常微分方程考研讲义(17)
时间:2025-03-10
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I
dQdt
ddt
(CuC) C
duCdt
(2.20)
将(2.20)代入(2.19),得到uc满足的微分方程 RC
ducdt
uc E (2.21)
这里R、C、E都是常数.方程(2.21)属于变量分离方程.将(2.21)分离变量,得到 两边积分,得到
lnuC E 即
uC E ee这里c2 e为任意常数.
将初始条件:t 0时,uC 0代入,得到c2 E. 所以 uC E(1 e
1RC
t
c1
duCuC E
dtRC
1RC
1RC
t c1
c1
t
c2e
1RC
t
(2.22) )
这就是R C电路充电过程中电容C两端的电压的变化规律.由(2.22)知道,电压uC从零开始逐渐增大,且当t 时,uC E,在电工学中,通常称 RC为时间常数,当t 3 时,uC 0.95E,就是说,经过3 的时间后,电容C上的电压已达到外加电压的95%.实用上,通常认为这时电容C的充电过程已基本结束.易见充电结果uC E.
对于放电过程的讨论,可以类似地进行.
例8 探照灯反射镜面的形状
在制造探照灯的反射镜面时,总是要求将点光源射出的光线平行地射出去,以保证照灯有良好的方向性,试求反射镜面的几何形状.
解 取光源所在处为坐标原点,而x轴平行于光的反射方向,设所求曲面由曲线
y f(x)
(2.23)
z 0
绕x轴旋转而成,则求反射镜面的问题归结为求xy平面上的曲线y f(x)的问题,仅考虑y 0的部分,过曲线y f(x)上任一点M(x,y)作切线NT,则由光的反射定律:入射角等于反射角,容易推知 1 2 从而
OM ON
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