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。
+1000  科创币    虎哥   2009-02-14    很好的题目。
+20  科创币    五成熟的牛排   2012-08-04   高质量发帖
+25  科创币    宅人   2013-08-01   光从地球到太阳大约要8min,场的传播速度不超过光速,就这样
+0.5  科创币    Johnsons   2019-08-02   有趣的题目。
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来自:数理化 / 物理
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cdh1075
2年4个月前
301楼
引用氧化or还原发表于299楼的内容
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...

做物理题时经常假设木棍是刚性物体,如果是刚性的就没波了,力就是瞬间传播,和本题中假设没有电阻电容电感是一个道理

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Angle2019
2年4个月前
302楼

看清楚题目,其它因素忽略。也就是说这根13万千米(应该说26万千米)的导线属于纯导体,就是说只要考虑电子在纯导体中的传导速度就行了。但是电路中没有回路是办法产生效能电流的,所以无论是交流电还是直流电,当开关闭上后,我个人理解就是同时亮起

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SkyFervor
1年8个月前
303楼

如在原题基础上增加条件:

开关闭合后一段时间(大于第一个灯亮时间,小于最后一个灯亮时间),断开开关

结果会怎样?

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wayhe
1年8个月前
304楼

我看到用高速示波器去测试电压信号来判断时间先后总感觉哪里有漏洞。基于题目的解答应该以电流传感器信号作为依据更合理。最困惑的是电路中的电流如果是以电子迁徙方式移动,应该是从负极出发,最后才回到正极。

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胖峰
1年8个月前
305楼

交流元的那个,可以考虑电缆等效电容/电感。电缆充电需要时间,如果电缆绝缘很补好的话,那又是另外一回事了


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zhouzhiwen2000
1年7个月前
306楼
引用AnthraX发表于9楼的内容
我认为:直流的,离负极近的灯先亮,最后是正极旁边的,因为电流是从负极流向正极交流的,理论上说,根据应...

这只是形象的理解,其实应该离电源近的先亮,远的后亮。用传输线理论便可解释。

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tanta
1年4个月前
307楼

C、B、A的顺序亮啊。很简单的问题,为啥搞不懂呢。开关合上之间,处于平衡状态,开关两端的电动势等于电池的电动势。开关合上以后,开关两端的电动势以光速传递(理论上)根据距离开关的远近,渐次亮灯。A虽然近,但是考虑到电池是理想电源,而且是电路中唯一的电源,一端的电动势是固定的,也就是说A最后亮。

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胖峰
8个月26天前
308楼

个人认为导线可以等效成一个电容,在电源电能充足、导线内阻为零的前提下,导线开关两端的电势与电源正负极相同,当开关闭合后电流产生,三个灯同时亮。实验可以设计成在电源两端加开关,中间导线串联灯泡(导线为无限长)。

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twz562
8个月25天前
309楼

“开关闭合”这个“事件”沿电场速度向导线两端传播,被那个灯“感知”,哪个灯就点亮

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20!Dopaminor
16天18时前 修改于 16天18时前
310楼

XXXXXXXXXXXXXXXX/bHIhgxav9LY

做成视频就火了

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虎哥
16天4时前
311楼

12年了,那时候条件很艰苦,但热情很高。

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RodTech
12天14时前
312楼
引用20!Dopaminor发表于310楼的内容
XXXXXXXXXXXXXXXX/bHIhgxav9LY做成视频就火了

正想发呢 迟了一步

这个视频还是值得看的,dave指出这个博主故意规避“传输线”关键词的反应视频也是值得看的 sticker

XXXXXXXXXXXXXXXX/VQsoG45Y_00

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20!Dopaminor
12天5时前
313楼
引用RodTech发表于312楼的内容
正想发呢 迟了一步这个视频还是值得看的,dave指出这个博主故意规避“传输线”关键词的反应视频也是值...

我觉得这视频是强行解释成无线供电了才有1/c的结论

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RodTech
11天20时前
314楼
引用20!Dopaminor发表于313楼的内容
我觉得这视频是强行解释成无线供电了才有1/c的结论

还有仿真。。。

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/watch?v=aqBDFO1bEs8


“越闹越大”

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20!Dopaminor
9天23时前 修改于 9天3时前
315楼
引用RodTech发表于314楼的内容
还有仿真。。。XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/watch?v=aqBDFO1bEs8...

估计是想多做几期视频。像目前流行的who's right系列,比如逆风行走的风力车和链珠会自己飘起来的系列视频

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SPACE Y AEROSPACE COMPANY
8天11时前
316楼

应该是AC先同时亮后B亮

AC同时亮一种解释是对电源来讲正负两极是等效的,根据对称性,必须同时亮

再来说谁先谁后的问题,这个必须考虑电报方程,电门的闭合本质上是改变空间中电场的分布,这与光传播类似,都有传播速度的,也必须有其波动方程,就是电报方程或者叫传输线方程

波动一般是两种能量互相转化实现的,如弹簧振子和机械波是机械能与弹性势能相互转化,而电场的改变与电磁波都是电场能与磁场能相互转化,对传输线来讲就是两根导线间的电容与电感所含的电场能和磁场能

通过假设某种构型的导线,总发现单位长度的电容与电感的乘积等于介质中传播光速的平方分之一,这样电报方程中波速就是由电介质与磁介质决定的光速

既然电场改变的传播速度是光速,有电场就有电流,靠近电源的先改变,远离电源的后改变,那么自然是先AC先亮,B后亮

简单理解可以认为一开始电流从导线间漏掉了

交流与直流是一样的,因为都满足电报方程,另外直流也可以傅立叶分解为交流信号

再举个例子说水管,有泵组成的环路,开阀门是产生水压降,有水压降就有水流,这个水压降的传播满足水中压缩波的波动方程,所以打开阀门和是离泵近的先流动,离泵远的后流动,因为水可以压缩,所以满足连续性方程

本人才疏学浅,如有漏洞,还请各位巨佬多多包涵

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语冰者
3天9时前
317楼

感觉这就是个电容放电问题。

灯亮>>有电流>>电荷定向移动>>导线有电场。

因此只需分析导线的电场变化

对于条件1.2,将开关夸大为电容。

如果开关闭合前电容充电完成(闭合前电容充电没完成在条件3讨论),那么导线中的电场为电源电场和电容电场的叠加。两电场大小相等方向相反,因此导线中电场为零。闭合开关瞬间,电容正负极接通,电容放电,电容正负极的电压变小,导线中电场变化,电场方向:由电源电场方向,变化方向:由电容指向电源。(具体过程类似神经细胞受刺激后的电信号传导过程)

结论:灯亮的速度与距电容距离成正比,C>A>B。

对于条件3,由于导线足够长,将灯ac不与电源直接相连的导线看做电容且电容没有充电。

由上述讨论可知:导线的电场变化>>电源电压和电容电容变化>>电容充放电过程。AC会在充电过程持续亮,充电完成灯灭。由于导线足够长充电过程为:ac同时亮,然后c灭,在后b亮,电容充电完成,b灭,最后a灭。充电完成后的开关过程,同上。

电容充电前:A亮=C亮>C灭(c充电完成)>B亮>(a充电完成)>B灭>A灭。

生活中实例:

高压电传送只有火线。在发电厂两根线:一根线接地(电容无限大,永远在充放电过程中),另一根线为火线,变压传输。居民变电站:传输来的火线降压,零线接地即为零电势线,无限电容,一直处于充放电过程。



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