其中实线是实验所得图线，虚线
为一根参考双曲线），仔细观察不难发现，该图线与玻意耳定律不够吻合，造成这一现象的可能原因是
（选填“活塞处漏气”或“环境温度升高”）；
(3)根据（2）中的判断，为了减小误差，应采取的措施是 ；
(4)调整好器材后，该同学在不同温度下完成实验，得到了如图3 所示的p−V 图线，并在图像中找到了气
体的三个状态A、B、C。
①气体处于A、C状态时温度分别为T 1和T 2，则可知
T 1
T 2
= ；（用图中字母表示）
②在A →B→C的过程中，密封气体从外界吸收了热量Q （选填“大于”“小于”或“等于”）
气体对活塞做的功W 。
【变式训练1】（2025·四川内江·高三月考）某实验小组用如图所示的装置，做“探究气体等温变化的规
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律”的实验。则：
(1)有关此实验，下列说法正确的是__________。
A．在柱塞上涂抹润滑油的目的是为了防止漏气，以保证气体质量不变
B．用手握住注射器，便于更好的推动柱塞
C．实验中应缓慢推动柱塞以保证气体的温度不变
D．该实验一定要测量柱塞的横截面积
(2)实验中，根据测量的多组数据绘制出p−V 图像，如图所示。根据所得到的曲线 （选填“能”或
“不能”）得出一定质量的气体在温度不变时，气体压强p与体积V 成反比。若要更直观地探究一定气体
压强p与体积V 的变化规律，应绘制某温度下，一定质量气体的 （选填“ 1
p −1
V ”或“p−1
V
”）图像。
(3)如图所示，某小组在环境温度明显升高时，其他操作规范且正确，最终得到的图像可能是 ；
如果实验过程中，随着压强增大橡皮塞缓慢漏气，则可能的图像是 。
A．
B．
C．
D．
【变式训练2】（2025·四川绵阳·高三月考）某同学用图示实验装置探究一定质量的气体等温变化的规律。
将注射器水平固定，由于没有压强传感器，于是他把活塞和压力传感器相连，可测出移动活塞时，传感器
对活塞的压力F，然后把注射器活塞移动到体积最大的位置，并用橡皮帽封闭注射器右侧的细管。在温度
不变的条件下缓慢移动活塞压缩气体并记录多组压力F 和体积V 的值，假设活塞受到的摩擦可忽略不计。
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（1）乙同学根据实验数据作出F −1
V 的图像如图，已知图像的斜率为k，图像与纵轴交点的纵坐标的绝对
值为b，假设注射器内的气体的状态变化遵循玻意耳定律，若细管内气体体积可忽略，则气体刚被封闭时
的体积为 （用k 和b 表示）；
【变式训练3】（2025·四川遂宁·高三月考）在物理实验课上，小张利用智能压强计和带有刻度的透明塑料
筒进行玻意耳定律的探究实验（如图）。透明塑料筒一端封闭，另一端有可自由滑动的活塞，活塞与筒壁
间摩擦忽略不计，筒的横截面积S =2cm
2。初始时，筒内封闭空气柱长度L1=15cm，智能压强计显示此时
筒内气体压强p1=1.0×10
5Pa，外界大气压强p0=1.0×10
5Pa，且外界大气压强和环境温度保持恒定。
(1)缓慢拉动活塞，使空气柱体积逐渐增大，当空气柱长度变为L2=30cm时，根据玻意耳定律计算此时筒
内气体的压强p2= Pa（计算结果保留一位小数）；
(2)每拉动一段距离后，等待压强计示数稳定，记录此时空气柱长度L和对应的压强p，计算出对应的体积
V，重复以上步骤获取多组V 和p的数据，为了能直观地判断气体压强p 与气体体积V 的函数关系，应作出
（选填“p−V ”或“p−1
V ”）图像。对图线进行分析，如果在误差允许范围内该图线是一条过原点的
倾斜直线，就说明一定质量的气体在温度不变时，其压强与体积成 比（选填“正”或“反”）。
(3)另一位同学在不同温度环境下，重复了上述实验，实验操作和数据处理均正确。环境温度分别为T 1、
T 2，且T 1＞T 2。在如图所示的四幅图中，可能正确反映相关物理量之间关系的是
A．
B．
C．
D．
(4)某同学参照步骤（1）做实验，唯独漏掉了“往活塞上涂油”的步骤，则实验结果测得的压强值
（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。
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【变式训练4】（2025·四川绵阳·高三月考）某实验小组使用如图甲所示装置探究等压情况下一定质量气体
的体积与温度的关系。注射器中密封了一定质量的气体，柱塞下使用细绳悬挂一重物，整个装置置于控温
箱内，控温箱内气体始终与外界相通，通过改变控温箱温度读取多组温度、体积数值，并作体积热力学温
度图像。
(1)实验过程中，下列说法正确的是（ ）
A．改变控温箱温度后，应等待足够长时间，温度计示数稳定后再读取空气柱体积
B．柱塞处涂抹润滑油的目的是为了减小摩擦而非密封气体
C．实验过程要保证空气柱密闭性良好
(2)若实验操作规范无错误，作出V −T图像，如图乙所示，图像不过原点的原因是 。
(3)改变重物质量，再次实验，得到两条直线，如下图所示，两条直线斜率分别为k1、k2，重物及柱塞质量
之和分别为m1、m2，则m1、m2的大小关系满足m1 m2（选填>或<），若测得柱塞横截面积为S，重
力加速度为g，大气压强为p0，重物及柱塞质量之和为m1时注射器中密封气体的压强p1= 。
(4)某组员认为：若将控温箱密闭，与外界大气不相通，当控温箱内温度缓慢升高时，柱塞和重物的高度会
