高三第物理二輪復(fù)習(xí)專題復(fù)習(xí) 8 電場綜合題 課件
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1、電場綜合題電場綜合題2001年春年春12.一質(zhì)量為一質(zhì)量為4.010-15kg、電量為、電量為2.010-9C帶正電質(zhì)點,以帶正電質(zhì)點,以v= 4.0104m/s的速度垂直于電場方向的速度垂直于電場方向從從a點進入勻強電場區(qū)域,并從點進入勻強電場區(qū)域,并從b點離開電場區(qū)域離點離開電場區(qū)域離開電場時的速度為開電場時的速度為5.0104m/s 由此可知,電場中由此可知,電場中a、b兩點間的電勢差兩點間的電勢差Ua-Ub= _ V;帶電質(zhì)點離開電;帶電質(zhì)點離開電場時,速度在電場方向的分量為場時,速度在電場方向的分量為 _ m/s不考慮不考慮重力作用重力作用解:解:由動能定理由動能定理qUab=1/2
2、 m(vb2 -va2)Uab=1/2 m(vb2 -va2) / q=9102 V由運動的合成由運動的合成 vy2 = (vb2 -va2) vy = 3104 m/s91023104 例例1、一根對稱的、一根對稱的“八字八字”形玻璃管置于豎直形玻璃管置于豎直平面內(nèi),如圖所示。管所在的空間有豎直向下的勻平面內(nèi),如圖所示。管所在的空間有豎直向下的勻強電場,電場強度強電場,電場強度E=1000牛牛/庫。重力庫。重力G1.010-3牛,帶電量牛,帶電量Q= -210-6庫的小物體在管內(nèi)從庫的小物體在管內(nèi)從A點由靜點由靜止開始運動,它與管壁摩擦系數(shù)為止開始運動,它與管壁摩擦系數(shù)為0.5,管長,管長A
3、B=BC=3米,管的米,管的B處為一極短的光滑圓弧,管處為一極短的光滑圓弧,管AB和和BC與水平方向所夾的角度皆為與水平方向所夾的角度皆為37,問問(1)小物體最終靜止在何處?)小物體最終靜止在何處?(2)從)從A開始計算時,小物開始計算時,小物 體運動的總路程是多少?體運動的總路程是多少?解見下頁解見下頁E=1000N/CL=AB=BC=3米米 =0.5解解:AB受力,受力,VmgqENf作勻加速運動作勻加速運動BC受力,受力,VmgqENf作勻減速運動,作勻減速運動,由于有機械能損失,到不了由于有機械能損失,到不了C點就停止,接著返回作點就停止,接著返回作勻加速運動,過勻加速運動,過B點又
4、作勻減速動,點又作勻減速動, 最后停在最后停在B點點. 由動能定理,對全過程,由動能定理,對全過程,(qE-mg)Lsin370- (qE-mg) cos370S=0S=0.6 L /(0.50.8) =1.8/0.4=4.5m 例例2:如圖所示勻強電場方向豎直向下,場強大小為如圖所示勻強電場方向豎直向下,場強大小為E,三個質(zhì)量分別為,三個質(zhì)量分別為m、2m 、3 m的小球的小球A、B、C,(其中其中B球帶正電球帶正電Q,A、C兩球不帶電)用絕緣線連接懸兩球不帶電)用絕緣線連接懸于于O點,問點,問(1)當(dāng)三球均處于靜止?fàn)顟B(tài)時當(dāng)三球均處于靜止?fàn)顟B(tài)時, A、B之間的細之間的細線的張力等于多少線的張
5、力等于多少?(2)當(dāng)把當(dāng)把OA段細線剪斷的瞬間段細線剪斷的瞬間, A、B之間的細線的張力又等于多少之間的細線的張力又等于多少?OA mB 2mC 3mE解解: (1)對對BC整體整體,受力如圖受力如圖:BC2mg3mgQET1T 1 =5mg+QE(2)剪斷剪斷OA, AB球一起下落球一起下落 (C自由下落自由下落)A mB 2mC 3mQE對對AB整體整體 3mg+QE=3ma a=g+QE/3m對對B 2mg+QE -T 2=2maT 2= QE/3 例例3、下述為一個觀察帶電粒子在液體中運動、下述為一個觀察帶電粒子在液體中運動的實驗?,F(xiàn)進行如下操作,第一步,給豎直放置的實驗?,F(xiàn)進行如下操
6、作,第一步,給豎直放置的平行電容器充電,讓的平行電容器充電,讓A、B兩板帶上一定電荷,兩板帶上一定電荷,油滴油滴P在兩板間的在兩板間的 勻強電場中恰能保持靜止?fàn)顟B(tài)。勻強電場中恰能保持靜止?fàn)顟B(tài)。第二步,給電容器的電量增加第二步,給電容器的電量增加Q1,讓油滴開始,讓油滴開始豎直向上運動豎直向上運動t秒。第三步,在上一步的基礎(chǔ)上秒。第三步,在上一步的基礎(chǔ)上減少電量減少電量Q2,觀察到又經(jīng),觀察到又經(jīng)2t秒后,油滴剛好回秒后,油滴剛好回到出發(fā)點。設(shè)油滴在運動中不碰板,到出發(fā)點。設(shè)油滴在運動中不碰板,(1)說明在上述第二步和第三步兩個過程中,)說明在上述第二步和第三步兩個過程中,帶電油滴各做什么運動?
