美國東部時間2007年9月27日早7時20分,美國航空航天局(NASA)的“黎明”號探測器從佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心順利升空,計劃在未來8年時間里飛抵位于小行星帶的終點(diǎn)站。“黎明”號探測器使用離子發(fā)動機(jī), 與傳統(tǒng)的航天器化學(xué)燃料發(fā)動機(jī)不同,新型發(fā)動機(jī)將太陽能轉(zhuǎn)化為電能,再通過電能電離惰性氣體氙氣的原子,產(chǎn)生時速達(dá)14.32萬千米的離子流作為推動力, “黎明”號上安裝了3個離子推進(jìn)器和2個巨大的太陽能板,雙翼間距近20米,足以為它提供穿越太空的能量,燃料利用效率是傳統(tǒng)化學(xué)燃料發(fā)動機(jī)的10倍。 離子推進(jìn)器是新一代航天動力裝置,可用于衛(wèi)星姿態(tài)控制和軌道修正。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,正離子進(jìn)入B時的速度忽略不計,經(jīng)加速后形成電流為I的離子束后噴出。已知推進(jìn)器獲得的推力為F,單位時間內(nèi)噴出的離子質(zhì)量為J, 為研究問題方便,假定離子推進(jìn)器在太空中飛行時不受其他外力,忽略推進(jìn)器運(yùn)動速度。
    (1)求加在BC間的電壓U;
    (2)為使離子推進(jìn)器正常運(yùn)行,必須在出口D處向正離子束注入電子,試解釋其原因。
【解析】(1)設(shè)一個正離子(m、q)加速后的速度為v,由動能定理得 1 設(shè)推進(jìn)器在t時間內(nèi)噴出M的正離子,且推進(jìn)器對M的作用力F' 依動量定理,有 2 由牛頓第三定律知 F' = F, 3設(shè)加速后離子束的橫截面積為S,單位體積內(nèi)的離子數(shù)為n,則有 I =nqvS , J =nmvS , 由兩式相比可得 4 又 5由以上五式可得, 加在BC間的電壓 (2)推進(jìn)器持續(xù)噴出正離子束,會使帶有負(fù)電荷的電子留在其中,這將嚴(yán)重阻礙正離子的繼續(xù)噴出,電子積累足夠多時,甚至?xí)䦟姵龅恼x子再吸引回來,致使推進(jìn)器無法正常工作, 故須在D處向正離子束注入電子,以中和正離子,使推進(jìn)器獲得持續(xù)推力。 點(diǎn)評 : 本題以離子推進(jìn)器為背景立意命題,設(shè)置新情景,通過模型組合分析考查對物理基礎(chǔ)知識的理解與領(lǐng)悟, 此題構(gòu)思巧妙,將動能定理、動量定理、電流強(qiáng)度的概念融于離子推進(jìn)器中.。聯(lián)系現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活和科技應(yīng)用的試題,注重學(xué)科知識與能力的具體應(yīng)用, 解決此類問題的關(guān)鍵:弄清題意,理順關(guān)系,建立適當(dāng)?shù)哪P颓蠼狻?
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

精英家教網(wǎng)美國東部時間2007年9月27日早7時20分,美國航空航天局(NASA)的“黎明”號探測器從佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心順利升空,計劃在未來8年時間里飛抵位于小行星帶的終點(diǎn)站.“黎明”號探測器使用離子發(fā)動機(jī),與傳統(tǒng)的航天器化學(xué)燃料發(fā)動機(jī)不同,新型發(fā)動機(jī)將太陽能轉(zhuǎn)化為電能,再通過電能電離惰性氣體氙氣的原子,產(chǎn)生時速達(dá)14.32萬千米的離子流作為推動力,“黎明”號上安裝了3個離子推進(jìn)器和2個巨大的太陽能板,雙翼間距近20米,足以為它提供穿越太空的能量,燃料利用效率是傳統(tǒng)化學(xué)燃料發(fā)動機(jī)的10倍. 離子推進(jìn)器是新一代航天動力裝置,可用于衛(wèi)星姿態(tài)控制和軌道修正.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,正離子進(jìn)入B時的速度忽略不計,經(jīng)加速后形成電流為I的離子束后噴出.已知推進(jìn)器獲得的推力為F,單位時間內(nèi)噴出的離子質(zhì)量為J,為研究問題方便,假定離子推進(jìn)器在太空中飛行時不受其他外力,忽略推進(jìn)器運(yùn)動速度.
(1)求加在BC間的電壓U;
(2)為使離子推進(jìn)器正常運(yùn)行,必須在出口D處向正離子束注入電子,試解釋其原因.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:同步題 題型:計算題

