宇宙飛船進(jìn)行長(zhǎng)距離星際運(yùn)行時(shí),不能再用化學(xué)燃料,可采用一種新型發(fā)動(dòng)機(jī)——離子發(fā)動(dòng)機(jī),在離子發(fā)動(dòng)機(jī)中,由電極發(fā)射的電子射入稀有氣體(如氙氣),使其離子化,然后從靜止開(kāi)始經(jīng)電場(chǎng)加速后,從飛船尾部高速連續(xù)噴出,利用反沖使飛船本身得到加速。如圖14所示的離子推進(jìn)器,推進(jìn)劑從圖中P處注入,在A處電離出正離子,BC之間加有恒定電壓U,正離子進(jìn)入B的速度忽略不計(jì)。

(1)經(jīng)加速后形成等效電流為i的離子束噴出,且單位時(shí)間噴出的離子質(zhì)量為j,已知推進(jìn)器發(fā)射的功率為P,飛行器的質(zhì)量為M,為研究問(wèn)題方便,假定離子推進(jìn)器在太空中飛行時(shí)不受其他外力,忽略推進(jìn)器運(yùn)動(dòng)速度。求:

(i)噴出的正離子的比荷。

(ii)射出離子后飛行器開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的加速度。由于推進(jìn)器持續(xù)噴出正離子束后會(huì)使帶有負(fù)電荷的電子留在其中,由于庫(kù)侖力的作用會(huì)嚴(yán)重阻礙正離子的噴出,為使離子推進(jìn)器正常運(yùn)行,必須在出口D處向正離子束注入什么電荷,才能使推進(jìn)器獲得持續(xù)推力。

(2)離子推進(jìn)器是新一代航天動(dòng)力裝置,也可用于飛船姿態(tài)調(diào)整和軌道修正,假設(shè)總質(zhì)量為M的衛(wèi)星,正在以速度V沿OP方向運(yùn)動(dòng),與x軸成60°,如圖15所示。已知離子的質(zhì)量為m,電荷量為q,為了使飛船盡快回到預(yù)定的飛行方向-Y,單位時(shí)間內(nèi)離子推進(jìn)器應(yīng)向那個(gè)方向噴射出的粒子數(shù)最少?最少為多少?

                

 

(1)(i)因i=q,j/m,所以得

(ii),電子。

(2)與+Y方向成30°飛船方向調(diào)整前后,其速度合成矢量如圖所示,

噴射應(yīng)該沿+x方向。

   

對(duì)單個(gè)電荷,

解析:略

 

練習(xí)冊(cè)系列答案
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

下列應(yīng)用激光的事例中錯(cuò)誤的是(    )

A.利用激光進(jìn)行長(zhǎng)距離精確測(cè)量

B.利用激光進(jìn)行通信

C.利用激光進(jìn)行室內(nèi)照明

D.利用激光加工堅(jiān)硬材料

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

激光是人工產(chǎn)生的相干光,其具有單色性好、平行度好、亮度高、方向性好等特性,以下關(guān)于激光正確的是(      )

A.激光的頻率比X射線的頻率還高    B.利用激光進(jìn)行長(zhǎng)距離精確測(cè)量

C.利用激光進(jìn)行通信                 D.利用激光加工堅(jiān)硬材料

 

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科目:高中物理 來(lái)源:2010-2011學(xué)年北京市海淀區(qū)高三第二學(xué)期查漏補(bǔ)缺物理試題(C組) 題型:計(jì)算題

宇宙飛船進(jìn)行長(zhǎng)距離星際運(yùn)行時(shí),不能再用化學(xué)燃料,可采用一種新型發(fā)動(dòng)機(jī)——離子發(fā)動(dòng)機(jī),在離子發(fā)動(dòng)機(jī)中,由電極發(fā)射的電子射入稀有氣體(如氙氣),使其離子化,然后從靜止開(kāi)始經(jīng)電場(chǎng)加速后,從飛船尾部高速連續(xù)噴出,利用反沖使飛船本身得到加速。如圖14所示的離子推進(jìn)器,推進(jìn)劑從圖中P處注入,在A處電離出正離子,BC之間加有恒定電壓U,正離子進(jìn)入B的速度忽略不計(jì)。

(1)經(jīng)加速后形成等效電流為i的離子束噴出,且單位時(shí)間噴出的離子質(zhì)量為j,已知推進(jìn)器發(fā)射的功率為P,飛行器的質(zhì)量為M,為研究問(wèn)題方便,假定離子推進(jìn)器在太空中飛行時(shí)不受其他外力,忽略推進(jìn)器運(yùn)動(dòng)速度。求:

(i)噴出的正離子的比荷。

(ii)射出離子后飛行器開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的加速度。由于推進(jìn)器持續(xù)噴出正離子束后會(huì)使帶有負(fù)電荷的電子留在其中,由于庫(kù)侖力的作用會(huì)嚴(yán)重阻礙正離子的噴出,為使離子推進(jìn)器正常運(yùn)行,必須在出口D處向正離子束注入什么電荷,才能使推進(jìn)器獲得持續(xù)推力。

(2)離子推進(jìn)器是新一代航天動(dòng)力裝置,也可用于飛船姿態(tài)調(diào)整和軌道修正,假設(shè)總質(zhì)量為M的衛(wèi)星,正在以速度V沿OP方向運(yùn)動(dòng),與x軸成60°,如圖15所示。已知離子的質(zhì)量為m,電荷量為q,為了使飛船盡快回到預(yù)定的飛行方向-Y,單位時(shí)間內(nèi)離子推進(jìn)器應(yīng)向那個(gè)方向噴射出的粒子數(shù)最少?最少為多少?

                

 

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

宇宙飛船在進(jìn)行長(zhǎng)距離星際運(yùn)行時(shí),不能再使用化學(xué)燃制,而采用一種新型發(fā)動(dòng)機(jī)――離子發(fā)動(dòng)機(jī),它的原理是將電子射入惰性氣體,使其離子化(成為一價(jià)離子),然后從靜止(相對(duì)于飛船)開(kāi)始通過(guò)電場(chǎng)加速后從飛船尾部高速噴出,利用反沖作用使飛船本身得到加速。當(dāng)加速電壓一定時(shí),在氖、氬、氪、氙中選用哪一種惰性氣體最理想

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