수능(물리I) 필기 기출문제복원 (2012-10-09)

수능(물리I)
(2012-10-09 기출문제)

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1. 그림은 다이빙 선수가 물에 수직으로 입수하는 모습을 나타낸 것이다. 입수하는 동안 선수의 운동 방향은 일정하였다.

입수 과정에서 선수의 속력이 감소하는 동안, 선수의 운동에 대한 옳은 분석만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "ㄴ, ㄷ"이다.

    선수가 물에 입수할 때부터 속력이 감소하면서, 중력과 역학적 저항력이 작용하여 선수의 운동에는 변화가 생긴다. 이때, 선수의 속력이 감소하는 방향과는 반대 방향으로 작용하는 중력과 역학적 저항력이 선수의 운동 방향을 바꾸어주게 된다. 이러한 변화는 입수 직후에 가장 크게 나타나며, 이후에는 서서히 감소하게 된다.

    따라서, 보기에서 "ㄴ"은 입수 직후에 선수의 운동 방향이 바뀌는 것을 나타내고, "ㄷ"는 이후에는 감소하지만 여전히 일정한 속력으로 운동을 이어나가는 것을 나타낸다.
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2. 그림은 철수, 영희, 민수가 가속도가 0인 물체에 대하여 대화하는 모습을 나타낸 것이다.

옳게 말한 사람만을 있는 대로 고른 것은?

  1. 철수
  2. 영희
  3. 철수, 영희
  4. 영희, 민수
  5. 철수, 영희, 민수
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "철수, 영희"이다.

    철수가 말한 "물체가 가속도가 0이면 정지 상태에 있거나 등속운동을 하고 있다"는 말은 뉴턴의 운동 법칙에 따른 것으로, 가속도가 0이면 힘이 작용하지 않는다는 것을 의미한다.

    영희가 말한 "물체가 등속운동을 하고 있다면, 속도는 변하지 않는다"는 것도 뉴턴의 운동 법칙에 따른 것으로, 등속운동을 하는 물체는 속도가 일정하게 유지된다는 것을 의미한다.

    민수가 말한 "물체가 정지 상태에 있으면, 힘이 작용하지 않는다"는 것은 철수가 이미 말한 내용과 중복되는 내용이다.

    따라서, 정답은 "철수, 영희"이다.
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3. 그림은 수평면 위에서 전동기가 일정한 힘으로 질량 2 kg인 물체를 오른쪽으로 당기는 모습을 나타낸 것이고, 그래프는 이 물체의 속도를 시간에 따라 나타낸 것이다.

2초인 순간, 바닥이 물체에 작용하는 마찰력의 방향과 크기는? (단, 공기 저항은 무시한다.)

  1. 오른쪽, 2 N
  2. 오른쪽, 4 N
  3. 왼쪽, 1 N
  4. 왼쪽, 2 N
  5. 왼쪽, 4 N
(정답률: 알수없음)
  • 물체가 전동기에 의해 오른쪽으로 가속되고 있으므로, 마찰력은 왼쪽으로 작용해야 한다. 또한, 뉴턴의 제2법칙에 따라 F = ma에서 마찰력의 크기는 가속도와 질량에 비례하므로, 마찰력의 크기는 2 kg의 가속도 2 m/s^2에 비례하여 4 N이 된다. 따라서 정답은 "왼쪽, 4 N"이다.
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4. 그림은 말이 출발하기 직전의 모습을 나타낸 것이고, 그래프는 말이 출발하여 일직선으로 달리는 동안 말의 속력을 시간에 따라 나타낸 것이다.

말의 운동에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 그림은 말이 출발하기 직전의 모습을 나타내므로, 말의 위치는 변하지 않고 시간에 따른 속력만을 나타낸다. 따라서 그림과 그래프는 서로 다른 정보를 나타내므로, "ㄷ"가 정답이다.
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5. 그림은 직선 도로 위의 출발선에 정지해 있던 자동차 A, B가 동시에 출발하는 순간의 모습을 나타낸 것이다. A, B는 직선 운동을 하며, 출발선과 도착선 사이의 거리는 16 m이다. 그래프 (가)는 시간에 따른 A의 가속도를, 그래프 (나)는 시간에 따른 B의 속력을 나타낸 것이다.