不降反升，请问其观点是否正确？ （选填“正确”、“不正确”）
【变式训练5】（2025·四川成都·三模）某同学利用图示装置探究一定质量的理想气体在温度不变时压强p
与体积V 的关系。如图所示，U 形管两端是粗细均匀的细玻璃管，中间是软管。右边玻璃管上端开口与大
气相通，左边带刻度尺的玻璃管上端封闭，其内部用水银封闭一段空气，抬高U 形管右端，使右侧水银面
高于左侧。已知大气压强为p0，水银的密度为ρ，重力加速度大小为g。
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(1)实验步骤如下：
①用两铁架台竖直固定U 形管的左右两管，待管内水银柱稳定时，读出空气柱的长度l 和U 形管左右水银
面的高度差h，此时封闭气体的压强p= ；
②缓慢调节U 形管的左右两边，改变U 形管左右水银面的高度差h，记录空气柱长度l；
③多次实验，记录多组数据，分析得出结论。
(2)正确实验后，若以p 为横坐标，以 （选填“l”或“1
l ”）为纵坐标，在实验误差允许范围内，
可描绘出一条过原点的直线。
(3)另一同学重复实验，计算了多组p 与l 的乘积，发现p 与l 的乘积随压强p 增大而变小，写出导致该现象
的一个可能原因 。
1.（全国卷·高考真题）在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤：
①往边长约为40cm 的浅盘里倒入约2cm 深的水．待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上；
②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待油膜形状稳定；
③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子
直径的大小；
④用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由
此计算出一滴油酸酒精溶液的体积；
⑤将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上；
完成下列填空：
（1）上述步骤中，正确的顺序是_____ _____．(填写步骤前面的数字)
（2）将1cm3的油酸溶于酒精，制成300 cm3的油酸酒精溶液；测得l cm3的油酸酒精溶液有50 滴．现取一
滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜的面积是0.13 m2
由此估算出油酸分子的直径为___ ___m．(结果保留l 位有效数字)
2.（2023·江苏·高考真题）在“探究气体等温变化的规律”的实验中，实验装置如图所示。利用注射器选
取一段空气柱为研究对象。下列改变空气柱体积的操作正确的是（ ）
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A．把柱塞快速地向下压
B．把柱塞缓慢地向上拉
C．在橡胶套处接另一注射器，快速推动该注射器柱塞
D．在橡胶套处接另一注射器，缓慢推动该注射器柱塞
3.（2023·山东·高考真题）利用图甲所示实验装置可探究等温条件下气体压强与体积的关系。将带有刻度
的注射器竖直固定在铁架台上，注射器内封闭一定质量的空气，下端通过塑料管与压强传感器相连。活塞
上端固定一托盘，托盘中放入砝码，待气体状态稳定后，记录气体压强p和体积V （等于注射器示数V 0与
塑料管容积ΔV 之和），逐次增加砝码质量，采集多组数据并作出拟合曲线如图乙所示。
回答以下问题：
（1）在实验误差允许范围内，图乙中的拟合曲线为一条过原点的直线，说明在等温情况下，一定质量的
气体 。
A．p与V 成正比 B．p与1
V 成正比
（2）若气体被压缩到V =10.0 mL，由图乙可读出封闭气体压强为 Pa（保留3 位有效数字）。
（3）某组同学进行实验时，一同学在记录数据时漏掉了ΔV ，则在计算pV 乘积时，他的计算结果与同组
正确记录数据同学的计算结果之差的绝对值会随p的增大而 （填“增大”或“减小”）。
4.（上海·高考真题）用DIS 研究一定质量气体在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如图1 所示，
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实验步骤如下：
①把注射器活塞移至注射器中间位置，将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一链接；
②移动活塞，记录注射器的刻度值V ，同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p；
③用V −1
p图像处理实验数据，得出如图2 所示图线。
（1）为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是 ；
（2）为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的主要措施是 和 ；
（3）如果实验操作规范正确，但如图所示的V −1
p图线不过原点，则V 0代表 。
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