一个绕到让大脑、小脑、脑干集体抽筋的物理题—哪个灯先亮?结论在94楼
hamdad 2009-2-14物理
条件1

ABC.jpg


条件2

ABC_1.jpg


条件3

ABC_2.jpg
  


均假设为下述理想条件:

电源为理想电源,输出电压(电池为输出电动势/AC电源为有效值)恒定,内阻为零;
3个灯泡为理想灯泡,通过电流瞬间发光,灯丝无电感,冷/热态灯丝电阻相同;
导线为理想导线,无电阻、无电感、无分布电容,通电后对空间无电场、磁场辐射,空间的电场、磁场不在导线上感应出电动势;
开关为理想开关,无接触电阻,合闸瞬间立刻接通,拉闸瞬间立刻断开;
电源、3个灯泡与观察者(开关操作者)物理位置在同一地点,光线传输到观察者眼睛无延迟时间。
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来自 物理
 
2
2012-12-19 12:57:55
250楼
C A 最后一个纠结了
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2013-2-2 19:11:44
251楼
回 楼主(hamdad) 的帖子
我不想很简单的下结论,不过我思考了几个方面,希望LZ能看一下。
第一,没有电阻不知道楼主是什么意思,不过我看了一下,真空是没有电阻的,不过还是需要足够的电压。假设有足够的电压,意味着当从负极发射电子的时候才有可能有电,不过我也不清楚,如果真是完全没有阻力的情况,为什么一定要有足够的电压呢?电压是电子从一级到另一级做的功,但是如果完全无阻,电子也像常理一样拥有自己的惯性,那么就算无穷小的电压也能产生电流,只要有电压。不过按照如此说来,第一副图应该是从C开始亮然后是B然后是A,如果长得一条线是正极,短的一条线是负极的话,并且没有什么时间,可以是任意的。因为电子速度可以任意,电压可以任意,电子是从负极开始发射的。但是问题来了,请问这个电势是如何产生的呢?我所知道的是,正负电荷的不统一才会出现电势,那么如果绝对的真空中又如何能产生电势?假如全是负电子,那么是不可能有电势的,那么我加入正电荷,便是质子,那么这里便没有限制了,条件也不足了,因为没有说是要固定质子呢还是不固定,这两种情况是不一样的,不固定的话那么情况就是C先亮,A后亮,因为质子比电子质量大,运动慢,B最后亮,但是如果B处在质子与电子交汇点的话那么就是不亮,因为真负电子中和。如果固定电子而不是质子的话,那么情况有相反了,A先亮,B后亮,然后再是C亮。第二种情况只是第一种情况相反,吧C和A互换就行,但是第一种就有4种情况(包括b是否在正负中和点)。最后一个条件你可以自己再想想,我已经考虑到的情况就有8种了,都不高兴去想了。这道题其实还有很多变量没有给,比如电压这个情况的变量。情况真是太多太多了,正电是用反物质的正电子呢还是质子都还是个问题呢,时间的多少也是问题,因为时间越多导致的导线能正负电荷也越多,就不能说没有分布电容了。
这是我的观点,我觉得这个问题就是个不完整的问题,无解,也只能用来YY了。用来考试的话肯定被骂死。就练思想实验都不算,就不要费力去实践了。
不知道这个问题是不是楼主原创,不过总之希望楼主能认真的看完。
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252楼
回 楼主(hamdad) 的帖子
对了,还有还有,如果这个导线内有自由电子的话情况还要多,如果是真空无阻也是一种情况,如果是那种超导的理想型的话也是一种情况,每一种这个导线的情况也会导致不同得情况
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253楼
原来这个是个坟啊= =想的入神了,没看到。早知道就不挖了 = =
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254楼
回 94楼(虎哥) 的帖子
虎哥,希望你能看一下我跟的贴,你的结论,只是其中一种导线情况,变量太多了,你都没有考虑进去。这个情况是和水流一样的导线,但是无阻导线可以有很多,比如真空管,也可以用来当导线,超导体导线也和普通导线不一样。不过如果限制为你这种情况,确实这是正确答案
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2013-02-04 20:58:19
2013-2-4 20:58:19
255楼
应该是同时亮的,实验中示波器看到的是电压的延迟,点灯的点亮是靠电流的流动,自来水的比喻是最恰当的。
实际上在电路搭好后,开关没合上的时候,电场已经存在于开关两个极片之间,几十万公里长的电线中的电子都做好了准备,只等开关的闭合。
真的要做实验的话,必须取样点灯中的电流才算。
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2013-02-16 01:58:54
2013-2-16 01:58:54
256楼
1.我能推翻实验结果
2.我有分析该问题的正确方法
3.我不喜欢论坛上讨论,如有QQ群之类的
+1  科创币    eifheowvd   2013-03-14   为何不发出来共同探讨?我认为此类问题在论坛上讨论更合适
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2013-07-24 21:54:04
2013-7-24 21:54:04
257楼
假设是不成立的[s:244]
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2013-07-26 18:44:58
2013-7-26 18:44:58
258楼
最后一个是CA同时亮,b最后亮
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259楼
还有实验的是真正土豪
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260楼
最后一个是CA同时亮,b最后亮
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2013-07-27 20:53:59
2013-7-27 20:53:59
261楼
参照系何在。。。
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262楼
题目的条件都是理想的,这样一来,在不确定原理的情况下,分类讨论。可能会对解决问题有所帮助吧。
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263楼
虎哥拼了。真要试验
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2013-07-30 15:54:56
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264楼
几年前的贴,不知道解决没有,,,
我觉得是同时,,,可以这样理解,
无标题 - 副本.png