A, B의 운동에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A, B의 크기는 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄱ, ㄷ"이다.

    - A의 가속도는 처음에는 0이었다가 시간이 지남에 따라 점점 증가하다가 일정한 값을 유지한다. 이는 그래프 (가)에서 직선으로 나타난 부분으로, A는 처음에는 가속도가 없었지만 B와 경쟁하기 위해 시간이 지남에 따라 가속도를 증가시켰다가 일정한 속도를 유지하며 운동한다.
    - B의 속력은 처음에는 0이었다가 시간이 지남에 따라 점점 증가한다. 이는 그래프 (나)에서 곡선으로 나타난 부분으로, B는 출발하자마자 최대한 빠르게 움직이기 위해 가속도를 증가시켰다가 일정한 가속도로 운동한다.
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6. 그림과 같이 전동기가 줄과 도르래를 이용하여 바닥면에 정지해 있던 질량 2 kg인 물체를 연직 위로 이동시키고 있다. 그래프는 줄이 물체에 작용한 힘의 크기를 바닥면에서 물체까지의 높이에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, 중력 가속도는 10 m/s2이고, 도르래의 크기와 마찰, 줄의 질량은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 옳은 설명은 "ㄴ, 도르래의 크기와 마찰, 줄의 질량은 무시하므로, 물체에 작용하는 힘은 일정하다."이다. 그래프에서 물체에 작용하는 힘이 일정하게 유지되는 구간이 있기 때문이다. 이는 전동기가 일정한 힘을 가해준다는 것을 의미한다.
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7. 그림과 같이 재질이 같은 원기둥 모양의 금속 막대 A, B와 전류계를 전압이 일정한 전원 장치에 연결하였다. A, B는 길이가 같고 B의 단면적은 A의 4배이다. 점 p, q와 점 r, s는 각각 A, B를 3등분하는 위치에 있다. 표는 집게 도선으로 연결하는 지점을 바꾸어 가면서 전류계로 측정한 전류의 세기를 나타낸 것이다.

I1, I2, I3의 크기를 옳게 비교한 것은?

  1. I1 > I2 > I3
  2. I1 > I3 > I2
  3. I2 > I1 > I3
  4. I2 > I3 > I1
  5. I3 > I1 > I2
(정답률: 알수없음)
  • 전류의 크기는 전류 밀도와 단면적, 전하의 이동 속도에 영향을 받는다. A와 B는 재질이 같으므로 전류 밀도는 동일하다고 가정할 수 있다. 따라서 전류의 크기는 단면적과 이동 속도에 비례한다. B의 단면적이 A의 4배이므로 B에서의 전류는 A에서의 전류보다 4배 더 크다. 그리고 B에서의 전류는 길이가 같은 A에서의 전류보다 더 빠르게 이동하므로, I2 > I1이다. 또한, B에서의 전류는 길이가 같은 A에서의 전류보다 더 빠르게 이동하므로, B에서의 전류는 A에서의 전류보다 더 빠르게 이동하므로, I2 > I3이다. 따라서 옳은 정답은 "I2 > I1 > I3"이다.
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8. 그림은 종이면에 고정된 평행한 직선 도선 A, B에 같은 방향으로 전류가 흐르는 모습을 나타낸 것이다. 점 P는 종이면에 있다. 표는 A, B에 흐르는 전류의 세기에 따른 P에서의 자기장 세기를 나타낸 것이다.

(가)에 해당하는 자기장 세기는?

(정답률: 알수없음)
  • (가)에 해당하는 자기장 세기는 "" 이다. 이유는 P점에서 A, B에 흐르는 전류의 방향이 같기 때문에 두 자기장이 합쳐져서 강해지기 때문이다. 즉, A와 B의 자기장이 같은 방향으로 작용하여 P점에서의 자기장이 가장 강해진다.
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9. 그림은 전압이 일정한 전원 장치, 가변 저항기, 코일, 말굽자석, 스위치를 이용해 코일에 작용하는 자기력을 알아보는 실험을 나타낸 것이다. 스위치를 닫는 순간 코일에 크기가 F인 자기력이 작용하였다.

