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三年（2022-2024）高考物理真题分类汇编（全国通用）专题39原子结构和能级（解析版）
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这是一份三年（2022-2024）高考物理真题分类汇编（全国通用）专题39原子结构和能级（解析版），共9页。试卷主要包含了85eV)- = 12等内容，欢迎下载使用。
考点01 能级和波尔理论
1.（2024年高考江西卷） 近年来，江西省科学家发明硅衬底氮化镓基系列发光二极管，开创了国际上第三条技术路线。某氮化镓基材料的简化能级如图所示，若能级差为（约）,普朗克常量，则发光频率约为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】
根据题意可知，辐射出的光子能量，由光子的能量得
，C正确。
2.（2023高考河北卷） 2022年8月30日，国家航天局正式发布了“羲和号”太阳探测卫星国际上首次在轨获取的太阳谱线精细结构。是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，其对应的能级跃迁过程为（ ）
A. 从跃迁到B. 从跃迁到
C. 从跃迁到D. 从跃迁到
【答案】D
【解析】是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，根据
可知是氢原子巴耳末系中频率最小的谱线，根据氢原子的能级图，利用玻尔理论中的频率条件
可见能级差越小，频率越低，波长越长。故对应的能级跃迁过程为从跃迁到。故选D。
3．（2022重庆高考）如图为氢原子的能级示意图。已知蓝光光子的能量范围为，紫光光子的能量范围为。若使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则激发氢原子的光子能量为（ ）
A． B． C． D．
【参考答案】C
【名师解析】由题意可知，处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则由蓝光光子能量范围可知氢原子从n=4能级向低能级（n=2）跃迁可以辐射蓝光，则需要激发氢原子到n=4能级，所以激发氢原子的光子能量为△E=E4-E1=(-0.85eV)- (-13.6eV)= 12.75eV，选项C正确。
4．（2022高考北京卷）氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子（ ）
A．放出光子，能量增加 B．放出光子，能量减少
C．吸收光子，能量增加 D．吸收光子，能量减少
【参考答案】B
【命题意图】此题考查能级、跃迁及其相关知识点。
【名师解析】氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子放出光子，能量减少，选项B正确。
5．（2022新高考海南卷）一群处于激发态的氢原子跃迁向外辐射出不同频率的光子，则（ ）
A．需要向外吸收能量
B．共能放出6种不同频率的光子
C．向跃迁发出的光子频率最大
D．向跃迁发出的光子频率最大
【参考答案】BD
【名师解析】处于激发态的氢原子跃迁向外辐射出不同频率的光子，向外辐射能量，A错误；共能放出3+2+1=6种不同频率的光子，B正确；向跃迁发出的光子能量最小，频率最低，C错误；向跃迁发出的光子能量最大，频率最大，D正确。
6．（2022·高考广东物理）目前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子。氢原子第n能级的能量为，其中。图4是按能量排列的电磁波谱，要使的氢原子吸收一个光子后，恰好失去一个电子变成氢离子，被吸收的光子是（ ）
A．红外线波段的光子 B．可见光波段的光子
C．紫外线波段的光子 D．X射线波段的光子
【参考答案】A
【命题意图】本题考查能级，电磁波谱，氢原子电离及其相关知识点。
【解题思路】
n=20的氢原子能量为E20=E1/202=-0.034eV，该氢原子其电离能为0.034eV。吸收一个光子，恰好失去一个电子变成氢离子，由图4所示按能量排列的电磁波谱可知，被吸收的光子是红外线波段的光子，A项正确。
7．（2022年6月浙江选考）图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n=3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29eV的金属钠。下列说法正确的是
A．逸出光电子的最大初动能为10.80eV
B．n=3跃迁到n=1放出的光电子动量最大
C．有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应
D．用0.85eV的光子照射，氢原子跃迁到n=4激发态
第7题图
【参考答案】B
【命题意图】本题考查能级，波尔理论及其相关知识点。
【解题思路】氢原子处于n=3的激发态，跃迁到基态，辐射出的光子能量最大，最大为E=（-1.51eV）-（-13.6eV）=12.09eV，照射逸出功为2.29eV的金属钠，由爱因斯坦光电效应方程，逸出光电子的最大初动能为Ek=E-W=12.09eV -2.29eV =9.80eV，A错误；n=3跃迁到n=1放出的光电子能量E最大，由E=pc，可知动量p最大，B正确；只有处于n=3的激发态氢原子跃迁到基态，处于n=2的激发态氢原子跃迁到基态，辐射的光子能量大于金属钠逸出功2.29eV，即2种频率的光子能使金属钠产生光电效应，C错误；用0.85eV的光子照射处于n=3是氢原子，不能跃迁到n=4激发态，D错误。
8. （2023高考山东高中学业水平等级考试）“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为的光子从基态能级I跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率为（ ）
