河北专版2020中考物理复习方案第五单元电学与磁学第21课时电功率焦耳定律相关实验课件

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河北专版2020中考物理复习方案第五单元电学与磁学第21课时电功率焦耳定律相关实验课件

第 21 课时  电功率、焦耳定律相关实验 第五单元 电学与磁学 考点一 伏安法测量小灯泡的电功率 原理   P=UI 实物图 与电路图 ( 续表 ) 电路 连接   开关 : 连接电路时 , 开关要 断开 。   滑动变阻器 : 滑动变阻器 “ 一上一下 ” 接入电路 , 且开关闭合前 , 滑片要移到 阻值最大处 。   电表 : ① 电流表与小灯泡 串联 , 电压表与小灯泡 并联 ; ② 电流从 正接线柱 流入 , 负接线柱 流出 ; ③ 电压表的量程由 小灯泡的额定电压 决定 , 电流表的量程由 小灯泡的额定电流 决定 滑动变 阻器的 作用   改变 灯泡两端的电压 和保护电路。连接电路无误后 , 移动滑片的位置 , 同时眼睛观察 电压表的示数 , 当电压表的示数达到额定电压时 , 停止移动滑片 , 并记下电流表的示数 , 利用公式即可求出灯泡的额定功率 ( 续表 ) 电路故 障分析   电表示数异常的原因 : ① 电流表无示数 : 与电流表串联的电路 断路 ( 或电流表被短路或断路 ); ② 电流表指针满偏 : 电流表 所选量程太小 或与之串联的电路发生 短路 ; ③ 电压表无示数 : 小灯泡发生 短路 ( 或电压表短路或断路 , 或与电压表并联的电路以外部分断路 ); ④ 电压表示数接近电源电压 : 小灯泡发生断路 , 或滑动变阻器短路。   小灯泡不亮的原因 : ① 电路完好 , 灯不亮 : 滑动变阻器连入电路的阻值太大 , 移动滑片观察小灯泡是否发光 ; ② 电路故障 , 灯不亮 : 小灯泡断路或短路 , 根据电表示数判断。   移动滑片 , 电表示数不变的原因 : 滑动变阻器 同时接两个上接线柱 或 同时接两个下接线柱 ( 续表 ) 多次 测量的 目的   测出小灯泡在不同电压下的实际功率并比较、探究 电功率与电压的关系及小灯泡亮度变化规律 ( 小灯泡实际电压不同 , 小灯泡的实际功率理应不同 , 求平均值没有意义 ) 设计 表格    物理量 实验次数   电压 U/V 电流 I/A 电动率 P/W 灯泡发 光情况 1 2 3 ( 续表 ) 图像 分析   小 灯泡的 U - I 图像是曲线 , 原因是 灯丝电阻随温度的升高而增大 实验 结论   不同 电压下 , 小灯泡的功率不同 , 实际电压越大 , 小灯泡的 功率越大 ;   小灯泡的亮度由小灯泡的 实际功率 决定 , 实际功率越大 , 小灯泡越亮 实验 评估   小灯泡额定电压为 3 . 8 V 时 , 电压表读数不准确 ; 若电源电压为 6 V, 可将电压表改接在滑动变阻器两端 , 来减小 实验误差 考点二 探究影响电流热效应的因素 1 . 实验装置如图 21-1 所示。 图 21-1 2 . 被加热的物质选用 空气 或煤油的原因 : 空气受热膨胀明显 , 煤油比热容小 , 都能使实验现象明显。   3 . 选择被加热物质时需要保证物质的 种类相同、质量相同、初温相同 。 4 . 转换法的应用 : 通过 U 形管中 液面高度的变化 或温度计示数的变化反映电流通过导体产生热量的多少。 5 . 控制变量法的应用 : ①探究电热与电流的关系时 , 控制电热丝的电阻值与通电时间相同 , 改变通过两电热丝的电流大小 ; ②探究电热与电阻的关系时 , 控制通过电热丝的电流与通电时间相同 , 选择两电阻不同的电热丝 ; ③探究电热与通电时间的关系 , 控制两电热丝的电阻和通过的电流相同 , 改变通电时间的长短。 6 . 多次测量的目的 : 使实验结论具有 普遍性 。 7 . 实验结论 : 电流通过导体产生的热量与 电流的平方 成正比 , 与 导体的电阻 成正比 , 与 通电时间 成正比。 突破一 测量小灯泡的电功率 例 1 在测定“小灯泡电功率”的实验中,电源电压为4 . 5 V,小灯泡额定电压为2 . 