ISTITUTO ISTRUZIONE SUPERIORE “ P.HENSEMBERGER

ISTITUTO ISTRUZIONE SUPERIORE “ P.HENSEMBERGER ”
ISTITUTO TECNICO : Elettrotecnica, Informatica,
Meccanica e Meccatronica, Biotecnologie Sanitarie
LICEO SCIENTIFICO SCIENZE APPLICATE
Via Berchet 2 - 20900 Monza  039324607 - Fax 039322122 - C.F. 85018150152 - C.M. MIIS08600B
 e-mail [email protected] - internet: www.hensemberger.it
PROGRAMMAZIONE A. S. 2016 / 2017
MATERIA: FISICA
Classe 5CL
Prof. MONTERA Eugenio Rosario
A) ANALISI DELLA SITUAZIONE INIZIALE
La classe è costituita da 27 alunni: 11 femmine e 16 maschi.
Le poche impressioni raccolte delineano un quadro di classe generalmente attenta, responsabile e
consapevole dei propri limiti. Nella prima parte dell’anno scolastico, si è cercato di richiamare alcuni dei
contenuti del precedente anno scolastico, al fine di agevolare lo studio della disciplina negli argomenti
previsti per il corrente anno scolastico e declinati nella presente programmazione.
B) PROGRAMMAZIONE
DISCIPLINARI
DIDATTICA
E
COMPETENZE
Primo quadrimestre
RICHIAMI SUI SEGUENTI MODULI SVOLTI DURANTE IL PRECEDENTE ANNO
SCOLASTICO
Forze elettriche e campi elettrici
COMPETENZE
 Analizzare le proprietà elettriche della materia
 Formulare la legge di Coulomb della forza che due cariche puntiformi esercitano tra loro.
 Introdurre il concetto di campo elettrico
 Visualizzare le linee di forza di un campo elettrico.
 Analizzare il campo elettrico come campo vettoriale.
 Dedurre dalla legge di Coulomb il campo elettrico generato da una carica puntiforme.
 Determinare il campo elettrico di un condensatore piano.
 Calcolare il flusso del vettore campo elettrico.
 Enunciare il teorema di Gauss
ABILITÀ
 Definire la carica elettrica e la sua unità di misura.
 Enunciare la legge di conservazione della carica elettrica.
 Interpretare la differenza tra materiali conduttori e materiali isolanti in termini della loro struttura atomica.
 Spiegare l’elettrizzazione per contatto e per induzione.
 Definire la polarizzazione di un materiale.
 Descrivere le analogie tra la legge di Coulomb e la legge di gravitazione universale.
 Saper applicare il principio di sovrapposizione per determinare la forza totale che agisce su una carica.
 Saper definire il campo elettrico.
 Saper applicare il principio di sovrapposizione ai campi elettrici
 Applicare le formule del campo elettrico a problemi specifici.
 Dimostrare che la legge di Coulomb e il teorema di Gauss sono equivalenti.
 Applicare il teorema di Gauss a distribuzioni simmetriche di cariche.
CONOSCENZE
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L’origine dell’elettricità
Oggetti carichi e forza elettrica
Conduttori e isolanti
Elettrizzazione per contatto per induzione. Polarizzazione
La legge di Coulomb
Il campo elettrico
Linee di forza del campo elettrico
Il Teorema di Gauss
Campi elettrici generati da distribuzioni simmetriche di cariche
Energia potenziale elettrica e potenziale elettrico
COMPETENZE
 Analizzare il campo elettrico in termini di energia potenziale e conservazione dell’energia.
 Ricavare l’energia potenziale in un campo elettrico uniforme.
 Ricavare l’energia potenziale di due cariche puntiformi.
 Definire il potenziale elettrico e la differenza di potenziale elettrica.
 Analizzare la conservazione dell’energia in presenza di cariche elettriche.
 Definire le superfici equipotenziali.
 Analizzare la forza di Coulomb nella materia.
 Analizzare la differenza di potenziale elettrica in sistemi biologici
 Introdurre l’elettronvolt come unità di misura dell’energia di un elettrone.
 Formalizzare il potenziale di una carica puntiforme.
