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
hamdad2009/02/14物理 IP:四川
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    Aromatisation    2019/08/02 有趣的题目。
来自:数理化 / 物理
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~~空空如也
hamdad 作者
15年5个月前 IP:未同步
75179
如果认为三种不同的电源条件,亮灯的次序有区别,请详细论述理由。
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15年5个月前 IP:未同步
75191
A—B与K—B的导线长度均为一个天文单位,149,600,000,000米。
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15年5个月前 IP:未同步
75195
引用第4楼虎哥于2009-02-14 18:36发表的  :
涉及到电场的传播速度。按照已有的理论,场的传播速度也不会高于光速。
现在有GPS同步了,可以在几十千米的条件下做实验验证。


果然是财大气粗的山总,几十千米的导线,就算铺设的起,那还得雇多少人看护防小蟊贼啊?

按照现有的理论,不考虑电缆的缩短系数,100m的电缆,传输延时大约为333nS,贵处实验室的仪器应该就可以进行实验验证了,但是适当的高速理想闸刀恐怕是个器件瓶颈。
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hamdad作者
15年5个月前 IP:未同步
75200
实验验证,必须采取传输线,一般的导线无法还原上升沿非常陡峭的窄脉冲的前沿形状,实验就没有意义了。

单位长度的传输线,电感和电容的比值是恒定的,可以保证恒定的设计特征阻抗,虽然有损耗,但是受端可以忠实还原源端的信号波形。

要不然就用内壁光滑的紫铜管做波导管?
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15年5个月前 IP:未同步
75207
引用第7楼虎哥于2009-02-14 18:45发表的  :
本处有用原子钟校准的9位计数器(可测脉冲间隔),怎么设计实验呢,特别是那个交流的实验,还得检波啊。不过貌似用高速数字示波器该可以。


高速多通道数字存储示波器,三个灯泡分别用同轴电缆的T型接头代替,每个T头接示波器的3个独立的Y通道,观察脉冲前沿到达3个T头的时刻差。但是同轴电缆的阻抗匹配问题比较头疼。
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15年5个月前 IP:未同步
75227
给山总设计了一个实验室验证电路,实施起来还是不困难的。
ABC实验室验证电路.gif

全部接插件使用50Ω同轴电缆系统的标准件,如N或者BNC。

电池用一节1号干电池,T头A——T头B、开关元件——T头B,均连接100m 50Ω同轴电缆,其他主电路的连接,使用尽可能短的50Ω同轴电缆。
+400
科创币
虎哥
2009-02-14
关键实验方法。
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15年5个月前 IP:未同步
75274
本人观点:
1、直流电源的极性上+下-或者上-下+或者任意频率的交流电源,结论是一样的:

最靠近电源的A、C同时先亮,经过有限时间的延迟,远离电源的B最后亮。

2、电池不是是永动机,更不是核物理研究上的电子枪,不可能负极只对外源源不断释放出电子,而同一时刻正极不吸收电子进来。


3、白炽灯泡能够发光,遵循焦耳定律,灯丝发热功率=I*I*R。


4、合闸瞬间,电池消耗内部的化学物质,(-)极对外电路提供(输出)电子流,(+)极吸收外电路灌进去的电子流。电流数值的大小,根据欧姆定律,等于电池电动势/电池以外的电路总电阻。

金属导线,内部的金属原子,并不允许长期出现某个孤立的原子携带多余的电子或者缺少电子,必须由临近的不带+/-电的原子补充,于是,C——B段导线,从电池(-)流出的电子流,不断以光速向B端“奔跑”,出现一个瞬间富余电子的原子与正常不带电原子的分界面(此分界面正是导线中有/无电流的分界面)以光速向B端移动;类似情况,电池(+)吸收电子流,C——B段导线,出现一个瞬间缺少电子的原子与正常不带电原子的分界面,此分界面亦以光速向B端移动。

5、外推假设一下:平行导线长度50光年,开关瞬间接通1秒钟后立刻断开。

则:
开关接通瞬间,观察者看到A、C同时闪亮了1秒钟,经过50年以后(假如观察者还没有翘辫子,同时假设A、B、C、电池、开关和观察者的物理位置在同一地点,不存在光线传播的延迟问题),观察者才看到B闪亮了1秒钟。
+400
科创币
虎哥
2009-02-14
有理有据。
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15年5个月前 IP:未同步
75285
我设计的那个草图,测量的是同轴电缆芯线上的电压,同轴电缆的皮和仪器外壳,接地与否,是一个独立的参考点(系),对测量结果没有直接影响。
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15年5个月前 IP:未同步
75301
Re:Re:给山总设计了一个实验室验证电路,实施起来还是不困难的。
引用第24楼qwernet于2009-02-14 21:18发表的 Re:给山总设计了一个实验室验证电路,实施起来还是不困难的。 :