5 V、电阻约为10 Ω。 (1) 请你用笔画线代替导线 , 将图 21-2 甲中 的实物电路连接完整 , 要求滑动变阻器的 滑片 P 向右移动时小灯泡变暗。 图 21-2 (1) 如图所示 例 1 在测定“小灯泡电功率”的实验中,电源电压为4 . 5 V,小灯泡额定电压为2 . 5 V、电阻约为10 Ω。 (2) 闭合开关 , 移动滑动变阻器的滑片 P , 发现小灯泡始终不亮 , 电压表有示数 , 电流表无示数 , 原因可能是          。   (3) 电路故障排除后 , 闭合开关 , 移动滑动变阻器 的滑片 P 到某一位置时 , 电压表示数如图乙所示 , 为      V, 若想测量小灯泡的额定功率 , 应将 图甲中的滑片 P 向     ( 选填 “ A ” 或 “ B ”) 端移动 , 使电压表的示数为 2 . 5 V 。    图 21-2 小灯泡断路 2 . 2 A 例 1 在测定“小灯泡电功率”的实验中,电源电压为4 . 5 V,小灯泡额定电压为2 . 5 V、电阻约为10 Ω。  (4) 移动滑片 P , 记下多组电压表和电流表示数 , 并绘制图丙所示的 I - U 图像 , 根据图像信息 , 可计算出小灯泡的额定功率是      W, 此时小灯泡的电阻是      Ω 。   (5) 实验室可提供选用的滑动变阻器 R 1 和 R 2 的 最大电阻分别为 5 Ω 和 20 Ω, 请你判断本实验中 选用的是      ( 选填 “ R 1 ” 或 “ R 2 ”) 。   图 21-2 0 . 5 12 . 5 R 2 例 1 在测定“小灯泡电功率”的实验中,电源电压为4 . 5 V,小灯泡额定电压为2 . 5 V、电阻约为10 Ω。  (6) 小明按同一电路连接好最后一根导线 , 小灯泡立即发出明亮耀眼的光 , 并很快熄灭 , 检查后发现连线正确 , 请你找出他在实验中两 个操作不当之处 : ①        ; ②                    。   连接电路时开关没有断开 连接电路时滑片 P 没有移到阻值最大处 图 21-2 (7) 小勇利用上述装置测量另一只标有 “2 . 5 V” 字样的小灯泡的电功率 , 记录的数据如下表所示。分析实验数据得出 : 电压 U/ V 1 . 5 2 . 0 2 . 5 3 . 0 电流 I/ A 0 . 2 0 . 22 0 . 25 0 . 28 电功率 P/ W 0 . 3 0 . 44 0 . 625 0 . 84 发光情况 很暗 暗 正常发光 很亮 实际功率 实际功率 小灯泡两端的电压是额定电压时 , 变大 小灯泡的电阻随温度的 小灯泡的功率才是额定功率 升高而增大 例 1 在测定“小灯泡电功率”的实验中,电源电压为4 . 5 V,小灯泡额定电压为2 . 5 V、电阻约为10 Ω。  (8) 整理器材时发现滑动变阻器的 PA 部分比 PD 部分热 , 原因是 ________________   。   PA 部分电阻比 PD 部分电阻大 图 21-2 例 2 在 “ 测量小灯泡的额定功率 ” 实验中 , 已连接的部分电路如图 21-3 甲所示 , 图中电源电压恒定 , 小灯泡上只能看到 “3 . 8 V” 字样。 (1) 请你用笔画线代替导线 , 将图甲中的实物电路连接完整。 图 21-3 (1) 如图所示 例 2 在 “ 测量小灯泡的额定功率 ” 实验中 , 已连接的部分电路如图 21-3 甲所示 , 图中电源电压恒定 , 小灯泡上只能看到 “3 . 8 V” 字样。 (2) 正确连接实验电路后 , 开始实验 , 在移动滑动变阻器滑片的过程中 , 眼睛应注视       的示数 , 直到小灯泡正常发光 , 此时 电流表的示数如图乙所示 , 则小灯泡的额定功 率为      W 。   图 21-3 电压表 1 . 52 例 2 在 “ 测量小灯泡的额定功率 ” 实验中 , 已连接的部分电路如图 21-3 甲所示 , 图中电源电压恒定 , 小灯泡上只能看到 “3 . 8 V” 字样。   (3) 完成上述实验后 , 小聪向老师要了一个已知阻值为 R 0 的电阻和一个单刀双掷开关 , 借助部分现有的实验器材 , 设计了如图丙所示的电路 , 也测出了小灯泡的额定功率 , 请完成下列实验步骤 : ①闭合开关 S 1 , 将 S 2 拨到触点     ( 选填 “1” 或 “2”), 移动滑片 , 使电压表的示数为      V;  ②再将开关 S 2 拨到触点     ( 选填 “1” 或 “2”), 保持滑片的位置不动 , 读出电压表的示数 U ;  ③小灯泡额定功率表达式 P 额 =      。 ( 用已知量和测量量表示 )  图 21-3 2 3 . 8 1 · 实验拓展 · (4) 在实验时 , 电流表出现了故障不能使用 , 小聪向老师借了一只定值电阻 R ( 阻值已知 ), 设计了如图 21-4 甲所示的电路 , 继续测量小灯泡的额定功率 , 实验过程如下 : ①闭合开关 , 移动滑片使电压表示数为      V; ②断开开关 , 保持滑片位置不变 , 将电压表接到        两端 , 然后闭合开关 , 读出电压表的示数为 U ; ③小灯泡的额定电功率 P=        。 ( 用已知量和测量量表示 )  图 21-4 3 . 8 定值电阻 R (5) 小聪新加一最大阻值为 R 2 的滑动变阻器 , 设计如图乙所示的电路也完成了该实验 , 实验过程如下 : ①闭合开关 , 使 R 2 ( 最大阻值为 R 2 ) 的滑片移动到最左端 , 调节 R 1 的滑片使电压表示数为       V; ② _________________________________         , 读出并记录电压表的示数 U ; ③小灯泡的额定功率 P 额 =        。 ( 用已知量和测量量表示 )  3 . 8 保持 R 1 的滑片位置不变 , 使 R 2 的滑片 移动到最右端 图 21-4 (6) 在实验时 , 电压表出现了故障不能使用 , 小聪向老师借了一只定值电阻 R ( 阻值已知 ), 设计了如图 21-5 甲所示的电路 , 继续测量小灯泡的额定功率 , 实验过程如下 : ①先闭合开关 S 和 S 1 , 调节滑动变阻器 , 当电流表的示数为      时 , 小灯泡正常发光 ; ②将            , 读出电流表的示数为 I ; ③小灯泡的额定功率 P 额 =          。 ( 用已知量和测量量表示 )  图 21-5 开关 S 1 断开 ,S 2 闭合 (7) 小聪使用两只电流表和一只定值电阻 R ( 阻值已知 ), 利用如图乙所示电路也完成了测量 , 实验过程如下 : 闭合开关 S, 移动滑片 , 使电流表 A 1 的示数为     , 此时小灯泡正常发光 , 读出电流表 A 的示数为 I , 小灯泡的额定功率 P 额 =        。 ( 用已知量和测量量表示 )  图 21-5 突破二 探究影响电流热效应的因素 例 3 小华、小玲分别设计了两个装置 , 用来探究导体产生的热量与什么因素有关。两个透明的容器中密封着等量的空气。 (1) 请用笔画线代替导线 , 把图 21-6 甲中两个容器中的电阻丝连接到电路中。 图 21-6 (1) 如图所示 例 3 小华、小玲分别设计了两个装置 , 用来探究导体产生的热量与什么因素有关。两个透明的容器中密封着等量的空气。 (2) 实验中 , 电流产生热量的多少是通过             体现出来的 , 可知他们在实验探究过程中使用了      法。   (3) 小华按如图甲将两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端 , 他探究的是导体产生的热量与      的关系 , 这样做的好处是            。连接好电路 , 闭合开关 , 通电一段时 间后 ,      侧 U 形管液面高度 变化大 , 得出的结论是 _______ __________________________ ______________________ 。   