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265楼
回 95楼(小俊) 的帖子
只有交流是这样的 直流不是这样的
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2013-07-31 17:53:35
266楼
我想a。c。先亮
这时
我感觉不能用水模型来理解。
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2013-11-22 23:42:57
2013-11-22 23:42:57
267楼
hamdad 发表于 2009-3-5 22:57
点奈特神聊版歪楼的结局……

NQ磨刀霍霍欲挥之……


结论到底是什么?[s:16]
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2014-01-22 22:11:53
2014-1-22 22:11:53
268楼
理论上是同时的,还有在开关两端是有电压的,而电灯亮是电流驱动的,开关一闭合就会有电流流动,所以会一起亮,交流就不好说了,得看闭合时电压处在什么位置  如果吧时间分成很多段来分析那和直流差不多  个人观点  多多指教
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269楼
全都一起亮!
形成持续回路用电器才工作。你以为电走到哪,哪就亮啊?我去。
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2014-09-16 17:29:44
2014-9-16 17:29:44
270楼
命题可以忽略各种因数,这种情况下灯是同时亮
实验忽略不了各种因数,因为有电容的延时,所以是靠近开关的先亮了
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2014-10-10 21:58:47
2014-10-10 21:58:47
271楼
第一个图灯C先亮。
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272楼
因为灯要亮起,是因为有电流的流动,电流是由电子构成的。一般物理上认为电流的流动和电子的流动是相反的。所以,一般认为电流从电池正极出发,到负极。但是实际上电子从负极出发经过导线回到正极。之所以会有电子的如此运动,全拜有电池正负极电子的浓度不同造成的电压差。

当导线足够长,那么这个场建立的时间无论多长都可以建立起来,然后电子开始流动,如果时间拖延足够长,那么就可见灯C先亮起来,因为电子流先流过它。
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2014-11-21 22:50:32
2014-11-21 22:50:32
273楼
我的观点:在直流电中,因为除了开关处断开,其他地方都连通的,所以开关断开时相当于开关两端有了电势差,其他地方(除电源)不存在电势差。所以开关闭合的瞬间,开关处的电子最先移动,但很快整个电路电子都在移动了。结论是靠近开关的灯先亮。而且实验的效果比理想的更明显。
对于交流电,开关处其实可以看做是个不明显的电容。结论是同时亮
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2014-11-22 01:59:09
274楼
引用 虎哥:
电缆已经运到实验室了,马上做接头。。

关于hamdad的实验方法,为严谨考虑,应该是测量灯泡上的电压降,但是触发记录就很麻烦,所以大家分析一下实验的严谨性,看看用hamdad的办法可行不。
问下虎哥,你到底试干啥的啊,这东西不少钱吧
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275楼
引用 小俊:
个人觉得越靠近开关的越先亮。
个人感觉试离电池正极近的先亮
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276楼
引用 AnthraX:
Orz
科创的实力啊
这1000米的电缆说弄就弄到手了啊…………
科创这水深了啊……
虎哥的实力太强大,飞行时间质谱仪都拆过的人会在乎这一公里电线?
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277楼
400米电线多少钱啊?
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2015-01-07 09:16:26
2015-1-7 09:16:26
278楼
基本大体看完,居然没有引用一个人测电线内电场传播速度的实验,回头我会发上来,大体内容是,电场在电线中传播速度低于光速,用的是类似叫李沙如图的方式测量的,但是虎哥测得更直观。