A. B.
C. D.
【参考答案】D
【名师解析】
原子吸收频率为光子从基态能级I跃迁至激发态能级Ⅱ时有
且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态I的过程有
联立解得，D正确。
9. （2023高考选择性考试辽宁卷）原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为Ek，则（ ）
A. ①和③的能量相等
B. ②的频率大于④的频率
C. 用②照射该金属一定能发生光电效应
D. 用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek
【参考答案】A
【名师解析】
由图可知①和③对应的跃迁能级差相同，可知①和③的能量相等，选项A正确；
因②对应的能级差小于④对应的能级差，可知②的能量小于④的能量，根据可知②的频率小于④的频率，选项B错误；因②对应的能级差小于①对应的能级差，可知②的能量小于①，②的频率小于①，则若用①照射某金属表面时能发生光电效应，用②照射该金属不一定能发生光电效应，选项C错误；因④对应的能级差大于①对应的能级差，可知④的能量大于①，即④的频率大于①，因用①照射某金属表面时能逸出光电子的最大初动能为Ek，根据
则用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于Ek，选项D错误。
10. （2023高考湖北卷）2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为的氢原子谱线（对应的光子能量为）。根据如图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子（ ）
A. 和能级之间的跃迁
B. 和能级之间的跃迁
C. 和能级之间的跃迁
D. 和能级之间的跃迁
【参考答案】A
【名师解析】由图中可知n=2和n=1能级差之间的能量差值为
与探测器探测到的谱线能量相等，故可知此谱线来源于太阳中氢原子n=2和n=1能级之间的跃迁。A正确。
。
11. （2022天津学业水平选择性考试）不同波长的电磁波具有不同的特性，在科研、生产和生活中有广泛的应用。a、b两单色光在电磁波谱中的位置如图所示。下列说法正确的是（ ）
A. 若a、b光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大
B. 若a、b光分别照射同一小孔发生衍射，a光的衍射现象更明显
C. 若a、b光分别照射同一光电管发生光电效应，a光的遏止电压高
D. 若a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时，a光的干涉条纹间距大
【参考答案】BD
【命题意图】本题以电磁波谱切入，考查能级、光电效应、双缝干涉、光的衍射及其相关知识点。
【名师解析】
由图中a、b两单色光在电磁波谱中的位置，判断出a光的波长大于b光的波长，a光的频率小于b光的频率。若a、b光均由氢原子能级跃迁产生，根据玻尔原子理论的频率条件
可知产生a光的能级能量差小，故A错误；
若a、b光分别照射同一小孔发生衍射，根据发生明显衍射现象的条件，a光的衍射现象更明显，故B正确；
在分别照射同一光电管发生光电效应时，根据爱因斯坦光电效应方程
可知a光的遏止电压低，故C错误；
a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时，相邻两条亮纹或暗纹的中心间距
可知a光的干涉条纹间距大，故D正确。
13.（2023高考河北卷） 2022年8月30日，国家航天局正式发布了“羲和号”太阳探测卫星国际上首次在轨获取的太阳谱线精细结构。是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，其对应的能级跃迁过程为（ ）
A. 从跃迁到
B. 从跃迁到
C. 从跃迁到
D. 从跃迁到
【答案】D
【解析】
是氢原子巴耳末系中波长最长谱线，根据
可知是氢原子巴耳末系中频率最小的谱线，根据氢原子的能级图，利用玻尔理论中的频率条件
可见能级差越小，频率越低，波长越长。故对应的能级跃迁过程为从跃迁到。
故选D。
考点02 原子结构
1. （2023学业水平等级考试上海卷）关于α粒子散射实验，下列说法正确的是
A. 实验必须在真空中进行
B. 荧光屏的作用是为了阻挡α粒子
C. 实验用显微镜必须正对放射源
D. 证明了原子核内有质子存在
【参考答案】A
【名师解析】由于α粒子具有很强的电离作用，所以α粒子散射实验装置必须在真空中进行，否则α粒子会电离空气，影响实验结果，A正确；α粒子打在荧光屏上产生荧光，所以荧光屏的作用是为了便于观察，B错误； 为了观察射向不同方向的α粒子数目，显微镜要更换不同位置观察，C错误；卢瑟福利用α粒子散射实验， 证明了原子的有核模型，不能证明核内有质子存在，D错误。