7、帶電油滴各做什么運動?(2)求)求Q1和和Q2的比值的比值Q1/ Q2解解:畫出三步的示意圖如圖示:畫出三步的示意圖如圖示QQ+Q1Q +Q1 Q2對對:油滴:油滴P平衡有平衡有 mg=qE= qU0/d =qQ/Cd OmgqE0對對 :F合合1= q Q1 Cd 方向向上做勻加速運動方向向上做勻加速運動 OAv1a1= q Q1Cmd v1=a1 t s1 =1/2 a1 t2 對對:帶電量:帶電量 Q +Q1 Q2 = Q - Q2即即 Q2= Q2 Q1F合合2= q Q2 Cd 方向向下,向上做勻減速運動方向向下,向上做勻減速運動AOa2= q Q2Cmds2 = v1 t - 1/
8、2 a2 t2 = a1 t t - 1/2 a2 t2s2 = - s1 1/2 a1 t2 = a1 t t - 1/2 a2 t2a2=5 a1/4Q2= 5/4Q1Q1/ Q2=4/91999年高考:年高考:在光滑水平面上有一質(zhì)量在光滑水平面上有一質(zhì)量m=1.010-3 kg、電量、電量q1.010-10 C的帶正電的帶正電小球,靜止在小球,靜止在O點以點以O(shè)點為原點,在該水平面點為原點,在該水平面內(nèi)建立直角坐標系內(nèi)建立直角坐標系Oxy現(xiàn)突然加一沿現(xiàn)突然加一沿X軸正方軸正方向、場強大小向、場強大小E2.0106Vm的勻強電場,使的勻強電場,使小球開始運動經(jīng)過小球開始運動經(jīng)過1.0s,所
9、加電場突然變?yōu)檠?,所加電場突然變?yōu)檠貀軸正方向,場強大小仍為軸正方向,場強大小仍為E2.0106 Vm的的勻強電場再經(jīng)過勻強電場再經(jīng)過1.0s,所加電場又突然變?yōu)榱?,所加電場又突然變?yōu)榱硪粋€勻強電場,使小球在此電場作用下經(jīng)一個勻強電場,使小球在此電場作用下經(jīng)1.0s速速度變?yōu)榱闱蟠穗妶龅姆较蚣八俣茸優(yōu)榱銜r小球度變?yōu)榱闱蟠穗妶龅姆较蚣八俣茸優(yōu)榱銜r小球的位置的位置xyEqEVxEqEVxVtVyqE1題目題目下頁下頁解解:由牛頓定律,在勻強電場中小球加速度的大小為由牛頓定律,在勻強電場中小球加速度的大小為a=F/m=0.20m/s2 (1) 當(dāng)場強沿當(dāng)場強沿x正方向時,經(jīng)過正方向時,經(jīng)過1秒鐘小球
10、的速度大小為秒鐘小球的速度大小為vxat=0.201.00.20m/s (2)速度的方向沿速度的方向沿x軸正方向小球沿軸正方向小球沿x軸方向移動的距離軸方向移動的距離x1=1/2 at2=1/20.2 1=0.10m (3)在在第第2秒內(nèi)秒內(nèi),電場方向沿,電場方向沿y軸正方向,故小球在軸正方向,故小球在x方向做方向做速度為速度為vx的勻速運動,在的勻速運動,在y方向做初速為零的勻加速運動方向做初速為零的勻加速運動沿沿x方向移動的距離方向移動的距離 x2=vxt0.20m (4)沿沿y方向移動的距離方向移動的距離y=1/2 at2=1/20.2 1=0.10m (5)故在故在第第2秒末秒末小球到
11、達的位置坐標小球到達的位置坐標x2x1x2=0.30m (6)y2=y=0.10m (7)題目題目下頁下頁在第在第2秒末小球在秒末小球在x方向的分速度仍為方向的分速度仍為vx ,在在y方向的分速度方向的分速度 vy=at 0.201.0=0.20m/s (8)由上可知,此時運動方向與由上可知,此時運動方向與x軸成軸成45角要使小球速角要使小球速度能變?yōu)榱悖瑒t在度能變?yōu)榱?,則在第第3秒內(nèi)所加勻強電場的方向必須與秒內(nèi)所加勻強電場的方向必須與此方向相反,即指向第三象限,與此方向相反,即指向第三象限,與x軸成軸成225角角在第在第3秒內(nèi)秒內(nèi),在電場力作用下小球做勻減速運動,則由,在電場力作用下小球做勻
