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    一名学生的任务是进行一项涉及 RL(电阻电感器)电路的有趣实验,以研究青蛙腿对电刺激的肌肉反应。RL 电路在本实验中起着至关重要的作用,它提供了控制和测量触发肌肉收缩的电脉冲的方法。

    当连接 RL 电路的开关闭合时,观察到短暂的肌肉收缩。这是因为,在稳态下,电感器的作用就像短路一样,绕过电阻器,导致青蛙的腿出现轻微、短暂的收缩。将欧姆定律应用于 60 欧姆电阻器,学生可以计算通过电路的初始电流。

    打开开关后,RL 电路变为无源。现在,电流流过电阻器,学生将其建模为青蛙的腿。这种变化会导致持续的肌肉活动持续 10 秒。

    学生假设 20 毫安的电流负责诱导这种持续的肌肉反应。为了验证这一假设,他们使用 RL 电路的时间常数,它等于电感与电阻的比值。通过电感的电流可以用计算出的初始电流和这个时间常数来表示。

    将对应于持续肌肉活动的当前值和时间值代入当前方程,学生可以求解未知的阻力。此阻力值表示青蛙腿的建模阻力。

    该实验实际演示了如何使用 RL 电路来研究生理反应。它说明了控制这些电路的基本原理,例如瞬态和稳态响应以及时间常数的概念。通过对电路和生物系统进行类比,它还突出了科学的跨学科性质,弥合了物理学和生物学之间的差距。

    学生使用 RL 电路研究青蛙腿对电刺激的肌肉反应。

    关闭开关会导致短暂的肌肉收缩,而打开开关会触发持续 0.01 秒的肌肉活动。

    该学生将青蛙的腿建模为电阻器以确定其电阻,假设 20 毫安的电流会引起持续的肌肉反应。

    当开关闭合时,电感器在稳态下充当短路,绕过电阻器并引起轻微的肌肉收缩。

    将欧姆定律应用于 60 欧姆电阻器可得到初始电流。

    当开关打开时,电路变为无源 RL 电路。电流现在流过电阻器,导致持续的肌肉活动。

    时间常数等于电感与电阻的比值,通过电感的电流使用计算出的初始电流和时间常数表示。

    对应于持续肌肉活动的当前值和时间值被代入当前方程式中。求解方程式可得到未知电阻的值。