第二,貌似这里面就虎哥提到了,信息传播速度不可能超过光速,所以注定了不可能距离电池近的先亮。也应该不大可能同时亮,具体的解释,我现在也还没搞很清楚。举例开关先亮,不违背爱因斯坦的“光速不会被超过”的原则。
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279楼
最后我再说,hamdad的问题非常好。
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2015-10-09 09:46:02
2015-10-9 09:46:02
280楼
同亮吧,这不是个理想实验吗?
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2015-12-26 22:54:58
2015-12-26 22:54:58
281楼
所以开关断开的时候也是靠近开关的先灭
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2015-12-27 11:19:06
282楼
引用 tianyify:
我觉得也因该这样,高手出来给个答案啊,我只是反问的方式来解决问题,首先不闭合会有电流产生吗,我提了一个问,一根导线长到电都需要8分钟才能闭合,现开关闭合了7分59秒后断开,其实就一直没有闭合过,这也会产生电流吗,我这类的菜鸟是不明白的,所以...
首先说明白闭合这个概念吧
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2016-04-11 02:36:37
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283楼
电流水流,谁先被流到谁先亮
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284楼

    ;要使灯泡点亮必须要达到灯丝发亮的临界值  
     ;因为电路是串联电路且灯泡的电阻都一样
      ;所以经过的电流都是一样  
      I1=12=I3=I
又因为导线不计电阻
所以电路等效于一个电阻一个电压
   :  P=UI  
结论;只要有电压u  三个灯泡一起亮
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2018-08-01 03:09:32
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285楼

精彩。

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286楼

同时亮,因为电子从负极出发回到正极,电路内才有电流。所以别说导线1个天文单位,就算50000天文单位也是同时亮

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287楼
引用:hamdad 发表于68 楼的内容:
和真空管内部的电流不一样,电子,在金属导线内部是无法『流动』的。合闸瞬间,假设电池(—)极释放出去一.....

解释的实在太到位了,忍不住要给你一个大大的赞!!!!!!

真的让整个过程在我脑中具现化了!非常清楚和容易理解

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288楼
此电子非彼电子也
和真空管内部的电流不一样,电子,在金属导线内部是无法『流动』的。

合闸瞬间,假设电池(—)极释放出去一个电子,则最靠近电池(—)的某一个铜原子获得了一个电子,带负电,然而这个多余电子对于此铜原子是烫手山芋,必须马上扔掉给旁边的一个不带电的铜原子,奈何靠近电池(—)那边有压力,还在不断向外抛电子啊,只好把自己的这个电子,抛给远离自己的那个不带电的铜原子,刚扔掉,倒霉,怎么电池(—)又给俺抛过来一个电子啊,接上,再扔掉……如此循环下去,除非拉闸,永不休止……

宏观上,看似电子在导线内部流动,微观上看,其实B亮的时候,通过他的灯丝的电子流已经早就不是电池(—)送出来的了……


合闸同一瞬间,电池(+)极强行从最近的铜原子身上抢过来一个电子,自己吞掉,那个铜原子顿时带了正电,心说“我TMD冤啊,我招谁惹谁了,不行!我要再抢一个电子回来,恢复自己本来面目!”奈何电池(+)极仍然在不停的疯狂抢夺电子吞噬,该倒霉带正电的铜原子只好从远离电池(+)极的一个不带电铜原子身上强抢了一个电子回来,美滋滋的正偷乐呢,电子又被电池(+)极给抢跑了,于是他再抢、再丢……

经过若干时间,抢电子和扔电子的游戏,终于在B灯泡的灯丝处胜利大会师了,于是B灯泡终于有机会把电池对外做功的电能转换为了光能和热能,照亮了中国山寨工业总公司的实验室,山总老虎的光辉形象显得更加英武高大!