실험 조건에서 한 가지만 변화시킬 때, 스위치를 닫는 순간 코일에 작용하는 자기력의 크기가 F보다 작은 경우만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "ㄱ"이다. 이유는 전압이 일정한 전원 장치이기 때문에 전압이 변하지 않는다면 코일에 작용하는 자기력의 크기도 변하지 않기 때문이다. 따라서 가변 저항기, 코일, 말굽자석 중 어느 하나를 변화시켜도 자기력의 크기는 F와 같을 것이다.
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10. 그림은 저항 R1 R2 R3과 스위치 S1, S2를 전압이 일정한 전원 장치에 연결한 회로를 나타낸 것이다. R2 R3의 저항값은 각각 8 Ω, 4 Ω이다. 그래프는 S1, S2중 하나만 닫았을 때 R3에서 소비된 전기 에너지를 시간에 따라 나타낸 것이다.

S1, S2를 모두 닫았을 때 R1, R2의 소비 전력의 비 P1 : P2는?[3점]

  1. 1 : 2
  2. 1 : 4
  3. 2 : 1
  4. 2 : 5
  5. 4 : 1
(정답률: 알수없음)
  • S1, S2를 모두 닫으면 전류는 R1, R2, R3을 순서대로 흐르게 된다. 따라서 R1과 R2의 전압은 같고, 전압이 일정하므로 R1과 R2의 소비 전력은 각각 전류의 제곱에 저항을 곱한 값으로 계산할 수 있다. 전류는 R1과 R2의 저항값이 같으므로 P1 : P2는 전류의 제곱에 저항값을 곱한 값인 R1 : R2와 같다. 따라서 P1 : P2 = 8 : 2 = 4 : 1 이다.
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11. 그림과 같이 균일한 자기장 영역이 있는 xy평면에 정사각형 금속 고리가 고정되어 있다. 자기장은 xy평면에 수직으로 들어 가는 방향이고, P점은 금속 고리 위의 한 점이다. 그래프는 자기장의 세기를 시간에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 "ㄱ, ㄷ"가 옳은 이유는 다음과 같다.

    ㄱ. P점에서의 자기장 세기는 시간에 따라 변하지 않는다.
    - 그래프에서 P점에서의 자기장 세기는 항상 일정하게 유지되고 있으며, 시간에 따라 변하지 않는 것을 확인할 수 있다.

    ㄷ. 금속 고리의 왼쪽 부분에서는 시계 방향으로 회전하고, 오른쪽 부분에서는 반시계 방향으로 회전한다.
    - 그래프에서 자기장 세기가 양수인 부분은 시계 방향으로 회전하는 부분을 의미하고, 음수인 부분은 반시계 방향으로 회전하는 부분을 의미한다. 따라서 금속 고리의 왼쪽 부분에서는 자기장이 양수인 부분에 위치하므로 시계 방향으로 회전하게 되고, 오른쪽 부분에서는 자기장이 음수인 부분에 위치하므로 반시계 방향으로 회전하게 된다.
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12. 그림은 x축 상에서 서로 8 cm만큼 떨어져 수면에 떠 있는 두 코르크 마개 A, B를 향해 물결파가 +x 방향으로 접근하고 있는 모습을 나타낸 것이다. 그래프는 물결파가 A에 도달한 순간부터 A와 B의 변위를 시간에 따라 나타낸 것이다.

이 물결파에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? (단, A, B는 연직 방향으로만 움직이고, A, B의 크기는 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 옳은 설명은 "B는 A보다 먼저 진동을 시작하고, A와 B의 진폭은 같다."인 "ㄴ"이다. 그래프에서 A와 B의 진폭은 같고, B의 진동이 A보다 먼저 시작하는 것을 확인할 수 있다.
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13. 그림 (가)는 원형 물통에 물을 반만 채우고 단색광 A, B를 물통의 중심을 향해 입사시키는 모습을 나타낸 것이다. 그림 (나)는 (가)에서 A, B의 진행 경로를 나타낸 것이다. 물통의 중심 O에서 A는 전반사하고, B는 일부만 반사하고 일부는 굴절한다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄱ"이다. A광선은 물과 공기의 경계면에서 전반사되어 물통 내부를 향해 진행하고, B광선은 일부 반사되어 물통 내부를 향해 진행하며 일부는 굴절되어 물과 공기의 경계면을 통과하여 물통 외부로 나간다. 이러한 광선의 경로로 인해 물통 내부에서는 A광선이 직진하고 B광선이 굴절하여 경로가 바뀌게 된다.
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14. 그림은 광전 효과 실험 장치를 이용하여 정지 전압을 알아보는 실험을 나타낸 것이고, 표는 실험 Ⅰ, Ⅱ에서 사용한 금속판의 재질, 단색광의 진동수를 나타낸 것이다. Ⅰ, Ⅱ에서 측정한 정지 전압은 같았다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 정답은 "ㄱ, ㄴ, ㄷ"이다.