这个图来验证应该不对,因为灯亮是电流的效应。

而这个图是用来验证电压信号的。C点任何时候都是低电平的,而A、B原先为高电平,开关闭合后,B会先比A变为低电平,100m的长度延时大概590ns(假设传输线延时为150ps/inch)。

这个图来验证应该不对,因为灯亮是电流的效应。

.......


电平的高低,有参考零点才行,所以您说的“C点任何时候都是低电平的”说法是不严谨的。
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hamdad作者
15年5个月前 IP:未同步
75308
引用第27楼qwernet于2009-02-14 21:23发表的  :
不应该用电压信号的测量方法去验证。

而应该用电流探棒去直接测量各处的电流。


检测电流的方式曾经考虑过,除非是把一个T头变两个,中间的那一短截同轴电缆采用特制的高阻芯线,否则通常的仪表电流探头传输特性的上升/下降时间,对于这个系统是一个完全无法容忍的误差项。
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15年5个月前 IP:未同步
75312
Re:Re:Re:Re:给山总设计了一个实验室验证电路,实施起来还是不困难的。
引用第31楼qwernet于2009-02-14 21:28发表的 Re:Re:Re:给山总设计了一个实验室验证电路,实施起来还是不困难的。 :


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。


可能是因为我画图的时候偷懒,没有把同轴电缆的皮画上。

DC电源系统是浮地的,没有参考点,就好象三相交流电,确定相序以后,其实可以任意假设某一相是A相的。
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15年5个月前 IP:未同步
75315
引用第29楼虎哥于2009-02-14 21:26发表的  :
好像是有一点点问题,同轴线如果这样使用,电容量就很难忽略了。


我设计的系统,其实是受到了Token Ring令牌环网的启发,但是一个闭环的系统,如何能够保证源端/受端的阻抗均为50欧姆呢?
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hamdad作者
15年5个月前 IP:未同步
75318
Re:Re:Re:Re:Re:Re:给山总设计了一个实验室验证电路,实施起来还是不困难的。
引用第36楼qwernet于2009-02-14 21:38发表的 Re:Re:Re:Re:Re:给山总设计了一个实验室验证电路,实施起来还是不困难的。 :


哦,这样的。浮地的话没有参考点啊,电平怎么确定?

另外纠正一点,100m的电缆,传输延时大约为333ns是不对的,实际是比333ns大很多,应该在590ns左右。电压信号在导线中的传播速度是小于真空中光速的。


电缆的缩短系数没有计算进去,看山总用的物理发泡介质的馈管,标称缩短系数应该在0.80左右。
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75322
Re:接头难做
引用第25楼虎哥于2009-02-14 21:19发表的  :
接头难做,终于做好一个了。理论分析要跟上哈。。 IMG_3929.jpg    IMG_3931.jpg    IMG_3932.jpg IMG_3928.jpg


还好是在实验室做接头。

俺有一次施工,在70米的铁塔平台上现场做接头,拧紧N头屁股的最后操作中,手一抖,扳手掉下去了,幸好塔下面没有人。[s:237]
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75336
引用第39楼zzt于2009-02-14 21:48发表的  :
应该是A,B,C一起亮:

1、灯泡发光的条件是要存在持续变化的电磁场;
2、实验电路中导线周围是存在电磁场的,只不过不是变化的;
3、只要开关一闭合,导线周围的电磁场便开始变化,因此所有的灯都会亮,不会涉及到电子的传播速度。
.......


大师啊,总算找到你了![s:104]

就算您把独家秘方的时间隧道工程藏起来让俺找不到,告诉俺明天2009017期双色球的开奖号码总可以吧?[s:184]
+20
科创币
虎哥
2009-02-14
最佳寒碜奖!
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hamdad作者
15年5个月前 IP:未同步
75339
芯线DC电阻
应该把贵处实验室的高档台式万用表搬出来,四端子法精确测量,结果保留5位有效数字。
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hamdad作者
15年5个月前 IP:未同步
75346
应该把2VO请来论证一下,必要的时候把霍金他老人家也请来论证一下,更加必要的时候请爱因斯坦他老人家今天晚上给众人托梦解惑……

NND,事情搞大了[s:100]
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