12、減速運動,則由tVS 在第在第3秒末小球到達的位置坐標為秒末小球到達的位置坐標為 x3=vx t/2=0.21/2=0.1mx3= x2 + x3 = 0.40m (11) y3=vy t/2=0.21/2=0.1my3=y2 + y3 = 0.20m (12)題目題目上頁上頁 例例4、質(zhì)量、質(zhì)量m、帶電量、帶電量+q的滑塊,在豎直放置的光滑的滑塊,在豎直放置的光滑絕緣圓形軌道上運動,軌道半徑為絕緣圓形軌道上運動,軌道半徑為r,現(xiàn)在該區(qū)域加一,現(xiàn)在該區(qū)域加一豎直向下的勻強電場,場強為豎直向下的勻強電場,場強為E,為使滑塊在運動中不,為使滑塊在運動中不離開圓形軌道,求:滑塊在最低點的速度應(yīng)滿足什
13、么條離開圓形軌道,求:滑塊在最低點的速度應(yīng)滿足什么條件?件?OACBE+q m解解:若滑塊能在圓形軌道上做完整的圓周運動,且:若滑塊能在圓形軌道上做完整的圓周運動,且剛能通過剛能通過B點,劃塊的受力如圖示:令點,劃塊的受力如圖示:令 g 1 = g+qE/m mg qE必須有必須有 mg 1=mv2 /rrgvB1由動能定理:由動能定理:A-BrmgmvmvAB22121122rgvA15OACBE+q m另一種情況另一種情況:若滑塊最多只能在圓形軌道上運動:若滑塊最多只能在圓形軌道上運動到到C點,則可以在點,則可以在A點兩側(cè)沿圓軌道往復(fù)擺動:點兩側(cè)沿圓軌道往復(fù)擺動: 則則 vC =0,由動能
14、定理得由動能定理得rgvA12滑塊在最低點的速度應(yīng)滿足的條件為滑塊在最低點的速度應(yīng)滿足的條件為 rgvrgvAA11520或式中式中 g 1 = g+qE/m思考思考:若電場強度:若電場強度E的方向向上,的方向向上,結(jié)果如何?結(jié)果如何?題目題目5兩塊大小、形狀完全相同的金屬平板平行放置,構(gòu)成兩塊大小、形狀完全相同的金屬平板平行放置,構(gòu)成一平行板電容器,與它相連接的電路如圖所示,接通開關(guān)一平行板電容器,與它相連接的電路如圖所示,接通開關(guān)K,電源即給電容器充電電源即給電容器充電.( )A保持保持K接通,減小兩極板間的距離,則兩極板間電接通,減小兩極板間的距離,則兩極板間電 場的電場強度減小場的電場
15、強度減小B保持保持K接通,在兩極板間插入一塊介質(zhì),則極板上的接通,在兩極板間插入一塊介質(zhì),則極板上的 電量增大電量增大C斷開斷開K,減小兩極板間的距離,則兩極板間的電勢,減小兩極板間的距離,則兩極板間的電勢 差減小差減小D斷開斷開K,在兩極板間插入一塊介質(zhì),則兩極板間的,在兩極板間插入一塊介質(zhì),則兩極板間的 電勢差增大電勢差增大KRE+-03年江蘇高考年江蘇高考5B C例例5:如圖示,帶電液滴如圖示,帶電液滴P在平行金屬板在平行金屬板a b之間的電場之間的電場內(nèi)保持靜止,現(xiàn)設(shè)法使內(nèi)保持靜止,現(xiàn)設(shè)法使P固定,再使板固定,再使板a b分別以中點分別以中點O O為軸轉(zhuǎn)過一個相同角度為軸轉(zhuǎn)過一個相同角