美國東部時間2007年8月4日5時26分在佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角空軍基地“鳳凰”號火星探測器搭乘一枚德爾諾2型火箭發(fā)射升空,歷時9個多月走完整整3.5億千米的漫長路程于2008年5月25日到達(dá)火星上空,探測器進(jìn)入火星大氣層,由降落傘帶著以每小時90千米的速度飄向火星表面,并在著陸前4 s打開緩沖火箭,如圖所示,探測器以1 m/s的速度成功軟著陸。試求探測器著陸時的平均加速度。

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:問答題

美國東部時間2007年9月27日早7時20分,美國航空航天局(NASA)的“黎明”號探測器從佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心順利升空,計劃在未來8年時間里飛抵位于小行星帶的終點(diǎn)站.“黎明”號探測器使用離子發(fā)動機(jī),與傳統(tǒng)的航天器化學(xué)燃料發(fā)動機(jī)不同,新型發(fā)動機(jī)將太陽能轉(zhuǎn)化為電能,再通過電能電離惰性氣體氙氣的原子,產(chǎn)生時速達(dá)14.32萬千米的離子流作為推動力,“黎明”號上安裝了3個離子推進(jìn)器和2個巨大的太陽能板,雙翼間距近20米,足以為它提供穿越太空的能量,燃料利用效率是傳統(tǒng)化學(xué)燃料發(fā)動機(jī)的10倍. 離子推進(jìn)器是新一代航天動力裝置,可用于衛(wèi)星姿態(tài)控制和軌道修正.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,正離子進(jìn)入B時的速度忽略不計,經(jīng)加速后形成電流為I的離子束后噴出.已知推進(jìn)器獲得的推力為F,單位時間內(nèi)噴出的離子質(zhì)量為J,為研究問題方便,假定離子推進(jìn)器在太空中飛行時不受其他外力,忽略推進(jìn)器運(yùn)動速度.
(1)求加在BC間的電壓U;
(2)為使離子推進(jìn)器正常運(yùn)行,必須在出口D處向正離子束注入電子,試解釋其原因.
精英家教網(wǎng)

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:2008年高考物理考前沖刺練習(xí)(6)(解析版) 題型:解答題

美國東部時間2007年9月27日早7時20分,美國航空航天局(NASA)的“黎明”號探測器從佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心順利升空,計劃在未來8年時間里飛抵位于小行星帶的終點(diǎn)站.“黎明”號探測器使用離子發(fā)動機(jī),與傳統(tǒng)的航天器化學(xué)燃料發(fā)動機(jī)不同,新型發(fā)動機(jī)將太陽能轉(zhuǎn)化為電能,再通過電能電離惰性氣體氙氣的原子,產(chǎn)生時速達(dá)14.32萬千米的離子流作為推動力,“黎明”號上安裝了3個離子推進(jìn)器和2個巨大的太陽能板,雙翼間距近20米,足以為它提供穿越太空的能量,燃料利用效率是傳統(tǒng)化學(xué)燃料發(fā)動機(jī)的10倍. 離子推進(jìn)器是新一代航天動力裝置,可用于衛(wèi)星姿態(tài)控制和軌道修正.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,正離子進(jìn)入B時的速度忽略不計,經(jīng)加速后形成電流為I的離子束后噴出.已知推進(jìn)器獲得的推力為F,單位時間內(nèi)噴出的離子質(zhì)量為J,為研究問題方便,假定離子推進(jìn)器在太空中飛行時不受其他外力,忽略推進(jìn)器運(yùn)動速度.
(1)求加在BC間的電壓U;
(2)為使離子推進(jìn)器正常運(yùn)行,必須在出口D處向正離子束注入電子,試解釋其原因.

查看答案和解析>>

同步練習(xí)冊答案