2．（2022高考湖南卷）关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确的是（ ）
A．卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征
B．玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律
C．光电效应揭示了光的粒子性
D．电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性
【参考答案】Ｃ
【名师解析】卢瑟福的核式结构模型不能解释了原子光谱的分立特征，波尔的原子理论解释了原子光谱的分立特征，但不能完全揭示了微观粒子运动的规律，选项ＡＢ错误；光电效应揭示了光的粒子性，选项Ｃ正确；电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的波动性，选项Ｄ错误。
考点
三年考情（2022-2024）
命题趋势
考点1 能级和波尔理论
（5年4考）
2024年高考江西卷：某氮化镓基材料的简化能级。
2023高考河北卷：国家航天局正式发布了“羲和号”太阳探测卫星国际上首次在轨获取的太阳谱线精细结构。
2023高考山东高中学业水平等级考试：“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组能级图。
2023高考湖北卷：我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为的氢原子谱线。
1. 能级和波尔理论是该章的重点知识点，高考考查频率较高。命题通常结合某种情景，或给出能级图，综合考查能级、波尔理论、光电效应及其相关知识点。
2. 原子结构的知识点大多属于了解，命题难度小，考查频率不高。
考点2 原子结构
（5年2考）
2022高考湖南卷：关于原子结构和微观粒子波粒二象性。
2023学业水平等级考试上海卷：关于α粒子散射实验。
考点01 能级和波尔理论
1.（2024年高考江西卷） 近年来，江西省科学家发明硅衬底氮化镓基系列发光二极管，开创了国际上第三条技术路线。某氮化镓基材料的简化能级如图所示，若能级差为（约）,普朗克常量，则发光频率约为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】
根据题意可知，辐射出的光子能量，由光子的能量得
，C正确。
2.（2023高考河北卷） 2022年8月30日，国家航天局正式发布了“羲和号”太阳探测卫星国际上首次在轨获取的太阳谱线精细结构。是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，其对应的能级跃迁过程为（ ）
A. 从跃迁到B. 从跃迁到
C. 从跃迁到D. 从跃迁到
【答案】D
【解析】是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，根据
可知是氢原子巴耳末系中频率最小的谱线，根据氢原子的能级图，利用玻尔理论中的频率条件
可见能级差越小，频率越低，波长越长。故对应的能级跃迁过程为从跃迁到。故选D。
3．（2022重庆高考）如图为氢原子的能级示意图。已知蓝光光子的能量范围为，紫光光子的能量范围为。若使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则激发氢原子的光子能量为（ ）
A． B． C． D．
【参考答案】C
【名师解析】由题意可知，处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则由蓝光光子能量范围可知氢原子从n=4能级向低能级（n=2）跃迁可以辐射蓝光，则需要激发氢原子到n=4能级，所以激发氢原子的光子能量为△E=E4-E1=(-0.85eV)- (-13.6eV)= 12.75eV，选项C正确。
4．（2022高考北京卷）氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子（ ）
A．放出光子，能量增加 B．放出光子，能量减少
C．吸收光子，能量增加 D．吸收光子，能量减少
【参考答案】B
【命题意图】此题考查能级、跃迁及其相关知识点。
【名师解析】氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子放出光子，能量减少，选项B正确。
5．（2022新高考海南卷）一群处于激发态的氢原子跃迁向外辐射出不同频率的光子，则（ ）
A．需要向外吸收能量
B．共能放出6种不同频率的光子
C．向跃迁发出的光子频率最大
D．向跃迁发出的光子频率最大
【参考答案】BD
