沪科版(2024)八年级物理全一册 · 第 8 章《压强》

第 10 课
压强

压力与压强 p=F/S · 液体压强 p=ρgh · 连通器 · 大气压强 · 流体压强与流速
完整教学包:知识脑图 · 历史故事 · 互动实验 · 真题测试 按 ← / → 或 空格键翻页

目标本节目标

  • 理解压力压强的概念:压力是垂直作用在物体表面上的力(方向垂直于受力面);压强表示压力的作用效果。
  • 掌握压强的计算式 p=F/S 及其变形 F=pS、S=F/p,知道压强的单位帕斯卡(Pa),1 Pa = 1 N/m²。
  • 理解增大压强(增大压力或减小受力面积)与减小压强(减小压力或增大受力面积)的方法,能解释生活实例。
  • 掌握液体压强的特点与计算式 p=ρgh:同种液体同一深度各方向压强相等,深度越大压强越大,液体密度越大压强越大。
  • 了解连通器原理(上端开口、底部相连,装同种液体静止时液面相平)及应用(茶壶、锅炉水位计、船闸)。
  • 理解大气压强的存在与测量(马德堡半球实验、托里拆利实验),知道大气压随海拔升高而减小、影响液体沸点。
  • 了解流体压强与流速的关系(流速大的位置压强小)及应用(机翼升力、火车站台安全线等)。
重点提示 本课三大 ★★★ 重点:p=F/S 计算、液体压强 p=ρgh、大气压强(详见各知识页掌握度标注)。

脑图知识点脑图

压强本课主题
固体压强
压力:垂直作用在表面上的力
公式 p=F/S(★★★)
变形 F=pS、S=F/p
增大 / 减小压强的方法
液体压强
各方向都有,同深各方向相等
公式 p=ρgh(★★★)
h 为竖直深度;随深度、密度增大而增大
大气压强
马德堡半球实验(证明存在)
托里拆利实验(测出大小)
1 atm ≈ 1.013×10⁵ Pa(★★★)
随海拔升高减小;影响沸点
连通器
上端开口、底部相连
同种液体静止时液面相平(★★☆)
茶壶、水位计、船闸
流体压强与流速
流速大的位置压强小
比大小、判方向(★★☆)
机翼升力、安全线、吹纸靠拢

历史历史故事:两次"大气压"的世纪对决

【史实】1654 年 · 马德堡半球实验:16 匹马也拉不开的两个铜半球

1654 年,在德国的马德堡,市长奥托·冯·格里克当着围观人群做了一个著名的实验:他把两个直径约 37 cm 的铜制半球对接在一起,抽去球内的空气,使两个半球紧紧贴在一起。然后,他命令两队人马分别牵拉两个半球——先是 8 匹马,拉不开;再增加到16 匹马,在轰然的惊呼声中,依然拉不开

最后格里克打开球上的阀门,空气"呼"地涌进球内,两个半球轻轻一掰就分开了。这个实验用最直观的方式告诉人们:大气压强不仅存在,而且大得惊人——是包围地球的空气,用它的压力"压"住了两个半球。

【史实】1643 年 · 托里拆利实验:一根水银柱测出大气压

马德堡实验证明了大气压"存在且很大",但它到底有多大?1643 年,意大利科学家托里拆利给出了答案。他把一根约 1 m 长、一端封闭的玻璃管灌满水银,用手指堵住管口,倒插进水银槽中。管中的水银柱下降,最后稳稳地停在约 760 mm 的高度,管顶留下了一段真空(后人称为"托里拆利真空")。

托里拆利由此推论:水银柱是被大气压"托"住的——大气压约等于 760 mm 高水银柱产生的压强,即约 1.013×10⁵ Pa(记为 1 标准大气压)。从此,人类第一次定量测量出了大气压的大小。

启示

两个实验一"大"一"小":一个用 16 匹马拉不开的铜半球证明大气压存在,一根 760 mm 的水银柱测出大气压的数值——一个证明"大气压存在且很大",一个测出"大气压有多大",本课的主角「压强」就此登场。

知识 1压力与压强 (p=F/S,单位 Pa)

掌握度 ★★★ 掌握概要:会写会算 p=F/S 及其变形,理解压力(垂直、不一定等于重力)与压强(表示压力作用效果)的定义,1 Pa=1 N/m²。
p = F / S  F——压力(N);S——受力面积(m²);p——压强(Pa),1 Pa = 1 N/m²

