解法一:
1.(1)电阻图变形.此题连好的线路的平面图如图预解16-5-1所示.
现将电阻环改画成三角形,1、3、5三点为顶点,2、4、6三点为三边中点,如图预解1-5-2与图预解16-5-3所示.整个连好的线路相当于把D
n的三个顶点分别接到D
n-1的三个中点上,图预解16-5-1变为图预解16-5-4.这样第1问归结为求图预解16-5-4中最外层三角环任意两顶点间的等效电阻.
(2)递推公式.
为使图形简化,讨论如何将接好的两个电阻环化简成为一个单环.由六个阻值为r的电阻构成一个三角环,将其顶点接在另一由六个阻值为R的电阻构成的三角环的中点上(如图预解16-5-5所示).
图预解16-5-6是由六个阻值为R'的电阻构成的三角环.若图预解16-5-5顶点1、3间的电阻与图预解16-5-6顶点l、3间的电阻阻值相等,我们称图预解16-5-6中的R'为等效单环电阻.
用符号“∥”表示电阻的并联,如
RA∥RB=由图预解16-5-5中的对称性可知l、3两顶点间的电阻R
1,3等于图预解16-5-7中1、0间的电阻R
1,0的2倍,即
| R 1, 3=2R 1, 0 | =2{[R∥r∥(2r)]+R}∥R | =2[+R]∥R | =2∥R | =R |
| |
=R+r∥R(1)
同理,图预解16-5-6中1、3两顶点间的电阻R
1,3为
R 1, 3=2[(2R′)∥R′]=R′(2)
由(1)、(2)式得等效单环电阻R'为
R′=R+r∥R(3)
2.第一问
现在考虑把D
1、D
2、D
3、D
4、D
5按相反的次序,由内向外依次连接的情况.首先将D
4接在D
5外面,求双环D
4-D
5的等效单环电阻R
(2)〔即(3)式中的R'〕.这时r=R.由(3)式得到R
(2)为
R (2)=R+R∥R=R其次,在双环D
4-D
5外面接上D
3,这时r=R
(2).三环D
3-D
4-D
5的等效单环电阻R
(3)为
R (3)=R+R∥R (2)=R+R∥(R)=R由此可得一般公式,(s+1)环的等效单环电阻R
(s+1)可由R
(s)求出
R (s+1)=R+R∥R (s)(4)
于是
R (4)=R+R∥R (3)=R+R∥(R)=RR (5)=R+R∥R (4)=R+R∥(R)=R由(2)式R
1,3=(4/3)R'得出由一个环(D
5)、两个环(D
5-D
4)直至五个环(D
5-D
4-D
3-D
2-D
1)构成的线路1、3点间的电阻为
=R′=R=()R=R=()R=R=()R=R=()R=R答:所求的五个环的1与3间的等效电阻确为
R.证毕.
3.第二问
根据五个D组成的圆柱形网络的对称性,D
5的l、3两点等价于D
1的2、4两点.等价线路如图预解16-5-8与图预解16-5-9所示.设二图等价,求图预解16-5-9中的R''即可.
R″=(2R)∥(2R (4))==R所以
=R″∥2R″=R″=R答:所求值为
R.
解法二:
第一问
图预解16-5-3可看做D
5的接线图,其一半如图预解16-5-10所示,竖直粗线为一短路线.一个环(D
5)构成线路的1与0点间的阻值用
表示,根据对称性,
==R.
当D
5接入D
4后,由两个环(类似图预解16-5-5)构成线路图的一半如图预解16-5-11所示.三个带阴影的电阻与短路线围成的三角形(2-0'-0)中的2与0'间的阻值就是图预解16-5-10中1与0间的阻值
.其等效电路如图预解16-5-12所示.图预解16-5-11(或图预解16-5-12)中的l与0点间的阻值用
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