【名师解析】处于激发态的氢原子跃迁向外辐射出不同频率的光子，向外辐射能量，A错误；共能放出3+2+1=6种不同频率的光子，B正确；向跃迁发出的光子能量最小，频率最低，C错误；向跃迁发出的光子能量最大，频率最大，D正确。
6．（2022·高考广东物理）目前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子。氢原子第n能级的能量为，其中。图4是按能量排列的电磁波谱，要使的氢原子吸收一个光子后，恰好失去一个电子变成氢离子，被吸收的光子是（ ）
A．红外线波段的光子 B．可见光波段的光子
C．紫外线波段的光子 D．X射线波段的光子
【参考答案】A
【命题意图】本题考查能级，电磁波谱，氢原子电离及其相关知识点。
【解题思路】
n=20的氢原子能量为E20=E1/202=-0.034eV，该氢原子其电离能为0.034eV。吸收一个光子，恰好失去一个电子变成氢离子，由图4所示按能量排列的电磁波谱可知，被吸收的光子是红外线波段的光子，A项正确。
7．（2022年6月浙江选考）图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n=3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29eV的金属钠。下列说法正确的是
A．逸出光电子的最大初动能为10.80eV
B．n=3跃迁到n=1放出的光电子动量最大
C．有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应
D．用0.85eV的光子照射，氢原子跃迁到n=4激发态
第7题图
【参考答案】B
【命题意图】本题考查能级，波尔理论及其相关知识点。
【解题思路】氢原子处于n=3的激发态，跃迁到基态，辐射出的光子能量最大，最大为E=（-1.51eV）-（-13.6eV）=12.09eV，照射逸出功为2.29eV的金属钠，由爱因斯坦光电效应方程，逸出光电子的最大初动能为Ek=E-W=12.09eV -2.29eV =9.80eV，A错误；n=3跃迁到n=1放出的光电子能量E最大，由E=pc，可知动量p最大，B正确；只有处于n=3的激发态氢原子跃迁到基态，处于n=2的激发态氢原子跃迁到基态，辐射的光子能量大于金属钠逸出功2.29eV，即2种频率的光子能使金属钠产生光电效应，C错误；用0.85eV的光子照射处于n=3是氢原子，不能跃迁到n=4激发态，D错误。
8. （2023高考山东高中学业水平等级考试）“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为的光子从基态能级I跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率为（ ）
A. B.
C. D.
【参考答案】D
【名师解析】
原子吸收频率为光子从基态能级I跃迁至激发态能级Ⅱ时有
且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态I的过程有
联立解得，D正确。
9. （2023高考选择性考试辽宁卷）原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为Ek，则（ ）
A. ①和③的能量相等
B. ②的频率大于④的频率
C. 用②照射该金属一定能发生光电效应
D. 用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek
【参考答案】A
【名师解析】
由图可知①和③对应的跃迁能级差相同，可知①和③的能量相等，选项A正确；
因②对应的能级差小于④对应的能级差，可知②的能量小于④的能量，根据可知②的频率小于④的频率，选项B错误；因②对应的能级差小于①对应的能级差，可知②的能量小于①，②的频率小于①，则若用①照射某金属表面时能发生光电效应，用②照射该金属不一定能发生光电效应，选项C错误；因④对应的能级差大于①对应的能级差，可知④的能量大于①，即④的频率大于①，因用①照射某金属表面时能逸出光电子的最大初动能为Ek，根据
则用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于Ek，选项D错误。
10. （2023高考湖北卷）2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为的氢原子谱线（对应的光子能量为）。根据如图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子（ ）
A. 和能级之间的跃迁
B. 和能级之间的跃迁
C. 和能级之间的跃迁
D. 和能级之间的跃迁
【参考答案】A
【名师解析】由图中可知n=2和n=1能级差之间的能量差值为
与探测器探测到的谱线能量相等，故可知此谱线来源于太阳中氢原子n=2和n=1能级之间的跃迁。A正确。
。