U 形管中液面的高度差 转换 电阻 保证电流与通电时间相同 右 在电流 图 21-6 和通电时间相同的情况下 , 电阻越大 , 产生的热量越多 例 3 小华、小玲分别设计了两个装置 , 用来探究导体产生的热量与什么因素有关。两个透明的容器中密封着等量的空气。 (4) 小玲设计的两容器中的电阻丝电阻一样大 , 并在其中一个容器的外部并联了一个电阻丝 , 如图乙所示 , 这是为了探究导体产生的热量与       的关系。通电一段时间后发现      侧 U 形管液面高度变化大 , 得出的结论是 _________                。   电流 左 在电阻和 通电时间相同的情况下 , 通过电阻的电流越大 , 产生的热量越多 图 21-6 例 3 小华、小玲分别设计了两个装置 , 用来探究导体产生的热量与什么因素有关。两个透明的容器中密封着等量的空气。 (5) 若要探究导体产生的热量与通电时间的关系 , 实验中还需要的测量器材是       。   (6) 通电一段时间后 , 发现其中一个 U 形管中液面的高度几乎不变 , 出现该现象的原因可能是            。   停表 U 形管气密性不好 图 21-6 · 实验拓展 · 小辉和小王也想探究电流通过电阻时产生的热量与电流的关系。小辉连接了如图 21-7 所示的电路进行实验 , 装置中三个完全相同的烧瓶 A 、 B 、 C 内都盛有质量和初温均相等的液体 , 其中 A 、 B 烧瓶中装的是水 , C 烧瓶中装的是煤油 , A 、 B 、 C 三个烧瓶中电阻丝的阻值分别为 R A 、 R B 、 R C , 且 R A >R B =R C 。闭合开关 S 通电一定时间后 :( 均不计热损失 , 比热容 c 水 >c 煤油 ) (7) 在 A 、 B 两烧瓶中 , 相同的时间内 ,      烧瓶中的电阻产生的热量多。   (8) 利用       两烧瓶可探究不同物质的吸热能力 , 这两个烧瓶加热相同的时间 ,     烧瓶中温度计的示数高。   图 21-7 A B 、 C C 考点一 电功率实验 1 . [2017· 河北 34 题 7 分 ] 小明利用如图 21-8 甲所给的实验器材测量小灯泡的额定功率 , 已知电源电压恒为 6 V, 小灯泡正常工作时的电压为 3 . 8 V, 电阻约为 12 Ω, 滑动变阻器的规格为 “20 Ω   2 A” 。 (1) 请用笔画线代替导线 , 完成实物电路的 连接。 图 21-8 [ 答案 ] (1) 如图所示 1 . [2017· 河北 34 题 7 分 ] 小明利用如图 21-8 甲所给的实验器材测量小灯泡的额定功率 , 已知电源电压恒为 6 V, 小灯泡正常工作时的电压为 3 . 8 V, 电阻约为 12 Ω, 滑动变阻器的规格为 “20 Ω   2 A” 。 (2) 正确连接电路后 , 用开关试触 , 灯泡不亮 , 电压表瞬间满偏 , 电流表指针几乎不动 , 电 路的故障是         。 ( 电路只有 一处故障 )  图 21-8 [ 答案 ] (2) 滑动变阻器断路 [ 解析 ] (2) 正确连接电路后 , 用开关试触 , 灯泡不亮 , 电流表指针几乎不动 , 说明电路中有断路 , 电压表瞬间满偏 , 说明电压表到电源间是通路 , 所以电路的故障是与电压表并联的滑动变阻器断路。 1 . [2017· 河北 34 题 7 分 ] 小明利用如图 21-8 甲所给的实验器材测量小灯泡的额定功率 , 已知电源电压恒为 6 V, 小灯泡正常工作时的电压为 3 . 8 V, 电阻约为 12 Ω, 滑动变阻器的规格为 “20 Ω   2 A” 。 (3) 排除故障后 , 继续实验 , 闭合开关 , 移动滑 片 , 当电压表的指针在某电压值时 ( 请在图 乙中标出相应的电压值 ), 小灯泡正常发光 , 电流表的示数如图丙所示 , 小灯泡的额定 功率是      W 。   图 21-8 [ 答案 ] (3) 如图所示 1 . 14 [ 解析 ] (3) 电流表的量程为 0 ~ 0 . 6 A, 其分度值为 0 . 02 A, 所以灯泡正常发光时的电流为 0 . 3 A, 则灯泡的额定功率 P 额 =U 额 I 额 = 3 . 