4个回答
2014-01-19
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考虑 AB之间的电阻。注意到长方体关于平面ABC是对称的,所以对称的点电势应该相等,借Bourne_Lu的图来说,即
U2=U3,
U5=U6,
U9=U10
不妨用导线把这3对点分别连起来。这就相当于把整个立方体拍扁到平面ABC上了,得到一个“田”字形的网格。这个网格上下两边上每一小段是2r,其余各小段都是2个2r的电阻并联,所以电阻是2r/2=r.
中心记为点O,假设在A,B分别加电压U和-U,则由对称性知O点的电压是0,设“田”字左边中点为D,上边中点为E,它们的电压分别为UD, UE,则由4条支路上的电流在D,E处满足的关系可列方程:
(U-UD)/r =(UD-0)/r + (UD-UE)/(r+2r)
(UE-(-U))/(2r) =(UD-UE)/(r+2r)+(0-UE)/r
消去r并稍加整理,得
3U=7UD-UE
3U=2UD-11UE
从而可解出
UD =2U/5
UE =-U/5
于是从A发出竖直向上的电流I1和水平向右流入B的电流I2分别是
I1 = (U-UD)/r =3U/(5r)
I2 = (UE-(-U))/(2r) =2U/(5r)
注意到图形的旋转对称性,从A发出的水平向右的电流跟I2相等,所以从A发出的总电流
I = I1+I2 = U/r
故而总电阻
R = (U-(-U))/I = 2r
U2=U3,
U5=U6,
U9=U10
不妨用导线把这3对点分别连起来。这就相当于把整个立方体拍扁到平面ABC上了,得到一个“田”字形的网格。这个网格上下两边上每一小段是2r,其余各小段都是2个2r的电阻并联,所以电阻是2r/2=r.
中心记为点O,假设在A,B分别加电压U和-U,则由对称性知O点的电压是0,设“田”字左边中点为D,上边中点为E,它们的电压分别为UD, UE,则由4条支路上的电流在D,E处满足的关系可列方程:
(U-UD)/r =(UD-0)/r + (UD-UE)/(r+2r)
(UE-(-U))/(2r) =(UD-UE)/(r+2r)+(0-UE)/r
消去r并稍加整理,得
3U=7UD-UE
3U=2UD-11UE
从而可解出
UD =2U/5
UE =-U/5
于是从A发出竖直向上的电流I1和水平向右流入B的电流I2分别是
I1 = (U-UD)/r =3U/(5r)
I2 = (UE-(-U))/(2r) =2U/(5r)
注意到图形的旋转对称性,从A发出的水平向右的电流跟I2相等,所以从A发出的总电流
I = I1+I2 = U/r
故而总电阻
R = (U-(-U))/I = 2r
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追问
长方体关于平面ABC是对称的?不是吧。还整个立方体拍扁到平面ABC上了,得到一个“田”字形的网格。这个能否解释下,谢谢
追答
你想象一根横截面是正方形的木头立在地上,沿着正方形的一条对角线用斧头劈开,劈成的两半是不是一模一样?所以说长方体关于ABC是对称的,这个ABC就是用斧头劈开的那个面。
既然是对称的,当电源接在对称轴上时(我们的问题里是接在A,B),对称性不会被破坏,所以对称点的电势就是相等的,中间连一根导线对电路没有影响,例如标U2处叫做D1, 标U3处叫做D2,这两点是对称的,所以U2=U3,可以把D1和D2用导线连起来,也就是说D1, D2在电路中可以看成同一个点D,D和C之间有两条并联的线路CD1和CD2,它们的电阻都是2r,并联之后可以看成一条线路CD,线路上的电阻是r,类似的AC之间的电阻也是r,这样就把正方形A-D1-C-D2"拍扁"成了一条直线A-D-C,其中AD和DC上的电阻都是r
追问
不对,答案是2R
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2014-01-18
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解:正方体测面的正方形对角线为2√2R,长方体的长为4R,所以长方体的对角线为2√6R。
追问
不对
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