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（22分）离子推进器是新一代航天动力装置，可用于卫星姿态控制和轨道修正。推进剂从图中P处注入，在A处电离出正离子，BC之间加有恒定电压，正离子进人B时的速度忽略不计，经加
网友投稿 2022-10-29 00:00:00 零零社区
◎ 题目
（22分）离子推进器是新一代航天动力装置，可用于卫星姿态控制和轨道修正。推进剂从图中P处注入，在A处电离出正离子，BC之间加有恒定电压，正离子进人B时的速度忽略不计，经加速后形成电流为
I
的离子束后喷出。已知推进器获得的推力为，，单位时间内喷出的离子质量为
J
。为研究问题方便，假定离子推进器在太空中飞行时不受其他外力，忽略推进器运动速度。
（1）求加在BC间的电压
U
；
（2）为使离子推进器正常运行，必须在出口D处向正离子束注入电子，试解释其原因。
◎ 答案
（1）
（2）推进器持续喷出正离子束，会使带有负电荷的电子留在其中，由于库仑力作用将严重阻碍正离子的继续喷出。电子积累足够多时，甚至会将喷出的正离子再吸引回来，致使推进器无法正常工作。因此，必须在出口D处发射电子注入到正离子束，以中和正离子，使推进器获得持续推力。
◎ 解析
（1）设一个正离子的质量为
m
，电荷量为
q
，加速后的速度为
v
，根据动能定理，有
qU
="="
m
v
2
①
设离子推进器在Δ
t
时间内喷出质最为Δ
M
的正离子，并以其为研究对象，推进器对Δ
M
的作用力为F′，由动量定理，有
F
′Δ
t
="=" Δ
M
v
②
由牛顿第三定律知
F
′ ="="
F
③
设加速后离子束的横截面积为
S
，单位体积内的离子数为
n
，则有
I ="="
n
q
v
S
④
J ="="
n
m
v
S ⑤
由④、⑤可得
又
⑥
解得
⑦
（2）推进器持续喷出正离子束，会使带有负电荷的电子留在其中，由于库仑力作用将严重阻碍正离子的继续喷出。电子积累足够多时，甚至会将喷出的正离子再吸引回来，致使推进器无法正常工作。因此，必须在出口D处发射电子注入到正离子束，以中和正离子，使推进器获得持续推力。
评分标准：
（1）16分 ，①、②、③、④、⑤式各2分，⑥式1分，⑦式5分；
（2）6分，回答出“积累负电荷”给2分，回答出“阻碍正离子的继续喷出”或“将喷出的正离子再吸引圆来”给3分，噬答出“中和正离子，使推进器获得持续推力”给1分。
◎ 知识点
专家分析，试题“（22分）离子推进器是新一代航天动力装置，可用于卫星姿态控制和轨道修正。推进剂从图中P处注入，在A处电离出正离子，BC之间加有恒定电压，正离子进人B时的速度忽略不计，经加…”主要考查了你对 【牛顿第二定律】 等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”，你可以点击相应的链接进行查看和学习。
http://www.00-edu.com/html/202210/343531.html
十二生肖
十二星座
mv2 ①
⑥