8 V×0 . 3 A = 1 . 14 W 。 1 . [2017· 河北 34 题 7 分 ] 小明利用如图 21-8 甲所给的实验器材测量小灯泡的额定功率 , 已知电源电压恒为 6 V, 小灯泡正常工作时的电压为 3 . 8 V, 电阻约为 12 Ω, 滑动变阻器的规格为 “20 Ω   2 A” 。 (4) 测量完灯泡的额定功率后 , 小明又测量 了几组数据 , 计算后发现灯丝电阻随其两 端电压的增大而增大 , 原因是      。   图 21-8 [ 答案 ] (4) 灯丝电阻随温度的升高而增大 [ 解析 ] (4) 随着电压的增大 , 通过灯丝的电流变大 , 相同时间内灯丝产生的热量变大 , 灯丝的温度升高 , 灯丝的电阻值变大 , 即灯丝电阻随温度升高而增大。 1 . [2017· 河北 34 题 7 分 ] 小明利用如图 21-8 甲所给的实验器材测量小灯泡的额定功率 , 已知电源电压恒为 6 V, 小灯泡正常工作时的电压为 3 . 8 V, 电阻约为 12 Ω, 滑动变阻器的规格为 “20 Ω   2 A” 。 [ 评估 ] (5) 小红也利用上述器材对该小灯泡的额定功率进行了测量 , 实验电路图如图丁所示 , 实验结束后 , 两人对实验进行了交流 与评估。 ①小红的实验结果误差较大 , 理由是 ______________________________ _____________________________ 。   ②小明的实验更不容易操作 , 理由是     。   图 21-8 电压表需选择 0 ~ 15 V 量程 , 量程过大 , 所以电压的测量不够精确 开始操作时不易确定滑片的位置 2 . [2019· 河北 34 题 7 分 ] 小明利用如图 21-9 甲所示的电路测定小灯泡的额定功率。所用器材 : 额定电压为 2 . 5 V 的小灯泡、电池组 ( 两节干电池串联 , 电压为 3 V) 、一块电压表、滑动变阻器 (10 Ω   2 A) 、定值电阻 ( R 0 = 5 Ω) 、三个开关和若干导线。 (1) 用笔画线代替导线 , 将图乙中的实物电路按图甲所示的电路图连接完整。 图 21-9 (1) 如图所示 2 . [2019· 河北 34 题 7 分 ] 小明利用如图 21-9 甲所示的电路测定小灯泡的额定功率。所用器材 : 额定电压为 2 . 5 V 的小灯泡、电池组 ( 两节干电池串联 , 电压为 3 V) 、一块电压表、滑动变阻器 (10 Ω   2 A) 、定值电阻 ( R 0 = 5 Ω) 、三个开关和若干导线。 (2) 闭合开关前 , 应将滑动变阻器滑片滑到最      ( 选填 “ 左 ” 或 “ 右 ”) 端。   图 21-9 [ 答案 ] (2) 右 [ 解析 ] (2) 为了保护电路 , 闭合开关前 , 应将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处 , 即滑到右端。 (3) 连接完电路后 , 小明只闭合开关 S 、 S 1 时 , 移动滑片 P , 电压表示数发生改变 ; 只闭合开关 S 、 S 2 时 , 移动滑片 P , 小灯泡不发光。于是小明用电压表进行电路故障检测 , 把电压表并联在电路某元件两端 , 测试结果如下表所示。则电路中一定存在的故障是      。 ( 填写选项字母 )  A . 灯泡 L 处断路   B . 灯泡 L 处短路   C . 开关 S 2 处断路 测试元件 灯泡 L 开关 S 2 电压表 无示数 有示数 [ 答案 ] (3)C [ 解析 ] (3) 若灯泡 L 处断路 , 将电压表与灯泡 L 并联 , 则电压表有示数且接近电源电压 , 故 A 不符合题意 ; 若灯泡 L 处短路 , 将电压表与灯泡 L 并联 , 电压表无示数 , 将电压表与开关 S 2 并联 , 电压表仍然无示数 , 故 B 不符合题意 ; 若开关 S 2 处断路 , 将电压表与开关 S 2 并联 , 则电压表有示数且接近电源电压 , 故 C 符合题意。 