    - ㄱ: 실험 Ⅰ과 Ⅱ에서 사용한 금속판의 재질이 같다는 것은 광전 효과와는 무관하다. 따라서 실험 Ⅰ과 Ⅱ에서 측정한 정지 전압이 같은 것은 단색광의 진동수가 같기 때문이다.
    - ㄴ: 실험 Ⅰ과 Ⅱ에서 사용한 단색광의 진동수가 다르기 때문에, 광전 효과의 크기가 다를 것이다. 하지만 실험에서 측정한 정지 전압이 같다는 것은, 단색광의 진동수가 광전 효과에 영향을 미치지 않는다는 것을 의미한다.
    - ㄷ: 실험 Ⅰ과 Ⅱ에서 사용한 금속판의 재질과 단색광의 진동수가 모두 같다면, 실험 조건이 완전히 동일하므로 정지 전압도 같을 것이다. 하지만 이는 실험에서 측정한 결과와 일치하지 않으므로, ㄷ은 옳지 않은 설명이다.
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15. 그림은 운동 에너지가 서로 같은 입자 A, B가 속력이 각각 v, 2v인 상태로 운동하는 모습을 나타낸 것이다.

A, B의 물질파 파장의 비 λA : λB는?

  1. 4 : 1
  2. 2 : 1
  3. 1 : 4
  4. 1 : 2
  5. 1 : 1
(정답률: 알수없음)
  • A, B 입자의 운동 에너지가 서로 같으므로, 운동 에너지와 운동량은 비례한다는 관계식 E = p2 / 2m 에서 pA / pB = √(mB / mA) 이다. 여기서 p는 운동량, m은 질량을 나타낸다. 따라서, pA / pB = √(mB / mA) = 1 / 2 이다.

    물질파의 파장 λ는 운동량과 역비례하는 관계식 λ = h / p 에서 λA / λB = pB / pA = 2 / 1 이므로, λA : λB = 1 : 2 이다.

    따라서, 정답은 "1 : 2" 이다.
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16. 그림은 파장과 진폭이 같은 두 물결파가 x축을 따라 서로 반대 방향으로 진행하는 어느 순간의 모습을 나타낸 것이다. 두 물결파의 진행 속력은 모두 10 cm/s이다.

이때부터 1초 동안 x축 상의 위치가 -10 cm인 곳과 10 cm인 곳 사이에서 나타나는 수면의 모습만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "ㄱ, ㄴ"이다.

    두 물결파는 진폭과 파장이 같기 때문에 서로 상쇄되어 소멸하게 된다. 그리고 두 물결파의 진행 속력이 같기 때문에 서로 만나는 지점에서 상쇄되는 파동이 서로 같은 크기이다. 따라서, -10 cm와 10 cm 지점에서 파동이 상쇄되어 수면이 평평해지는 것이다. 이에 해당하는 보기는 "ㄱ, ㄴ"이다.
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17. 그림은 파장이 λ인 단색광이 이중 슬릿을 지나 스크린에 간섭무늬를 만드는 모습을 나타낸 것이다. 스크린 상의 점 O는 두 슬릿 S1, S2로부터 같은 거리에 있는 점이고, 스크린 상에 고정된 세 점 P1 P2 P3에서는 O로부터 각각 첫 번째 보강 간섭, 두 번째 상쇄 간섭, 두 번째 보강 간섭이 일어난다.

다른 조건은 그대로 두고 단색광의 파장을 3/2λ로 바꾸었을 때, P1 P2 P3에서 보강 간섭이 일어나는 점만을 있는 대로 고른 것은?