 Descrivere la relazione quantitativa tra campo elettrico e superfici equipotenziali.
 Descrivere la circuitazione del vettore campo elettrico.
 Introdurre la capacità di un condensatore.
ABILITÀ
 Interpretare la forza elettrica come forza conservativa per analogia con la forza di gravitazione
universale.
 Calcolare l’energia potenziale di un sistema di cariche.
 Descrivere il comportamento di una carica elettrica in presenza di una differenza di potenziale.
 Applicare la conservazione dell’energia ad esempi dati.
 Descrivere la relazione tra le superfici equipotenziali e le linee di forza di un campo elettrico.
 Formulare l’energia immagazzinata in un condensatore.
 Descrivere la misura del rapporto e/m con l’uso di un condensatore.
 Descrivere la conduzione dei segnali elettrici nei neuroni.
 Ragionare sul funzionamento di tecniche diagnostiche basate sulla presenza di differenze di potenziale.
 Calcolare il potenziale di un sistema di cariche.
 Ricavare il gradiente del potenziale.
 Formalizzare la conservatività della forza elettrostatica.
 Introdurre la costante dielettrica relativa.
 Formalizzare la capacità di un condensatore a facce piane e parallele.
CONOSCENZE
Energia potenziale di un campo elettrico
Potenziale elettrico
Differenza di potenziale elettrico di una carica puntiforme
Superfici equipotenziali e loro relazione con il campo elettrico
Circuitazione del campo elettrico
Condensatori e dielettrici
ARGOMENTI DEL V ANNO
COMPETENZE GENERALI DELLA DISCIPLINA
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 Essere in grado di esaminare una situazione fisica formulando ipotesi esplicative
attraverso modelli o analogie o leggi.
 Essere in grado di formalizzare matematicamente un problema fisico e applicare gli
strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la loro risoluzione.
 Essere in grado di interpretare e/o elaborare dati, anche di natura sperimentale,
verificandone la pertinenza al modello scelto.
 Essere in grado di descrivere il processo adottato per la soluzione di un problema e di
comunicare i risultati ottenuti valutandone la coerenza con la situazione problematica
proposta.
Circuiti elettrici
COMPETENZE
 Analizzare e descrivere il flusso della corrente elettrica.
 Distinguere i vari tipi di circuiti elettrici
 Formulare la prima e la seconda legge di Ohm.
 Analizzare la dipendenza della resistività dalla temperatura.
 Quantificare il trasporto di energia da una sorgente a un dispositivo elettrico.
 Introdurre il concetto di resistenza interna.
 Caratterizzare le possibili configurazioni tra dispositivi in un circuito elettrico.
 Formalizzare le leggi di Kirchhoff.
 Calcolare l’intensità di corrente in circuiti che contengono sia resistori che condensatori.
 Formalizzare la scarica di un condensatore.
ABILITÀ
 Definire la corrente elettrica.
 Definire la resistenza elettrica.
 Sapere applicare le leggi di Ohm ai circuiti.
 Applicare le leggi di Ohm a problemi specifici.
 Descrivere i materiali superconduttori.
 Definire la potenza elettrica.
 Descrivere l’effetto Joule.
 Descrivere i dispositivi per la misura della corrente e della differenza di potenziale.
 Descrivere l’elettrolisi.
 Enunciare la prima e la seconda legge di Faraday.
 Descrivere gli effetti fisiologici della corrente e le misure di sicurezza.
 Descrivere le connessioni in serie e in parallelo.
 Applicare le leggi di Ohm a circuiti con resistori in serie, con resistori in parallelo e con entrambe le
connessioni.
 Applicare le leggi di Ohm a circuiti con condensatori in serie e con condensatori in parallelo.
 Applicare le leggi di Kirchhoff al calcolo delle intensità delle correnti presenti in un circuito elettrico.
 Descrivere l’andamento delle grandezze elettriche nella scarica di un circuito RC.
CONOSCENZE
I generatori di tensione.
La forza elettromotrice e la corrente elettrica.
L’ampère.
Il circuito elettrico.
Corrente continua, alternata e corrente convenzionale.
La prima legge di Ohm.
La resistenza elettrica e l’ohm.
Seconda legge di Ohm e resistività.
