如图所示，几个长度逐渐增大的金属圆筒和一个靶，它们沿轴线排列成一串.各筒和靶相间地连接到频率为f、最大电压为U的正弦交流电源两端，整个装置放在真空容器中，圆筒的两底面中心开有小孔.现有一质量为m、带电量为q的正离子沿轴线射入圆筒，并将在圆筒间及圆筒与靶间的缝隙处受到电场力的作用而加速（设圆筒内部没有电场），缝隙的宽度很小，离子穿过缝隙的时间不计.已知离子进入第一个圆筒左端的速度为
，且这时第一、二个圆筒间的电势差
为了使打在靶上的离子获得最大的能量，各个圆筒的最小长度应满足什么条件?并求出这种情况下打到靶离子的能量.
高二物理解答题中等难度题
如图所示，几个长度逐渐增大的金属圆筒和一个靶，它们沿轴线排列成一串.各筒和靶相间地连接到频率为f、最大电压为U的正弦交流电源两端，整个装置放在真空容器中，圆筒的两底面中心开有小孔.现有一质量为m、带电量为q的正离子沿轴线射入圆筒，并将在圆筒间及圆筒与靶间的缝隙处受到电场力的作用而加速（设圆筒内部没有电场），缝隙的宽度很小，离子穿过缝隙的时间不计.已知离子进入第一个圆筒左端的速度为，且这时第一、二个圆筒间的电势差为了使打在靶上的离子获得最大的能量，各个圆筒的最小长度应满足什么条件?并求出这种情况下打到靶离子的能量.
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两只相同的白炽灯接到如图所示的电路中，当接电压最大值U1，频率f1的正弦交流电时，两灯亮度相同。换一个新正弦交流电源后L1的亮度高于L2，则新电源的电压最大值U2，频率f2可能是
A．U2= U1，f2>f1B．U2= U1，f2<f1 C．U2> U1，f2=f1D．U2 <U1，f2=f1
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两个相同的白炽灯泡L1和L2接到如图所示的电路中，灯L1与电容器串联，灯L2与电感线圈串联．当a、b间接电压最大值为Um、频率为f的正弦交流电源时，两灯都发光，且亮度相同．更换一个新的正弦交流电源后，灯L1的亮度高于灯L2的亮度．新电源两极的电压最大值和频率可能是（ ）
A. 最大值仍为Um，而频率大于f B. 最大值仍为Um，而频率小于f
C. 最大值大于Um，而频率仍为f D. 最大值小于Um，而频率仍为f
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两个相同的白炽灯泡L1和L2接到如图所示的电路中，灯L1与电容器串联，灯L2与电感线圈串联．当a、b间接电压最大值为Um、频率为f的正弦交流电源时，两灯都发光，且亮度相同．更换一个新的正弦交流电源后，灯L1的亮度高于灯L2的亮度．新电源两极的电压最大值和频率可能是（ ）
A．最大值仍为Um，而频率大于f B．最大值仍为Um，而频率小于f
C．最大值大于Um，而频率仍为f D．最大值小于Um，而频率仍为f
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两个相同的白炽灯L1和L2，接到如图所示的电路中，灯L1与电容器串联，灯L2与电感线圈串联，当a、b处接电压最大值为Um、频率为f的正弦交流电源时，两灯都发光，且亮度相同。更换一个新的正弦交流电源后，灯L1的亮度大于灯L2的亮度。新电源的电压最大值和频率可能是
A．最大值仍为Um，而频率大于f
B．最大值仍为Um，而频率小于f
C．最大值大于Um，而频率仍为f
D．最大值小于Um，而频率仍为f
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两个相同的白炽灯L1和L2，接到如图所示的电路中，灯L1与电容器串联，灯L2与电感线圈串联，当a、b处接电压最大值为Um、频率为f的正弦交流电源时，两灯都发光，且亮度相同.更换一个新的正弦交流电源后，灯L1的亮度大于灯L2的亮度。新电源的电压最大值和频率可能是
A.最大值仍为Um，而频率大于f B.最大值仍为Um，而频率小于f
C.最大值大于Um，而频率仍为f D.最大值小于Um，而频率仍为f
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两个相同的白炽灯L1和L2，接到如图所示的电路中，灯L1与电容器串联，灯L2与电感线圈串联，当a、b处接电压最大值为Um、频率为f的正弦交流电源时，两灯都发光，且亮度相同。更换一个新的正弦交流电源后，灯L1的亮度大于灯L2的亮度。新电源的电压最大值和频率可能是
A．最大值仍为Um，而频率大于f
B．最大值仍为Um，而频率小于f
C．最大值大于Um，而频率仍为f
D．最大值小于Um，而频率仍为f
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两只相同的白炽灯L1、L2接到如图所示的电路中，灯L1与电容器串联，灯L2与电感器串联，当a、b处接电压最大值为Um、频率为f的正弦交流电源时，两灯都发光，且亮度相同．更换一个新的正弦交流电源后，灯L1的亮度大于灯L2的亮度，新电源的电压最大值和频率可能是 ( )
A. 最大值仍为Um，而频率大于f
B. 最大值仍为Um，而频率小于f
C. 最大值小于Um，而频率仍为f
D. 最大值大于Um，而频率仍为f
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两个相同的白炽灯泡L1和L2接到如图所示的电路中，灯L1与电容器串联，灯L2与电感线圈串联．当a、b间接电压最大值为Um、频率为f的正弦交流电源时，两灯都发光，且亮度相同．在a、b间更换一个新的正弦交流电源后，灯L1的亮度低于灯L2的亮度。新电源的电压最大值和频率可能是：
A．最大值仍为Um，而频率大于f
B．最大值仍为Um，而频率小于f
C．最大值大于Um，而频率仍为f
D．最大值小于Um，而频率仍为f
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探索物质的微观结构，常用的方法是用高能（速）粒子去“打碎”被测物质，然后再进行“观察”。质子和中子就是这样被发现的，粒子加速器（particle accelerator）是用人工方法产生高速带电粒子的装置，中科院高能物理研究所宣布中国将于2020年至2025年间建造世界最大的粒子加速器。如图所示的直线加速器是多级加速装置，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，圆筒的长度依照一定的规律依次增加。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该电源的另一个极相连。这样设计可以使带电粒子每次经过两圆筒间的缝隙处都会受到电场力的作用而加速，相邻两次加速时间间隔相同？圆内部可以认为没有电场；缝隙的宽度很小，粒子穿过缝隙的时间可以忽略不计。现有量为q、质量为m的粒子沿轴线射入圆筒，已知粒子进入序号为1的圆筒左端时的速度大小为
，每次经过缝隙处时两筒间加速电压均为U，相邻两次加速时间间隔为T，不计粒子受到的重力。
（1）求粒子每次经过两圆筒间的缝隙处动能的增量；
（2）求标号为n的金属圆筒长度；
（3）在图所示的多级加速器中，由于粒子在加速过程中的径迹为直线，要得到较高动能的粒子，其加速装置要很长很长。利用你所学的知识，请提出一种既能获得较高动能的子，又能缩小加速装置所占空间的方案。
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