2 . [2019· 河北 34 题 7 分 ] 小明利用如图 21-9 甲所示的电路测定小灯泡的额定功率。所用器材 : 额定电压为 2 . 5 V 的小灯泡、电池组 ( 两节干电池串联 , 电压为 3 V) 、一块电压表、滑动变阻器 (10 Ω   2 A) 、定值电阻 ( R 0 = 5 Ω) 、三个开关和若干导线。 (4) 排除故障后 , 小明继续实验。 ①只闭合 S 、 S 2 , 移动滑片 P , 使电压表的示数为      V;  ②只闭合 S 、 S 1 , 保持滑片 P 不动 , 读出电压表的示数为 2 . 25 V; ③小灯泡的额定功率为      W 。   图 21-9 [ 答案 ] (4) ① 2 . 5   ③ 0 . 75 图 21-9 [ 答案 ] (5) > [ 拓展 ]( 6) 小红通过课外学习知道 , 干电池有一定的电阻 , 我们需要用它的 “ 电压 U ” 和 “ 电阻 r ” 两个物理量来描述它 ( 如图 21-10 所示 ) 。于是小红在小明完成步骤①后 , 将电压表并联在电池组两端 , 保持滑片 P 的位置不变 , 只闭合 S 、 S 2 时 , 读出电压表示数为 2 . 55 V, 则小明实验中所用电池组的电阻 r 是      Ω 。   图 21-10 [ 答案 ] (6)1 . 5 考点二 焦耳定律实验 3 . [2018· 河北 34 题 7 分 ] 用如图 21-11 甲所示的装置探究电流通过导体产生的热量与电流的关系。相同烧瓶内装满了煤油。 (1) 烧瓶中装入的煤油是       ( 选填 “ 导体 ” 或 “ 绝缘体 ”) 。   图 21-11 绝缘体 3 . [2018· 河北 34 题 7 分 ] 用如图 21-11 甲所示的装置探究电流通过导体产生的热量与电流的关系。相同烧瓶内装满了煤油。 (2) 请根据实物电路 , 在图乙所示的虚线框内画出对应的电路图。 图 21-11 (2) 如图所示 3 . [2018· 河北 34 题 7 分 ] 用如图 21-11 甲所示的装置探究电流通过导体产生的热量与电流的关系。相同烧瓶内装满了煤油。 (3) 为达到实验目的 , 选用的两电阻丝 R 1 与 R 2 的阻值应      , 通过 R 1 的电流      通过 R 2 的电流。   (4) 通电一段时间后 , 乙烧瓶中玻 璃管内液面上升的高度较大 , 说明 ____________________ ________________________ ______________________ 。   图 21-11 相等 小于 在电阻和通电时间 相同的条件下 , 电流越大 , 说明导体产生的热量越多   (5) 小红用如图 21-12 甲所示的装置 , 进一步探究电流通过导体产生的热量与电流的关系。经多次实验测量 , 收集实验数据 , 绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度 h 与电流 I 的关系图像。根据焦耳定律可知 , 图乙中能正确反映 h - I 关系的是      。   图 21-12 [ 答案 ] (5)A [ 解析 ] (5) 根据焦耳定律 Q=I 2 Rt 可知 , 电阻产生的热量与电流的平方成正比。而烧瓶中玻璃管内液面上升的高度 h 越大 , 说明导体产生的热量越多 , 能正确反映 h-I 关系的是 A 选项图。 [ 拓展 ] (6) 用 Q=I 2 Rt 可以计算电流通过任何用电器产生的热量 , 能用 Q=UIt 计算通过任何用电器产生的热量吗 ? _______ ; 请用实例说明原因 :__________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 。 不能 因为用 Q=UIt 计算出 来的是电路产生的总功 , 而总功除了用电器产生的热量 , 另外一部分可能转化为其他能量 , 例如电风扇电路产生的总功一部分转化为电热 , 一部分转化为机械能
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