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以上部分是hamdad的解释,我阅读并理解了以后,又加入了我自己的看法,现将以上的故事改编如下:

电池的正极为(+)电池的负极为(-)

在电池被制造完成之后,内部存在化学能,在电池的(+)(-)两端呈现出电势差

(-)一直希望将自己手里烫手的电子扔出去,而(+)一直希望从外界抢夺一个电子回来,奈何外界是空气,电阻接近无穷大,大到(-)几乎仍不出电子,(+)也是几乎抢不到电子,因为电压就这么点大。

就在这时,开关处的2根导线出现了,他分别连接在了(+)(-)的两端,就在接上的瞬间,掠夺开始了,(-)极不停的扔出电子,就如上面hamdad的文章所述,不断的接力棒式的传递,直到到达的开关处,铜原子傻眼了,居然又是空气,好吧,那只能走到这里了,但是电池的(-)极还是一直持续给与压力逼得铜原子不得不保持高压态势,密切观察是否有机会将手里的电子继续向前扔,一但抓住机会,他会毫不犹豫的将烫手的电子扔出去,并且被身后的同伴再赛一个电子到手里(真惨)。

于此同时,在接上导线的瞬间,(+)极也发生的有趣的变化,他不断的抢夺刚刚接上的导线中的铜原子的电子,使得铜原子不得不向着前方的同伴继续抢夺,这场抢夺也是一路到了开关处,一看,也傻眼了,前方是空气,没啥好抢的了,但是他也是虎视眈眈的盯着前方,一旦发现有什么电子可以抢的,他会毫不犹豫的下手,虽然他知道抢来的电子瞬间会被身后的同伴抢走,都是因为(+)极这个吃不饱的家伙。

这时开关还没有合闸,一切都保持的平衡,(+)极连同他的导线一起,都是一个个红着眼想抢电子,没得可抢了,眼巴巴的望着开关的那一头,希望出现一个新来的电子。这时要是开关合闸,那么开关处的(+)极就会立刻获得一个新的电子,并马上被后面的同伴抢走,宏观上来看,就像电流从开关流出来一样。而开关处的(-)极,一旦等到合闸,也会马上扔出一个电子,并且手里马上又会被后面的同伴塞上一个电子。宏观上看,电流好像从开关处流入一样。

这样是不是就能解释为啥是里开关近的先亮了

这是个人的理解,用这种方式讲出来不知道大家能不能看懂,但总觉得哪里好像不对。

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2018-11-16 00:16:30
2018-11-16 00:16:30
289楼

我觉得可以尝试用光锥理论来解释这个问题。

光锥的顶点处是一个事件,光锥里面的事物会受到光锥顶点处的事件的影响,而光锥外面的事物,则不会受到该事件的影响。

在开关闭合之前,整个电路里没有电流,所有灯都不亮,并且电路处于稳态,电路中导线和灯泡可以看做等势体,也就是说,在导线和灯泡中是没有电场的,载流子(金属导体中的载流子是自由电子)不运动,没有电流,灯丝中没有热效应,灯泡不亮。

整个回路中有两个地方有电场,一个是电池组中,一个是开关触点处,这两个地方的电场电势差相等,方向相反。

电池组中虽然有电场,但是因为有化学势能的存在,阻碍了载流子(化学电池中的载流子比较复杂,在电解液中是离子,在电极材料中可能是自由电子)按照电场方向去运动;而开关触点处,有电场,但是因为电路在这里是开路的,所以也不会有载流子按照电场方向去运动。

把开关闭合看做一个事件,在开关闭合的一瞬间,这个事件的发生会开始对整个回路中的所有电场分布产生影响,这个影响理论上以光速(实际上是以金属导体中电磁波的相速传播的)准确地说,在开关闭合的一瞬间,开关的两个触点接触导通,首先是金属导体中的载流子即自由电子从开关的两个触点中电位较低的那个触点向电位较高的触点运动,此时,开关触点接触的地方,虽然是导体,但不再是等势体,电场依然存在,而阻止载流子运动的隔阂也就是触点间的绝缘空隙消失,所以会导致载流子开始运动,并且这个电场以相速开始沿着导体向开关触点的两侧传播。电场所到之处,导体中的载流子在电场的作用下开始运动,产生了电流,如果这个电场传播到了某一个灯泡的灯丝位置,则灯丝中的载流子开始运动,产生热效应,灯泡开始发光。