Dipendenza della resistività e della resistenza dalla temperatura.
La potenza elettrica.
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La potenza dissipata su un resistore.
Connessioni in serie e in parallelo.
La resistenza equivalente per resistenze connesse in serie e in parallelo.
La resistenza interna e la tensione effettiva.
Le leggi di Kirchhoff.
Strumenti di misura di corrente e differenza di potenziale.
La capacità equivalente di condensatori connessi in serie e in parallelo.
I circuiti RC.
Carica e scarica di un condensatore.
ATTIVITA’ DI LABORATORIO
 Circuiti e misure in corrente continua
Interazioni magnetiche e campi magnetici
COMPETENZE
 Saper analizzare la natura delle interazioni magnetiche.
 Saper mettere a confronto il campo elettrico e il campo magnetico.
 Saper caratterizzare la forza di Lorentz.
 Saper confrontare il moto di una carica in un campo elettrico e in un campo magnetico.
 Saper confrontare il lavoro su una carica in moto in un campo elettrico e in un campo magnetico.
 Saper analizzare il campo magnetico prodotto da una corrente.
 Introdurre la legge di Biot-Savart.
 Analizzare le forze magnetiche tra due fili percorsi da corrente.
 Caratterizzare i materiali magnetici.
 Formalizzare l’effetto della forza magnetica su un filo percorso da corrente.
 Formalizzare il momento torcente su una spira percorsa da corrente.
 Definire le unità di misura ampère e coulomb.
 Formulare il teorema di Gauss per il flusso del campo magnetico.
 Formulare il teorema di Ampère per la circuitazione di un campo magnetico.
ABILITÀ
 Definire il campo magnetico.
 Evidenziare la differenza tra cariche elettriche e poli magnetici.
 Descrivere il campo magnetico terrestre.
 Applicare la prima regola della mano destra al verso della forza di Lorentz.
 Descrivere la traiettoria circolare di una carica in un campo magnetico.
 Descrivere il funzionamento dello spettrometro di massa.
 Descrivere il motore elettrico.
 Applicare la seconda regola della mano destra al verso del campo magnetico generato da un filo
percorso da corrente.
 Calcolare la forza magnetica esercitata da una corrente su una carica in moto.
 Descrivere il funzionamento della risonanza magnetica e del tubo a raggi catodici
 Descrivere il materiali ferromagnetici.
 Descrivere il magnetismo indotto.
 Analizzare la registrazione magnetica del suono e i treni a levitazione magnetica come applicazioni del
magnetismo indotto.
 Calcolare l’intensità della forza magnetica su un filo di lunghezza data percorso da corrente.
 Calcolare il momento magnetico di una spira.
 Calcolare il campo magnetico di un solenoide.
 Determinare il campo magnetico generato da un filo percorso da corrente a partire dal teorema di
Ampère
CONOSCENZE
I magneti.
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Caratteristiche del campo magnetico.
Il campo magnetico terrestre.
La forza di Lorentz.
La regola della mano destra.
La definizione operativa di campo magnetico.
Il moto di una carica in un campo elettrico e in un campo magnetico.
Il selettore di velocità.
Lo spettrometro di massa.
La forza magnetica su un filo percorso da corrente.
Il momento torcente su una spira percorsa da corrente.
Il motore elettrico.
Il campo magnetico generato da un filo percorso da corrente.
La seconda regola della mano destra.
La legge di Biot-Savart.
Forze magnetiche tra fili percorsi da corrente.
Le definizioni operative di ampere e coulomb.
Il campo magnetico generato da una spira percorsa da corrente.
Il solenoide.
La risonanza magnetica.
Il tubo a raggi catodici.
Il flusso del campo magnetico.
Il teorema di Gauss.
La circuitazione del campo magnetico.
Il teorema di Ampère.
I materiali magnetici.
La temperatura di Curie.
ATTIVITA’ DI LABORATORIO
 Fenomeni magnetici
 Forze elettromagnetiche
 Verifica sperimentale forza di Lorentz
Induzione elettromagnetica
Competenze
 Formalizzare un problema di fisica e applicare gli strumenti matematici e disciplinari rilevanti per la sua
risoluzione.
