稿件来源:高途
| 带电粒子在交变电场中的运动题目答案及解析如下,仅供参考!
选修3-1
第一章 静电场
1.9 带电粒子在电场中的运动
带电粒子在交变电场中的运动
图甲为直线加速原理示意图,它由多个截面积相同的同轴金属圆筒依次组成,奇数序号与偶数序号圆筒分别与交变电源相连,交变电源两极间电压变化规律如图乙。在$t=0$时,奇数圆筒比偶数圆筒电势高,此时序号为$0$的金属圆板中央有一电子由静止开始在各狭缝间不断加速。若电子质量为$m$,电荷量为$e$,交变电源电压大小为$U$,周期为$T$。不考虑电子的重力和相对论效应,且忽略电子通过狭缝的时间。下列说法正确的是$(\qquad)$
金属圆筒$1$、$2$、$3$的长度之比为$1:\\sqrt{2}:\\sqrt{3}$
","电子离开圆筒$1$时的速度为进入时速度的两倍
","第$n$个圆筒的长度应满足$L=\\sqrt{\\dfrac{2\\text{n}eU}{m}}.\\dfrac{T}{2}$
","进入第$n$个圆筒时电子的速率为$\\sqrt{\\dfrac{neU}{2\\text{m}}}$
"]$\rm A$.由于电子每经过圆筒狭缝时都要加速,进入圆筒后做匀速运动,所以电子在筒内运动的时间均为$\dfrac{T}{2}$,电子在加速过程中加速度相同,经过$n$次加速后,根据动能定理$neU=\dfrac{1}{2}m{v_{n}}^{2}-0$,解得$v_{n}=\sqrt{\dfrac{2neU}{m}}$,不计缝隙时间,电子在圆筒内的时间均为$\dfrac{T}{2}$,则$L_{n}=v_{n} \cdot \dfrac{T}{2}=T\sqrt{\dfrac{neU}{2m}}$,所以金属圆筒$1$、$2$、$3$的长度之比为$L_{1}:L_{2}:L_{3}=\sqrt{1}:\sqrt{2}:\sqrt{3}$,$\rm A$正确;
$\rm B$.由于电子在筒内做匀速直线运动,所以电子离开圆筒$1$时的速度等于进入时的速度,$\rm B$错误;
$\rm CD$.根据动能定理,电子进入第$n$个圆筒时的速度满足$neU=\dfrac{1}{2}mv_{n}^{2}$,所以$v_{n}=\sqrt{\dfrac{2neU}{m}}$,所以第$n$个圆筒的长度为$L=v_{n}\dfrac{T}{2}=\sqrt{\dfrac{2neU}{m}} \cdot \dfrac{T}{2}$,$\rm C$正确,$\rm D$错误。
故选:$\rm AC$。
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