【物理】物理规律

  • 压力垂直作用在物体表面上的力,方向垂直于受力面、指向被压物体;压力可以由重力产生,但压力不一定等于重力(如用力压墙时,压力与重力无关)。
  • 压强:表示压力作用效果的物理量。压力越大、受力面积越小,压力的作用效果越明显(下陷越深、形变越大)。
  • 压强公式 p=F/S;单位帕斯卡(Pa),1 Pa = 1 N/m²,表示"每平方米面积上受到 1 N 的压力"。

【数学】数学工具

  • S 一定时 p∝F(正比):压力加倍,压强加倍。
  • F 一定时 p∝1/S(反比):面积减半,压强加倍。
  • 变形公式:F = pS(求压力)、S = F/p(求受力面积)——已知任意两个量求第三个量。

【生活】生活案例

  • 图钉:钉尖面积小压强大,轻松扎进墙;钉帽面积大压强小,手不痛。
  • 雪地行走:穿鞋陷雪里,踩滑雪板不陷(增大受力面积减小压强)。

【方法】学科提升

探究"压力的作用效果与哪些因素有关"用到控制变量法(保持 S 不变改变 F、保持 F 不变改变 S);用"下陷深度"这种可观察现象来转换出压强的"大小",也是转换法的体现。

【举一反三】扩展方向

  • ① 固体压强在工程中的应用:铁路钢轨铺在枕木上、公路限载标志——都是 p=F/S 的定性应用(中考常考)。
  • ② 定量比较固体压强为高中帕斯卡定律与液压传动(加在密闭液体上的压强被大小不变地向各个方向传递)打下基础。
案例

同样的力,图钉尖(面积小)压强大易扎进墙;雪地行走容易陷进去,踩上滑雪板就不陷。

知识 2增大与减小压强的方法 (从 p=F/S 出发)

掌握度 ★★☆ 掌握概要:能判断生活中的做法属于"增大压强"还是"减小压强",并说出改变了 F 还是 S(菜刀磨锋利、宽书包带、宽轮胎等)。
增大压强:增大 F 或减小 S | 减小压强:减小 F 或增大 S依据:F 一定时 p 与 S 成反比;S 一定时 p 与 F 成正比

【物理】物理规律

  • 增大压强:①增大压力;②减小受力面积(两者同用效果更明显)。
  • 减小压强:①减小压力;②增大受力面积。
  • 生活里几乎所有"锋利""尖锐"的工具都是在减小受力面积增大压强;所有"宽大""多轮"的装置都是在增大受力面积减小压强。

【数学】数学工具

  • 方法来自公式比例:F 一定时 p ∝ 1/S——刀刃磨薄、针磨尖,S 变小 → p 变大(增大压强)。
  • F 一定时 S 变大 → p 变小(减小压强):书包带加宽、坦克装宽履带。
  • 需要精确比较时,代入 p=F/S 定量计算两种方案的压强。

【生活】生活案例

  • 增大压强:菜刀磨锋利(减小刀刃面积)、图钉尖细、斧头刃薄、针尖尖锐。
  • 减小压强:书包带加宽(肩不疼)、载重汽车多轮宽胎、坦克宽履带、滑雪板、图钉帽宽大。

【方法】学科提升

同一条公式,改变变量的方向不同就得到相反的效果——"从公式到方法"的思维训练:先分清要"增大"还是"减小",再判断该动 F 还是动 S。

【举一反三】扩展方向

  • ① 分析"宽书包带""宽轮胎""钢轨铺枕木"类设计题——为什么这样设计(压力一定时增大 S 减小压强,保护皮肤/路面)。
  • ② "大型板车装很多车轮"问题——1991 年第一届全国初中应用物理知识竞赛真题(见本课件「拔高挑战」),中考与竞赛常以此为素材。
案例

菜刀磨锋利(减小 S)更容易切菜;书包带加宽(增大 S)背着不勒肩;载重汽车用多而宽的轮胎、坦克装宽履带,在松软地面不陷。

知识 3液体压强 (特点与 p=ρgh)