16、度然后釋放然后釋放P,則,則P在電場在電場內(nèi)將做什么運動?內(nèi)將做什么運動? ( )A. 向右的勻速直線運動,向右的勻速直線運動,B. 向右的勻加速直線運動,向右的勻加速直線運動,C. 斜向右下的勻加速直線運動,斜向右下的勻加速直線運動,D. 曲線運動。曲線運動。 abPOO解:解:原來平衡時原來平衡時 E=U/d mg=F=qE=q U/d 后來兩板距離變?yōu)楹髞韮砂寰嚯x變?yōu)?dcos 電場強度變?yōu)殡妶鰪姸茸優(yōu)镋 =U / dcosF=qE=qU / dcos=F/cosFcos=F=mg 所以所以 粒子在作用下向右勻加速直線運動粒子在作用下向右勻加速直線運動mgFFF1 B (A)若電子是在若
17、電子是在t=0時刻進入的時刻進入的,它將一直向它將一直向B板運動板運動 (B)若電子是在若電子是在t=T/8時刻進入的時刻進入的,它可能時而向它可能時而向B板運動板運動,時而時而向向 A板運動板運動,最后打在最后打在B板上板上 (C)若電子是在若電子是在t=3T/8時刻進入的時刻進入的,它可能時而它可能時而 向向B板運動板運動,時而向時而向A板運動板運動,最后打在最后打在B板上板上 (D)若電子是在若電子是在t=T/2時刻進入的時刻進入的, 它可能時而向它可能時而向B板、時而向板、時而向A板運動板運動94高考高考:圖中圖中A、B是一對平行的金屬板是一對平行的金屬板.在兩板間加上一周期為在兩板間
18、加上一周期為T的的交變電壓交變電壓u. A板的電勢板的電勢UA=0, B板的電勢板的電勢UB隨時間的變化規(guī)律為隨時間的變化規(guī)律為:在在0到到T/2的時間內(nèi)的時間內(nèi),UB=U0(正的常數(shù)正的常數(shù));在在T/2到到T的時間內(nèi)的時間內(nèi). UB= U0;在在T到到3T/2的時間內(nèi)的時間內(nèi),UB=U0;在在3T/2到到2T的時間內(nèi)的時間內(nèi). UB= U0,現(xiàn)有一電子從現(xiàn)有一電子從A板上的小孔進入兩板間的電場區(qū)內(nèi)板上的小孔進入兩板間的電場區(qū)內(nèi).設(shè)電子的初速度設(shè)電子的初速度和重力的影響均可忽略和重力的影響均可忽略,則則 ( )BAuA BU0-U0T/2 T 3T/2 2T 畫出畫出ut圖圖題目題目tu畫出
19、畫出vt圖圖A.t=0進入進入 0 T/2 T 3T/2 2T vtB. t=T/8進入進入vt 0 T/2 T 3T/2 2T ut圖圖U0-U0T/2 T 3T/2 2T C. t=3T/8進入進入vt 0 T/2 T 3T/2 2T D. t=T/2進入進入vt 0 T/2 T 3T/2 2T C D都都 錯誤,只有錯誤,只有 A B正確正確題目題目例例6:如圖:如圖a所示:所示:A、B為一對平行金屬板,間距足夠大,分為一對平行金屬板,間距足夠大,分別接在交流電源的兩端,其兩端電壓如圖別接在交流電源的兩端,其兩端電壓如圖b所示規(guī)律變化,一所示規(guī)律變化,一個不計重力的帶電粒子原來靜止在個不
20、計重力的帶電粒子原來靜止在A、B正中間位置處,哪個正中間位置處,哪個時刻釋放粒子,一定能打到某個金屬板上?時刻釋放粒子,一定能打到某個金屬板上?uAB0 T/4 T tA BuAB P解解:在:在t=T/4時刻釋放,所加的力類似振動圖線的回復(fù)力時刻釋放,所加的力類似振動圖線的回復(fù)力 , 作作 簡諧振動簡諧振動在其它時刻釋放在其它時刻釋放,同樣碰板同樣碰板.結(jié)論結(jié)論 :只要在只要在t(2n+1)T/4 (n=0、1 、2 ) 時釋放,時釋放,就一定打到某一金屬板上就一定打到某一金屬板上在在 t=3T/4時刻釋放,同上時刻釋放,同上在在t=0時刻釋放,復(fù)雜運動,用疊加的辦法時刻釋放,復(fù)雜運動,用疊