开关闭合就是光锥顶点处的那个事件,随着时间的推移,在时间轴上光锥向前运动,对周围事物的影响范围越来越大,各个灯泡依次进入光锥,进入光锥的灯泡会发光,而光锥外面的灯泡不会受到开关闭合这个事件的影响,依然保持当初的稳态即熄灭状态不变。当整个电路都进入光锥之后,电路重新达到一个新的稳态,即所有灯泡稳定发光,电流恒定。

就好比在池塘中投下一枚石子,会产生涟漪,漂浮在水面上的落叶本来都是静止的,就像开关闭合之前的灯泡,都是熄灭的,而涟漪所到之处,落叶开始上下起伏,就相当于灯泡受到电场的影响而开始发光。

只不过,这里不是投下了一枚石子,而是闭合了原本开路的开关,而电场则被约束在导线中像涟漪在水面扩散一样沿着导线以相速传播。

所以,不论是交流电还是直流电,一定是距离开关近的灯先亮起来,因为它会首先进入光锥。

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290楼

我觉得需要对前面坛友提出的水管模型进行一点点小小的修正,就是需要假设水管中事先是充满水的。

需要澄清的一点是,开关闭合之前与之后,整个电路的导体中,都是充满载流子即自由电子的,就像水管中事先充满了水一样。而导致载流子运动产生的电流不是靠载流子渡越传递的,而是靠电场传播的。

就好像水管中事先充满了水,但是沿水管的轴向并没有压力,所以水仅仅是被约束在水管中而已,并没有流动,在打开水源处的阀门之后,阀门处释放了压力,这个压力在水管里的水中,沿着水管的轴向以声速传播,压力所到之处,水就开始流动。也就是说,如果从水源处打开阀门,水管出口处很快就会有水流出来,不过流出来的是水管中原来的水,而不是从水源阀门处运动过来的水。

假设电场传播的速度是无穷大,那么在开关闭合的一瞬间,整个电路中瞬间产生了相同的电场,则整个电路中所有位置的载流子同时开始沿相同方向运动,各个位置瞬间出现相同大小的电流。这个模型在电路尺寸比较小或者时间分辨率不是很高的时候,还是可以使用的。

如果电路尺寸足够大,或者对时间的测量分辨率足够高,则电场传播的时间将不能忽略,不过这个速度还是很大的。

假设考虑水管是空的,那么从打开阀门开始到水管出口处有水流出来,需要的时间将大大的延长,因为水流动的速度远远小于水中压力传播的速度(也就是机械波传播的波速即水中声速)。回到电路中,其实导体中载流子渡越的速度是很慢的。

根据文献(具体出处我忘了,不过数据是没问题的),金属中自由电子的热运动速度大约是10^5 m/s量级,也就是平时所说的“分子做杂乱无章的无规则运动”的速率;而自由电子定向移动的平均速率约为10^(-5) m/s量级,它是导体中自由电子定向移动形成电流时,自由电子定向移动的速率。可见还是很慢的。

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2019-05-23 01:06:16
2019-5-23 01:06:16
291楼

传输线理论正解。


内容上传的时候传重复了,这楼删掉。看下一楼。

[修改于 7 个月前 - 2019-05-23 01:16:39]

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292楼

传输线理论正解。


灯A、灯C和电池的链接视为短线。视为集总参数。开关之后的是长线,要分析分布电容分布电感。

直接贴一张图吧,一图顶上千言万语。

1558542577050.jpg

当开关闭合,由于存在分布电容和电感。电池首先对两条导线形成的分布电容电感充能。

我.PNG

 

这时候A和C同时亮起。这时候相当于电流被分布电容短路和分布电感开路。B不亮。分布电感电容的充能过程也是电波(TEM波)在传输线里面传输的过程。波传输速度视导线之间的介电常数和导磁率。在传输线充能完毕之前。也就是波到达灯B的时候灯不亮。

如果在波到达B灯之前。切断开关。这时候AC灯灭。B不亮。直到波到达B灯,B灯亮。经过充电时间相等的时间之后B灯灭。

如果波到达,B灯亮了一段时间,切断开关,那么AC立刻灭。B经过距离/波速=时间后跟着熄灭。因为传输线里面的电容电感还在给灯供电。

理想状态是如此。如果B灯跟传输线阻抗不匹配的话,还会导致波的反射产生更复杂的情况。


[修改于 7 个月前 - 2019-05-23 01:10:20]

