3.
如图甲所示,某加速装置由多个横截面积相同的金属圆筒依次排列,其中心轴线在同一直线上,序号为奇数的圆筒和交变电源的一个极相连,序号为偶数的圆筒和电源的另一个极相连.交变电源两极间电势差的变化规律如图乙所示.在t=0时,奇数圆筒相对偶数圆筒的电势差为正值,此时位于和偶数圆筒相连的金属圆板(序号为0)中央的一个电子,在圆板和圆筒1之间的电场中由静止开始加速,沿中心轴线冲进圆筒1.为了尽可能保证电子运动到圆筒间隙中都能加速,电子在每个圆筒内的运动时间均为
, 因此圆筒长度的设计必须遵照一定的规律.若已知电子的质量为m、电子电荷量为
、电压的绝对值为u,周期为T.求:
(1)若忽略电子通过每个圆筒间隙的加速时间,求:
a.电子在圆筒3中运动的速率v3;
b.相邻两个金属圆筒的长度之比(N为圆筒的序号).
(2)若电子通过圆筒间隙的时间不可忽略,且圆筒间距为d,不考虑相对论效应,则在保持圆筒长度、交变电压的变化规律保持和(1)完全相同的情况下,经过多少个圆筒可以让电子达到最大速度?