掌握度 ★★★ 掌握概要:会用 p=ρgh 计算液体压强(g=9.8 N/kg),能正确确定深度 h(液面竖直向下),记住液体压强的四条特点。
p = ρgh  ρ——液体密度(kg/m³);g=9.8 N/kg;h——液面到研究点的竖直深度(m)

【物理】物理规律

  • 液体对容器底部和侧壁都有压强(液体受重力且具有流动性)。
  • 液体内部向各个方向都有压强同种液体在同一深度,向各个方向的压强相等
  • 液体压强随深度的增大而增大不同液体在同一深度,密度越大压强越大

【数学】数学工具

  • h 是"深度":从液面(自由表面)竖直向下到研究点的距离,不是到容器底的距离,也不是沿倾斜方向的距离。
  • p 与 h、ρ 均成正比:深度或密度增大为 k 倍,压强也增大为 k 倍。
  • 单位统一:ρ 用 kg/m³、h 用 m,p 的单位才是 Pa。水下 10 m:p=1.0×10³×9.8×10=9.8×10⁴ Pa≈1 标准大气压。

【生活】生活案例

  • 堤坝上窄下宽:底部深度大、压强大,修得更宽更厚。
  • 潜水员穿抗压潜水服深海鱼适应深水高压(被打捞出水后体内外压强差过大会破裂)。
  • 游泳潜入水中:越往深处,耳膜越有压迫感。

【方法】学科提升

探究液体压强用控制变量法(保持深度不变比较密度、保持密度不变比较深度),用U 形管压强计两侧液面差转换显示压强大小(液面差越大压强越大)。

【举一反三】扩展方向

  • ① 液体压强 → 帕斯卡定律与液压传动(高中/应用):液压机、液压刹车利用密闭液体传递压强,F大/S大 = F小/S小。
  • ② 深海压强计算 → "奋斗者号"载人潜水器万米深潜(10909 m)承受的海水压强约 1.1×10⁸ Pa(2023 福建中考真题即考"深度越深压强越大")。
案例

堤坝下部深度大、压强更大,所以修得宽厚;水越深水压越大,潜水员必须穿抗压潜水服。

知识 4连通器 (液面相平)

掌握度 ★★☆ 掌握概要:记住连通器定义(上端开口、底部相连)与结论(同种液体静止时液面相平),能识别茶壶、水位计、船闸等应用。
上端开口、底部相连的容器 | 装同种液体静止时,各容器液面相平用 p=ρgh 理解:两侧压强相等 ⟹ 两侧深度 h 相等 ⟹ 液面在同一水平线

【物理】物理规律

连通器上端开口、底部相连;装同种液体静止时,各容器液面总保持相平。

【数学】数学工具

由 p=ρgh 推证:连通器底部同一处两侧压强必须相等(否则液体就会流动);同种液体 ρ 相同,要两侧压强相等,只有两侧深度 h 相等——即液面在同一水平线上(液面共线)。

【生活】生活案例

  • 茶壶:壶嘴与壶身构成连通器,壶嘴水面与壶内水面相平,水才能倒出。
  • 锅炉水位计:外部玻璃管与锅炉连通,显示锅炉内水位,保证安全。
  • 船闸:三峡船闸利用连通器原理逐级抬高水面,让船像"爬楼梯"一样翻越巨大的水位差。

【举一反三】扩展方向

  • ① 三峡船闸分五级,逐级"连通—相平—放船"实现大水位差通航(应用);判断船闸是否属于连通器是中考高频考点(2023 呼和浩特中考真题)。
  • ② 辨析连通器与虹吸现象:虹吸利用液面高度差与大气压,连通器只要求"同种液体静止时相平",两者原理不同(拓展)。
案例

茶壶(壶嘴与壶身)、锅炉水位计(显示水位保安全)、船闸(逐级连通让船"爬楼梯"翻越三峡大坝水位差)。

知识 5大气压强 (存在、测量、随高度变化)

掌握度 ★★★ 掌握概要:能说清马德堡半球实验证明存在、托里拆利实验测出大小(760 mm 水银柱 ≈ 1.013×10⁵ Pa);知道大气压随海拔升高减小、影响液体沸点。
1 标准大气压 ≈ 1.013×10⁵ Pa ≈ 760 mm 高水银柱p=ρgh=13.6×10³×9.8×0.76≈1.013×10⁵ Pa(水银密度约 13.6×10³ kg/m³)