 Descrivere e interpretare esperimenti che mostrino il fenomeno dell’induzione elettromagnetica
 Analizzare i fenomeni dell’autoinduzione e della mutua induzione, introducendo il concetto di induttanza.
Abilità
 Ricavare la legge di Faraday-Neumann.
 Interpretare la legge di Lenz in funzione del principio di conservazione dell’energia.
 Calcolare l’induttanza di un solenoide e l’energia in esso immagazzinata.
 Calcolare i valori delle grandezze elettriche efficaci.
 Risolvere circuiti semplici in corrente alternata.
 Calcolare lo sfasamento tra corrente e tensione.
 Analizzare e risolvere i circuiti RLC in corrente alternata.
 Confrontare risonanza meccanica e risonanza elettrica
Conoscenze
La forza elettromagnetica indotta e le correnti indotte.
La forza elettromagnetica indotta in un conduttore in moto.
La legge di Faraday-Neumann.
La legge di Lenz.
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La mutua induzione e l’autoinduzione.
L’induttanza.
L’energia immagazzinata in un solenoide.
Densità di energia del campo magnetico.
L’alternatore.
La corrente alternata.
Valori efficaci in corrente alternata.
I circuiti, resistivo e capacitivo in corrente alternata.
La reattanza capacitiva.
Lo sfasamento tra corrente e tensione in un condensatore e in un induttore.
I circuiti RC in corrente alternata.
L’impedenza.
La risonanza nei circuiti elettrici.
Il trasformatore.
Rapporto tra le correnti nel circuito primario e in quello secondario
ATTIVITA’ DI LABORATORIO
 Fenomeni di induzione elettromagnetica
 Verifica della legge di Lentz
 Generatori e motori elettrici
Le equazioni di Maxwell e le onde elettromagnetiche
Competenze
 Capire la relazione tra campi elettrici e magnetici variabili.
 Individuare nelle equazioni di Maxwell la possibilità di derivare tutte le proprietà dell’elettricità, del
magnetismo e dell’elettromagnetismo.
 Individuare cosa rappresenta la corrente di spostamento.
 Individuare le caratteristiche di un’onda elettromagnetica e analizzarne la propagazione.
 Analizzare le diverse parti dello spettro elettromagnetico e le caratteristiche delle onde che lo compongono.
 Individuare e illustrare gli effetti e le principali applicazioni delle onde elettromagnetiche in funzione della
lunghezza d'onda e della frequenza.
 Saper riconoscere il ruolo delle onde elettromagnetiche in situazioni reali e in applicazioni tecnologiche
Abilità
 Collegare il campo elettrico indotto e il campo magnetico variabile.
 Descrivere i meccanismi di generazione, propagazione e ricezione delle onde elettromagnetiche.
 Distinguere le varie parti dello spettro elettromagnetico.
 Calcolare la densità di energia di un’onda elettromagnetica e l’irradiamento da essa prodotto.
 Applicare l’effetto Doppler alle onde elettromagnetiche.
 Comprendere il concetto di polarizzazione delle onde elettromagnetiche.
 .Applicare la legge di Malus.
Conoscenze
Il campo elettrico indotto.
La corrente di spostamento.
Le equazioni di Maxwell del campo elettromagnetico.
Generazione, propagazione e ricezione delle onde elettromagnetiche.
Lo spettro elettromagnetico.
L’energia trasportata da un’onda elettromagnetica.
Relazione tra campo elettrico e campo magnetico.
L’irradiamento.
L’effetto Doppler.
La polarizzazione delle onde elettromagnetiche.
I materiali polarizzatori.
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La relatività ristretta
Competenze
 Saper osservare e identificare fenomeni.
 Saper mostrare, facendo riferimento a esperimenti specifici, i limiti del paradigma classico di spiegazione e
interpretazione dei fenomeni e saper argomentare la necessità di una visione relativistica
 Saper riconoscere la contraddizione tra meccanica ed elettromagnetismo in relazione alla costanza della
velocità della luce.
 Essere consapevole del fatto che il principio di relatività ristretta generalizza quello di relatività galileiana.
 Saper spiegare perché la durata di un fenomeno non è la stessa in tutti i sistemi di riferimento.