21、加的辦法: 在在t=T/4時,這時若時,這時若 v=0 受力作簡諧振動受力作簡諧振動 若不受力若不受力,已有速度,已有速度, v0,做勻速直線運動,做勻速直線運動現(xiàn)在既受力,又有速度,將是兩種運動的疊加,一定碰板?,F(xiàn)在既受力,又有速度,將是兩種運動的疊加,一定碰板。04年上海年上海10 10在光滑水平面上的在光滑水平面上的O點系一長為點系一長為l 的絕緣細的絕緣細線,線的另一端系一質(zhì)量為線,線的另一端系一質(zhì)量為m、帶電量為、帶電量為q的小球的小球.當(dāng)當(dāng)沿細線方向加上場強為沿細線方向加上場強為E的勻強電場后,小球處于平的勻強電場后,小球處于平衡狀態(tài)衡狀態(tài).現(xiàn)給小球一垂直于細線的初速度現(xiàn)給小球一垂
22、直于細線的初速度v0,使小球,使小球在水平面上開始運動在水平面上開始運動.若若v0很小,則小球第一次回到很小,則小球第一次回到平衡位置平衡位置所需時間為所需時間為 . 解:解:因為因為v0很小,小球?qū)⒃陔妶隽图毦€拉力的作很小,小球?qū)⒃陔妶隽图毦€拉力的作用下在平衡位置做簡諧振動,以電場力用下在平衡位置做簡諧振動,以電場力qE代替一般代替一般單擺中的單擺中的mg,其周期為,其周期為TqEmlmEqlT22qEmlTt2/qEmlv0OE04年上海年上海7 光滑水平面上有一邊長為光滑水平面上有一邊長為l 的正方形區(qū)的正方形區(qū)域處在場強為域處在場強為E的勻強電場中,電場方向與正方形的勻強電場中,電
23、場方向與正方形一邊平行。一質(zhì)量為一邊平行。一質(zhì)量為m、帶電量為、帶電量為q的小球由某一邊的小球由某一邊的中點,以垂直于該邊的水平初速的中點,以垂直于該邊的水平初速v0進入該正方形進入該正方形區(qū)域。當(dāng)小球再次運動到該正方形區(qū)域的邊緣時,區(qū)域。當(dāng)小球再次運動到該正方形區(qū)域的邊緣時,具有的動能可能為(具有的動能可能為( )A0.lqE21mv21B20.20mv21C.lqE32mv21D20A B C解:解: 因為題中有兩個不確定:運動的末位置不確定;因為題中有兩個不確定:運動的末位置不確定;電場方向不確定,因此要分別討論。電場方向不確定,因此要分別討論。設(shè)小球從設(shè)小球從a點運動到點運動到b點時,
24、如圖示:點時,如圖示:DabABCv0由動能定理由動能定理 W=1/2 mvb2 - 1/2 mv02其動能其動能 EKb =1/2 mvb2 = 1/2 mv02 + W若電場方向垂直于水平面(圖中紙面)則若電場方向垂直于水平面(圖中紙面)則W=0 ,C正確正確若電場方向沿若電場方向沿AB方向,則方向,則W=qEl ,題中無此答案,題中無此答案.若電場方向沿若電場方向沿BA方向,方向,W=-qEl , 當(dāng)當(dāng)1/2 mv02 =-qEl 則則EKb =0 A正確正確若電場方向沿若電場方向沿AD方向,小球從方向,小球從a點運動到點運動到C點時點時EKb =1/2 mvb2 = 1/2 mv02