【物理】物理规律

  • 大气对浸在其中的物体产生的压强;空气受重力作用且具有流动性,所以大气向各个方向都有压强。
  • 1654 年马德堡半球实验证明大气压存在且很大;1643 年托里拆利实验测出大气压约等于 760 mm 高水银柱产生的压强(≈1.013×10⁵ Pa,记为 1 标准大气压)。
  • 大气压随海拔升高而减小(越高空气越稀薄);液体沸点随气压减小而降低、随气压增大而升高

【数学】数学工具

  • 托里拆利实验的数值计算用 p=ρgh:13.6×10³×9.8×0.76≈1.013×10⁵ Pa。
  • 同压时 ρ 与 h 成反比:大气压能托起 760 mm 水银柱,换成水(密度小得多)则约 10.3 m 水柱。
  • 1 标准大气压 ≈ 1.0×10⁵ Pa:水下 10 m 深处的压强正好约等于 1 个标准大气压,可互相参照。

【生活】生活案例

  • 吸盘挂钩吸管喝饮料钢笔吸墨水(大气压"压"出效果)。
  • 高原用高压锅(气压低沸点低,高压锅增大气压提高沸点)、饮料瓶压扁实验

【举一反三】扩展方向

  • ① 托里拆利实验的变式与误差分析:管倾斜(竖直高度不变、长度变长)、管变粗(不影响)、管顶混入空气(测量值偏小)——竞赛高频考点(1991 年全国初中应用物理知识竞赛真题)。
  • ② 高压锅限压阀计算:由限压阀重力与出气孔面积求出锅内最大气压,再由气压-沸点关系判断锅内温度(应用/高中延伸)。
案例

吸盘挂钩、吸管喝饮料、钢笔吸墨水都靠大气压"压"出来;高原上气压低、水的沸点低,普通锅煮不熟饭,用高压锅增大气压提高沸点。

知识 6流体压强与流速的关系 (流速大,压强小)

掌握度 ★★☆ 掌握概要:能说出"流速大的位置压强小",会用"比大小、判方向"分析吹纸靠拢、机翼升力、安全线等现象。
流速大的位置压强小,流速小的位置压强大流体:具有流动性的液体和气体(本课定性比较流速 → 判断压强差方向)

【物理】物理规律

  • 流体:具有流动性的液体和气体统称为流体。
  • 流体中物体两侧流速不同时,产生指向流速大(压强小)一侧的压强差(压力差)。

【数学】数学工具

"比大小、判方向":比较两处流速 → 判断哪侧压强小 → 判断合力(压力差)方向。初中作定性比较,为高中定量学习作铺垫。

【生活】生活案例

  • 吹纸靠拢(呼应第 1 课)、飞机机翼升力(上凸下平,上表面流速大压强小,形成向上压强差)。
  • 火车站台安全线(车旁流速大压强小,站太近会被"推"向火车)、两船不能并排快速行驶(之间水速大压强小,外侧水压把两船推向彼此)。

【举一反三】扩展方向

  • ① 该规律的定量表达是高中伯努利原理(p + ½ρv² + ρgh = 常量),本课的"比大小、判方向"即其定性雏形。
  • ② 体育中的"香蕉球"(足球旋转使两侧流速不同产生弧线)、地铁站台安全门、喷壶雾化原理——都是流速与压强的应用(应用拓展)。
案例

两张纸中间吹气,中间流速大压强小,纸被压得靠拢;飞机机翼上凸下平产生升力;火车进站必须站在安全线外。

数学数学工具:让压强"算得清、比得明"

工具 1 p=F/S 的公式变形与比例关系

p = F / S ⟶ F = pS ⟶ S = F / p压强公式是一条"除法"公式,可像解方程一样变形,已知任意两个量求第三个量

【比例感知】S 一定时 p∝F:压力加倍,压强加倍;F 一定时 p 与 S 成反比:面积减半,压强加倍。所以"想要压强大就磨尖、想要压强小就加宽"。

【计算示例】一块砖竖放时受力面积约 0.0072 m²,若砖与上方物体的总压力为 500 N:p = 500 ÷ 0.0072 ≈ 6.9×10⁴ Pa;若改为平放(面积约 0.0288 m²),同样 500 N 压力下 p ≈ 1.7×10⁴ Pa——面积变为 4 倍,压强变为四分之一,正符合反比关系。