 Analizzare la variazione, o meno, delle lunghezze in direzione parallela e perpendicolare al moto.
 Saper riconoscere il ruolo della relatività in situazioni sperimentali e nelle applicazioni tecnologiche.
Abilità
 Saper applicare le equazioni per la dilatazione dei tempi, individuando correttamente il tempo proprio e il
tempo dilatato.
 Saper distinguere, nel calcolo delle distanze, tra lunghezza propria e lunghezza contratta.
 Mettere a confronto quantità di moto relativistiche e non-relativistiche.
 Comprendere la relazione di equivalenza tra massa ed energia ed applicarla nel calcolo di energie o
variazioni di massa.
 Applicare la formula per la composizione relativistica delle velocità.
Conoscenze
La luce e la legge di composizione delle velocità.
L’esperimento di Michelson-Morley.
I postulati della relatività ristretta: il principio di relatività e il principio di invarianza della velocità della luce.
La relatività del tempo e dello spazio: dilatazione temporale e contrazione delle lunghezze.
La quantità di moto relativistica.
L’equivalenza massa energia.
L’energia cinetica relativistica.
La velocità “limite”.
La composizione relativistica delle velocità.
Particelle e onde
Competenze
 Saper riconoscere il ruolo della fisica quantistica in situazioni reali e in applicazioni tecnologiche
 Essere in grado di comprendere e argomentare testi divulgativi e di critica scientifica che trattino il tema
della fisica quantistica
 Riconoscere che l’assorbimento e l’emissione di radiazioni da parte di un corpo nero dipende dalla sua
temperatura.
 Saper mostrare i limiti del paradigma classico di spiegazione e interpretazione dei fenomeni e saper
argomentare sulla necessità di una visione quantistica.
 Saper illustrare e interpretare la legge di Wien.
 Saper illustrare il modello del corpo nero interpretandone la curva di emissione in base alla legge di
distribuzione di Planck.
 Saper illustrare e interpretare l’esperimento di Franck – Hertz.
 Saper riconoscere che la radiazione elettromagnetica è composta da fotoni che interagiscono con gli
elettroni come singole particelle.
 Saper analizzare l’esperimento di Millikan e discutere la quantizzazione della carica elettrica.
 Descrivere matematicamente l’energia dei quanti del campo elettromagnetico.
Abilità
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 Analizzare le caratteristiche della radiazione di corpo nero.
 Calcolare l’energia dei fotoni.
 Descrivere l’effetto fotoelettrico secondo Einstein.
 Calcolare la variazione della lunghezza d’onda nell’effetto Compton.
 Descrivere la dualità onda-corpuscolo.
 Calcolare la lunghezza d’onda di de Broglie associata a una particella.
 Applicare il principio di indeterminazione di Heisenberg.
Conoscenze
Il dualismo onda corpuscolo.
Il corpo nero e le caratteristiche della radiazione di corpo nero.
L’ipotesi di quantizzazione di Planck.
L’ipotesi del fotone e la sua energia.
L’effetto fotoelettrico e il lavoro di estrazione.
La conservazione dell’energia e l’effetto fotoelettrico.
La quantità di moto i un fotone e l’effetto Compton.
La dualità onda-corpuscolo.
La lunghezza d’onda di de Broglie e la natura ondulatoria della luce.
Onde di probabilità.
Il principio di indeterminazione di Heisenberg.
Fisica nucleare e radioattività
Competenze
 Saper riconoscere il ruolo della fisica moderna in alcuni aspetti della ricerca scientifica contemporanea o
nello sviluppo della tecnologia o nella problematica delle risorse energetiche.
 Saper individuare le particelle del nucleo e le loro caratteristiche.
 Saper analizzare il motivo per cui i nucleoni riescono a stare all’interno del nucleo.
 Saper definire il difetto di massa.
 Essere consapevoli del fatto che la natura ondulatoria dei nuclei porta a definire i loro stati energetici.
 Saper analizzare il fenomeno della creazione di particelle.
 Saper analizzare i fenomeni della fissione e della fusione nucleare.
 Saper mettere in relazione il difetto di massa e l’energia di legame del nucleo.