11. （2022天津学业水平选择性考试）不同波长的电磁波具有不同的特性，在科研、生产和生活中有广泛的应用。a、b两单色光在电磁波谱中的位置如图所示。下列说法正确的是（ ）
A. 若a、b光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大
B. 若a、b光分别照射同一小孔发生衍射，a光的衍射现象更明显
C. 若a、b光分别照射同一光电管发生光电效应，a光的遏止电压高
D. 若a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时，a光的干涉条纹间距大
【参考答案】BD
【命题意图】本题以电磁波谱切入，考查能级、光电效应、双缝干涉、光的衍射及其相关知识点。
【名师解析】
由图中a、b两单色光在电磁波谱中的位置，判断出a光的波长大于b光的波长，a光的频率小于b光的频率。若a、b光均由氢原子能级跃迁产生，根据玻尔原子理论的频率条件
可知产生a光的能级能量差小，故A错误；
若a、b光分别照射同一小孔发生衍射，根据发生明显衍射现象的条件，a光的衍射现象更明显，故B正确；
在分别照射同一光电管发生光电效应时，根据爱因斯坦光电效应方程
可知a光的遏止电压低，故C错误；
a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时，相邻两条亮纹或暗纹的中心间距
可知a光的干涉条纹间距大，故D正确。
13.（2023高考河北卷） 2022年8月30日，国家航天局正式发布了“羲和号”太阳探测卫星国际上首次在轨获取的太阳谱线精细结构。是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，其对应的能级跃迁过程为（ ）
A. 从跃迁到
B. 从跃迁到
C. 从跃迁到
D. 从跃迁到
【答案】D
【解析】
是氢原子巴耳末系中波长最长谱线，根据
可知是氢原子巴耳末系中频率最小的谱线，根据氢原子的能级图，利用玻尔理论中的频率条件
可见能级差越小，频率越低，波长越长。故对应的能级跃迁过程为从跃迁到。
故选D。
考点02 原子结构
1. （2023学业水平等级考试上海卷）关于α粒子散射实验，下列说法正确的是
A. 实验必须在真空中进行
B. 荧光屏的作用是为了阻挡α粒子
C. 实验用显微镜必须正对放射源
D. 证明了原子核内有质子存在
【参考答案】A
【名师解析】由于α粒子具有很强的电离作用，所以α粒子散射实验装置必须在真空中进行，否则α粒子会电离空气，影响实验结果，A正确；α粒子打在荧光屏上产生荧光，所以荧光屏的作用是为了便于观察，B错误； 为了观察射向不同方向的α粒子数目，显微镜要更换不同位置观察，C错误；卢瑟福利用α粒子散射实验， 证明了原子的有核模型，不能证明核内有质子存在，D错误。
2．（2022高考湖南卷）关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确的是（ ）
A．卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征
B．玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律
C．光电效应揭示了光的粒子性
D．电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性
【参考答案】Ｃ
【名师解析】卢瑟福的核式结构模型不能解释了原子光谱的分立特征，波尔的原子理论解释了原子光谱的分立特征，但不能完全揭示了微观粒子运动的规律，选项ＡＢ错误；光电效应揭示了光的粒子性，选项Ｃ正确；电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的波动性，选项Ｄ错误。
考点
三年考情（2022-2024）
命题趋势
考点1 能级和波尔理论
（5年4考）
2024年高考江西卷：某氮化镓基材料的简化能级。
2023高考河北卷：国家航天局正式发布了“羲和号”太阳探测卫星国际上首次在轨获取的太阳谱线精细结构。
2023高考山东高中学业水平等级考试：“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组能级图。
2023高考湖北卷：我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为的氢原子谱线。
1. 能级和波尔理论是该章的重点知识点，高考考查频率较高。命题通常结合某种情景，或给出能级图，综合考查能级、波尔理论、光电效应及其相关知识点。
2. 原子结构的知识点大多属于了解，命题难度小，考查频率不高。
考点2 原子结构
（5年2考）
2022高考湖南卷：关于原子结构和微观粒子波粒二象性。
2023学业水平等级考试上海卷：关于α粒子散射实验。
相关试卷
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