工具 2 p=ρgh 计算:关键是找准"深度 h"

p = ρgh ρ——液体密度(kg/m³),g=9.8 N/kg,h——从液面竖直向下的深度(m)

【标准示例】水下 10 m 处:p = 1.0×10³ × 9.8 × 10 = 9.8×10⁴ Pa ≈ 1 标准大气压。也就是说:每下潜约 10 m,水压就增加约 1 个大气压。

液体密度 ρ(kg/m³)深度 h(m)压强 p=ρgh(Pa)
1.0×10³54.9×10⁴
1.0×10³109.8×10⁴
盐水(约)1.1×10³101.078×10⁵

【易错提醒】h 是"液面到研究点的竖直深度":同一容器中,容器底部中心的 h 与侧壁同一高度处的 h 相同,压强也相同——这正是"同种液体同一深度各方向压强相等"。

工具 3 单位 Pa 的物理意义与数量级感受

1 Pa = 1 N/m²每 1 平方米受力面积上受到 1 牛的压力,称为 1 帕斯卡
压强数值数量级感受
1 Pa约相当于两个鸡蛋所受重力(约 1 N)均匀压在 1 m² 面积上,是非常小的压强
约 1×10⁴ Pa平放砖块对地面的压强数量级
约 1×10⁵ Pa1 标准大气压 ≈ 1.013×10⁵ Pa,相当于每 1 m² 上压着约 10 吨重的空气

物理计算中压强数值往往很大,结果常用科学计数法(如 6.9×10⁴ Pa)表示,这正用到八年级数学中的幂运算。

集锦案例集锦:压强在生活中的应用

知识点生活案例
压力与压强图钉(钉尖压强大、钉帽压强小);雪地行走陷雪、踩滑雪板不陷
增大/减小压强菜刀磨锋利(减小 S)、图钉尖细、斧头;书包带加宽(增大 S)、载重汽车多轮宽胎、坦克履带、针尖
液体压强堤坝上窄下宽(下部压强大);潜水员穿抗压潜水服;深海鱼适应深水高压
连通器茶壶(壶嘴与壶身)、锅炉水位计、船闸(三峡船闸翻越水位差)
大气压强吸盘挂钩、吸管喝饮料、钢笔吸墨水、高原煮饭用高压锅、饮料瓶压扁实验
流体压强与流速两张纸中间吹气靠拢(呼应第 1 课)、飞机机翼升力、火车站台安全线、两船不能并排快速行驶
菜刀
刀刃磨得很薄,减小受力面积,切菜时压强巨大,轻松切开食物(增大压强)。
图钉
钉尖尖细增大压强扎进墙;钉帽宽大减小压强,保护手指。
书包带
做得又宽又软,增大受力面积减小压强,肩部压强小,背着舒服。
坦克履带
宽大履带增大受力面积,在松软地面和泥泞地带也不会陷下去。
堤坝
水越深压强越大,坝体上窄下宽,底部用更厚的结构承受更大的压强。
船闸
利用连通器原理逐级抬高水面,让船舶"爬楼梯"翻越三峡大坝巨大的水位差。
吸盘挂钩
排出吸盘内空气,大气压强把吸盘压紧在墙上,能挂住物品。
高压锅
密封增大锅内气压,提高水的沸点,在高原上也能把饭煮熟。
飞机机翼
上表面凸起流速大、压强小,下表面压强大,上下压强差产生向上的升力托起飞机。
安全线
火车进站时车旁空气流速大、压强小,站得太近会被"吸"向火车,必须站在安全线外

实验 1固体压强探究:一块砖的"压力作用效果"

拖动压力滑杆改变砖与砝码的总压力(50~500 N),用单选按钮切换砖的放置方式(平放 / 侧放 / 竖放,受力面积不同)。观察:压力越大砖下陷越深;受力面积越大下陷越浅。压强由 p=F/S 实时计算。
受力面积 S = 0.0288 m²;压强 p = F/S = 6.9×10³ Pa
说明:砖的尺寸取示例值"长 24 cm × 宽 12 cm × 厚 6 cm"。平放 S=0.24×0.12=0.0288 m²,侧放 S=0.24×0.06=0.0144 m²,竖放 S=0.12×0.06=0.0072 m²。同样压力下,受力面积越小,压强越大,下陷越深。