 Saper descrivere il fenomeno della radioattività.
 Saper descrivere i diversi tipi di decadimento radioattivo.
Abilità
 Distinguere tra numero di massa e numero atomico.
 Spiegare le caratteristiche degli isotopi.
 Interpretare la forza nucleare in termini di stabilità dei nuclei.
 Saper calcolare le masse nucleari in unità di massa atomica.
 Applicare la legge del decadimento radioattivo per il calcolo delle diverse grandezze che in essa
compaiono.
 Applicare la legge del decadimento radioattivo nella datazione di reperti.
Interpretare le famiglie radioattive in termini di sequenze di decadimenti.
Conoscenze
La struttura del nucleo: numero atomico e numero di massa.
Gli isotopi.
Le dimensioni del nucleo.
L’interazione nucleare forte.
L’energia di legame.
Il difetto di massa.
L’unità di massa atomica.
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La radioattività: i decadimenti α β γ.
Il neutrino.
Il decadimento radioattivo e l’attività.
La legge del decadimento radioattivo.
Le datazioni radiometriche.
Le famiglie radioattive.
C) METODO DIDATTICO
Lezione frontale, esperienze di laboratorio intese come lavoro di gruppo, svolgimento di problemi al fine di
sviluppare adeguate capacità logiche. Notevole sarà il tempo dedicato alla risoluzione di problemi e alle
modellizzazioni.
L’attività di laboratorio viene svolta parallelamente alle lezioni di teoria. In alcuni casi si farà ricorso a
supporti multimediali.
Lo studente farà riferimento al libro di testo (J. D .Cutnell ,K .W Johnson - Fisica vol.. 3° ed. Scienze
Zanichelli), agli appunti delle lezioni, al materiale di laboratorio e ad eventuale materiale audiovisivo.
D) VERIFICHE DELL’APPRENDIMENTO
Le verifiche orali, intese come interrogazioni individuali, saranno almeno due a quadrimestre. In caso di
mancanza di tempo disponibile, si pensa di integrare le prove orali richieste con verifiche scritte valide per
l’orale.
Sono previste almeno due prove scritte a quadrimestre. Le prove scritte consistono in test a scelta multipla,
soluzioni di semplici problemi, prove a risposte aperte, multiple e chiuse che riguarderanno gli argomenti
trattati.
Per verificare l’apprendimento si terrà conto anche del lavoro domestico svolto ed elaborato sul quaderno
personale, della correzione in classe dei compiti assegnati per casa.
Importante sarà l’operatività e quindi l’impegno dimostrato dallo studente nello svolgimento del laboratorio.
Per ognuna delle prove sperimentali realizzate, lo studente dovrà eseguire la relazione ed essere in grado di
relazionare oralmente.
E) VALUTAZIONE
La valutazione terrà conto dei progressi manifestati dallo studente non solo per quanto riguarda i contenuti
ma anche per la proprietà di linguaggio, l’abilità di operare, l’atteggiamento propositivo ovvero gli obiettivi
didattici già definiti dal consiglio di classe.
Per quanto riguarda il livello di sufficienza, esso verrà raggiunto nel caso in cui lo studente dimostrerà di
conoscere i fenomeni fondamentali trattati, saperli esprimere in modo comprensibile e saper applicare la
proprie conoscenze alle situazioni più semplici sia per quanto riguarda la soluzione dei problemi che per
l’attività di laboratorio. La tabella di valutazione è quella deliberata dal Collegio Docenti e che fa parte
integrante del Piano Triennale di Offerta Formativa di Istituto.
F) ATTIVITA’ DI RECUPERO
Sono previsti momenti di recupero in itinere per coloro che sottoporranno agli insegnanti esercizi e/o quesiti
oppure chiederanno chiarimenti e le attività proposte dal progetto: “INSIEME E’ PIU’ FACILE”.
Inoltre è prevista una settimana di recupero IDEI dopo lo scrutinio del primo quadrimestre per gli alunni che
saranno risultati insufficienti. L’adesione a questa attività sarà condizionata, per ciascun alunno, alla
situazione scolastica individuale e alla disponibilità di fondi della scuola.
MONZA, 5 NOVEMBRE 2016
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