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293楼

之前没看完后面的文字,按lz理想导体和无分布容感的说法,结果只能是所有灯同时亮。

只能做思想实验。

根据楼主条件,得出:电场和磁场不能存在于元件之外的空间,也就是空间是绝对真空。无导磁率无介电常数。开关断开时允许电场经过,不允许载流子经过。

当构建电路过程当中就已经开始发生变化了。

当导线接近并连接电池正极的时候,导线由于开关处开路,电池的电场首先对导线载流子产生影响产生移动并达到新的电场平衡,使除开关间隙之外的部分电势差为0,所以电势差都集中在开关间隙当中,这时候开关的作用等同于一个电容。理想的灯泡这时候都会亮一瞬间直到静电平衡。

当开关闭路,静电平衡瞬间被打破,整个回路将获得分布的电势差。在回路中的载流子将被电场同时加速,形成电流。所有的灯同时亮起。

结论是不是很奇怪?绝对真空、理想导体这种不存在的东西就是这么不讲道理。因为不存在真空介电常数和真空导磁率。所以不能提到速度。所有的现象都是超距作用的。

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294楼

现在才回过味来,楼主的条件下的所有元件都是单一的集总参数,集总参数条件下,导线的长度毫无意义。导线无限短与无限长都没有影响。总之觉得自己是蛋疼才挖这个坟。

[修改于 7 个月前 - 2019-05-23 11:46:49]

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295楼
引用:迪纳米斯 发表于293 楼的内容:
之前没看完后面的文字,按lz理想导体和无分布容感的说法,结果只能是所有灯同时亮。只能做思想实验。根据.....

有些东西一旦假设了,结果就是光速发生变化或者算不出。同时又假设光速30万公里不变,就会产生矛盾。

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296楼
引用:虎哥 发表于295 楼的内容:
有些东西一旦假设了,结果就是光速发生变化或者算不出。同时又假设光速30万公里不变,就会产生矛盾。

哎,就是,所以说蛋疼,这个问题到此为止,大家都散了吧。永久沉下去别挖了,这个问题就是个什么都没有只有无尽虚空的坑。别浪费时间。要说这个盖歪的楼有什么意义就是了解一下真实情况下这样的电路是怎么个情况和理想条件的不靠谱;没接触过传输线理论的朋友对传输线理论有个初步理解;看了一个难得一见的传输线实验,不是用集总元件做的仿真线做的那种。


。。。。。还有告诫自己:题目要看完。(ლ(╹◡╹ლ)

给后来的朋友提个醒:

重要的事情再说一遍,这是个坑,是个坑,个坑,坑。。。。。

[修改于 7 个月前 - 2019-05-23 13:07:00]

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2019-08-07 08:53:28
2019-8-7 08:53:28
297楼
引用 小俊 发表于 31 楼的内容:
我是假设你的系统和示波器共地。另外,要验证应该用电流探棒才对。

我觉得,在灯泡的那个地方加上一个小阻值的电阻,然后测电压差?

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298楼

由光速不是无穷大可以推导出电容电感电阻是必然存在的,如果你规定没有电容电感电阻,那光速就是无穷大的,同理电场也是无穷大的,abc同时亮

或者思考一下,一根非常长(地球到太阳那么长)的钢棍,你推一下一头,另一头必然8分钟后移动(甚至可能10分钟,20分钟,但可定不会少于8分钟),但你假设这根棍是刚性的,那另一头就是瞬间移动

这问题有点类似于可以假设斜面光滑来研究小木块的手里,但你如果假设斜面光滑研究摩擦因数就没啥意义了


另外这个问题里有关化学电池能否单极反应8分钟这个很有意思,如果在高中物理/化学引入这个思考,能让很多学不会理化的人豁然开朗

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2019-08-09 09:57:55
2019-8-9 09:57:55
299楼
引用 cdh1075 发表于 298 楼的内容:
由光速不是无穷大可以推导出电容电感电阻是必然存在的,如果你规定没有电容电感电阻,那光速就是无穷大的,.....

机械力不可能是瞬间传输,机械力的传播速度是该介质的声速,比如那根棒子,拨动一段,则机械力以机械波的形式以棒中声速转播

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