实验 2液体压强模拟:U 形管压强计

容器底部探头深度固定为 30 cm,侧壁探头的深度用滑杆在 0~30 cm 间调节;切换液体种类(水 / 盐水)。两个 U 形管(管内装水)的液面差实时反映压强大小:深度越大、密度越大,液面差越大。数值由 p=ρgh 实时计算。
底部(h=30 cm):p = ρgh = 2.9×10³ Pa;侧壁(h=10 cm):p = ρgh = 9.8×10² Pa
液体压强随深度增大而增大、随液体密度增大而增大;同种液体在同一深度,向各个方向的压强相等。

实验 3大气压强演示:覆杯实验

点击「倒置」把装满水的杯子倒过来:杯口盖着的纸片被大气压托住,水不会流出。再拖动「罩内气压」滑杆模拟抽气:随着罩内气压减小,纸片松动、水开始流出——说明正是大气压强托住了纸片。
罩内气压 = 1.013×10⁵ Pa(≈1 标准大气压)——大气压强托住了纸片,水不会流出。
原理:杯中装满水没有空气,纸片受到杯内水向下的压强很小(约 1×10³ Pa 数量级),而杯外大气压强约 1.013×10⁵ Pa,远大于水的压强,所以纸片被牢牢"托"住。抽气后罩内气压减小,纸片外侧托力不足,水便流出。
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思考思考题(想一想,再展开答案)

1. 为什么锋利的菜刀比钝菜刀更容易切菜?

点击展开参考答案
切菜时手对刀施加的压力大致相同。刀刃越锋利,与菜接触的受力面积越小,根据 p=F/S,压力一定时压强与受力面积成反比,受力面积小则压强大,菜更容易被切开。

2. 液体内部压强随深度怎样变化?与液体的密度又有什么关系?

点击展开参考答案
液体内部压强随深度的增大而增大(p=ρgh 中 h 越大 p 越大);同种液体在同一深度,向各个方向的压强相等;不同液体在同一深度,密度越大压强越大(p 与 ρ 成正比)。

3. 覆杯实验中,纸片为什么不会掉下来、水也不会流出?

点击展开参考答案
杯中装满水后没有空气,杯内水对纸片产生的压强很小(只有约 1×10³ Pa 数量级);而杯外大气压强约 1.013×10⁵ Pa,方向向上托住纸片,远大于杯内水的压强,所以纸片被大气压牢牢托住,水不会流出——这正是大气压强存在的直接证据。

测试测试环境:单元练习 · 中考真题 · 拔高挑战

点击选项即时反馈对错并显示解析;填空题输入后点击「提交」;各部分可判分、查看解析、重新作答。真题目带来源标注。

① 单元练习(基础理解,6 题)

覆盖本课全部知识点:压强、增大/减小压强、液体压强、大气压、连通器、流体压强与流速。
尚未判分

② 测试(真实中考真题,4 题)

压强、液体压强、大气压相关的中考理解真题,题目与答案均真实可查证。
尚未判分

③ 拔高挑战(真实物理竞赛真题,2 题)

全国初中应用物理知识竞赛真题,题目与答案均真实可查证。
尚未判分
总得分:-- / --

真题目均经网络检索核实来源与答案;题目引用忠实于原题表述。

小结本课要点

  • 压强:表示压力作用效果,p=F/S,单位 Pa(1 Pa=1 N/m²);变形 F=pS、S=F/p。
  • 增减压强:增大压力或减小受力面积→压强大;减小压力或增大受力面积→压强小。
  • 液体压强:p=ρgh;h 为竖直深度;深度越大、密度越大压强越大;同深各方向相等。
  • 连通器:上端开口、底部相连,同种液体静止时液面相平(茶壶、水位计、船闸)。
  • 大气压强:马德堡半球实验证明存在;托里拆利实验测得约 1.013×10⁵ Pa;随海拔升高而减小;影响沸点。
  • 流体压强与流速:流速大的位置压强小(机翼升力、安全线、吹纸靠拢)。

数学工具:公式变形与比例关系(p∝F、p∝1/S)、p=ρgh 计算、单位 Pa 的数量级感受。

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