25、+ 1/2 qEl B正確正確04年全國理綜年全國理綜 一帶正電的小球,系于長為一帶正電的小球,系于長為 l 的不可的不可伸長的輕線一端,線的另一端固定在伸長的輕線一端,線的另一端固定在O點,它們處在勻點,它們處在勻強電場中,電場的方向水平向右,場強的大小為強電場中,電場的方向水平向右,場強的大小為E,已,已知電場對小球的作用力的大小等于小球的重力,現(xiàn)先把知電場對小球的作用力的大小等于小球的重力,現(xiàn)先把小球拉到圖中的小球拉到圖中的P1處,使輕線拉直,并與場強方向平行,處,使輕線拉直,并與場強方向平行,然后由靜止釋放小球,已知在經(jīng)過最低點的瞬間,因受然后由靜止釋放小球,已知在經(jīng)過最低點的瞬間,因
26、受線的拉力作用,其速度的豎直分量突然變?yōu)榱悖椒志€的拉力作用,其速度的豎直分量突然變?yōu)榱?,水平分量沒有變化,則小球到達與量沒有變化,則小球到達與P1點等高的點等高的P2點時速度的大點時速度的大小為小為 ( )0.2.2.DglCglBglAEP2P1OEP2P1O解:解:小球受力如圖示,小球受力如圖示,qE=mgmg qEF合合由靜止釋放小球,小球在合力作用下做勻加速直線運動由靜止釋放小球,小球在合力作用下做勻加速直線運動到最低點的速度為到最低點的速度為v,由動能定理得,由動能定理得glv2glvvvyx245cos因受線的拉力作用,速度的豎直分量因受線的拉力作用,速度的豎直分量vy突然變?yōu)?/p>
27、零突然變?yōu)榱銖淖畹忘c起,小球?qū)⒆鰣A周運動,到從最低點起,小球?qū)⒆鰣A周運動,到P2處的速度為處的速度為vt,由動能定理得由動能定理得qEl -mgl =1/2mvt2- 1/2mvx 2glvvxt204年全國理綜年全國理綜21、CdQlq 一平行板電容器的電容為一平行板電容器的電容為C,兩,兩板間的距離為板間的距離為d,上板帶正電,電量為,上板帶正電,電量為Q,下板帶負,下板帶負電,電量也為電,電量也為Q,它們產(chǎn)生的電場在很遠處的電勢,它們產(chǎn)生的電場在很遠處的電勢為零。兩個帶異號電荷的小球用一絕緣剛性桿相連,為零。兩個帶異號電荷的小球用一絕緣剛性桿相連,小球的電量都為小球的電量都為q,桿長為,
28、桿長為l,且,且ld?,F(xiàn)將它們從很?,F(xiàn)將它們從很遠處移到電容器內(nèi)兩板之間,處于圖示的靜止?fàn)顟B(tài)遠處移到電容器內(nèi)兩板之間,處于圖示的靜止?fàn)顟B(tài)(桿與板面垂直),在此過程中電場力對兩個小球(桿與板面垂直),在此過程中電場力對兩個小球所做總功的大小等于多少?(設(shè)兩球移動過程中極所做總功的大小等于多少?(設(shè)兩球移動過程中極板上電荷分布情況不變)板上電荷分布情況不變)( ) )(ldCdQqQdClqC DA B0A+q-q+Q-Ql+q-q+Q-Ql解:解:在電場中,帶正電荷的小球所在處的電勢為在電場中,帶正電荷的小球所在處的電勢為U1 ,帶,帶負電荷的小球所在處的電勢為負電荷的小球所在處的電勢為U1 , 將電荷從很遠處移到電容器內(nèi)兩板間,電場力對將電荷從很遠處移到電容器內(nèi)兩板間,電場力對兩球分別做功為兩球分別做功為W1、W2,由電場力做功的定義由電場力做功的定義 W=qU始終始終= q (U始始-U終終) W1 = q (0-U1 )W2 = -q( 0 U2)電場力對兩個小球所做總功的大小為電場力對兩個小球所做總功的大小為W W= W1 + W2 = q (U2-U1) =-qEl= -qlu/d=- qlQCd
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