  1. P1
  2. P2
  3. P3
  4. P1, P2
  5. P2, P3
(정답률: 알수없음)
  • 파장이 3/2λ로 바뀌면 간격이 일정한 두 슬릿 사이에서 서로 다른 위치에서 만들어지는 간섭무늬의 간격도 2/3배 줄어들게 된다. 따라서 P1과 P3에서는 보강 간섭이 일어나지 않고, P1, P2, P2, P3에서는 상쇄 간섭이 일어난다. 하지만 P2에서는 여전히 두 번째 보강 간섭이 일어나므로 정답은 "P2"이다.
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18. 그림은 높이 h인 곳에 정지해 있던 물체 A가 미끄러져 내려와 수평면에 정지해 있던 물체 B와 충돌하여 한 덩어리로 움직이다가, 용수철을 최대로 만큼 압축시킨 모습을 나타낸 것이다. A, B의 질량은 각각 m, 3m이고 용수철 상수는 k이다.

h는? (단, 중력 가속도는 g이고, 물체의 크기, 용수철의 질량과 모든 마찰은 무시한다.) [3점]

(정답률: 알수없음)
  • 운동량 보존 법칙에 따라, A와 B가 합쳐진 후의 운동량은 충돌 전의 운동량과 같다. 따라서, $msqrt{2gh} = 4mv$ 이다. 여기서 $v$는 A와 B가 합쳐진 후의 속도이다. 용수철이 최대로 압축된 상태에서, 용수철에 작용하는 힘은 최대이며, 이 때의 힘은 용수철의 길이 변화량에 비례한다. 따라서, $F=kx$ 이다. 여기서 $x$는 용수철의 길이 변화량이며, 최대 변화량은 $sqrt{2gh}$이다. 따라서, $F_{max}=ksqrt{2gh}$. 이 때, 용수철에 작용하는 힘과 물체의 중력이 평형을 이루므로, $F_{max}=mg$이다. 따라서, $ksqrt{2gh}=mg$이고, $h=frac{g}{2k^2}m^2$이다. 따라서, 정답은 ""이다.
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19. 그림은 마찰이 없는 수평면에서 물체 A와 B가 서로를 향해 등속 직선 운동하는 모습을 나타낸 것이다. A, B의 질량은 2 kg으로 같고 충돌 전 A의 속력은 6 m/s이다. 그래프는 A와 B 사이의 거리 S를 시간에 따라 나타낸 것이다.

이에 대한 옳은 설명만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은?(단, 물체의 크기와 공기 저항은 무시한다.) [3점]

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
(정답률: 알수없음)
  • 보기에서 옳은 설명은 "ㄱ, ㄷ"이다.

    - ㄱ: A와 B가 충돌하기 전까지는 서로 멀어지는 속도로 움직이다가, 충돌 후에는 하나의 물체처럼 움직인다. 이는 운동량 보존 법칙에 따른 결과이다.
    - ㄴ: 그래프에서 A와 B의 속도는 일정하게 유지되지 않고, 충돌 후에는 감소한다. 따라서 등속 운동이 아니며, 이는 운동 에너지 보존 법칙에 따른 결과이다.
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20. 그림은 저항값이 R인 저항 2개, 저항값이 Rx인 저항 1개, 전류계, 전압계, 스위치 S1 S2를 전압이 일정한 전원 장치에 연결한 회로를 나타낸 것이다. 표는 S1 S2 중 하나만 닫았을 때 전압계로 측정한 전압과 전류계로 측정한 전류를 나타낸 것이다.

Rx는? [3점]

  1. 0.5 Ω
  2. 1 Ω
  3. 1.5 Ω
  4. 2 Ω
  5. 3 Ω
(정답률: 알수없음)
  • S1을 닫으면 전류는 (2R)/(2R+Rx)I가 되고, 전압은 IR이 된다. S2를 닫으면 전류는 (2R+Rx)/2R*I가 되고, 전압은 (2R+Rx)/2*I가 된다. 따라서, S1을 닫았을 때 전압과 전류를 이용하여 Rx를 구하면 Rx = 2 Ω가 된다. 이유는 S1을 닫으면 R과 Rx이 직렬로 연결되어 전류가 흐르기 때문에, 전압과 전류를 이용하여 Rx를 구할 수 있다.
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