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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

网友投稿  2022-12-16 00:00:00  零零社区

◎ 题目

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F,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.
魔方格

◎ 答案

(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=
1
2
mv2
           ①
设离子推进器在△t时间内喷出质量为△M的正离子,并以其为研究对象,推进器对△M的作用力为F',由动量定理,有F'△t=△Mv       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,根据电流的微观表达式有I=nqvs           ④
单位时间内喷出离子的个数N=nvs
单位时间内喷出离子的质量J=nmvs         ⑤
由④、⑤可得
I
J
=
q
m

J=
△M
△t

解得U=
F2
2JI

(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处向发射正离子束注入电子以中和正离子,使推进器获得持续推力.

◎ 解析

“略”

◎ 知识点

    专家分析,试题“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…”主要考查了你对  【牛顿第三定律】,【动能定理】,【动量定理】,【库仑定律】,【电流】,【路端电压】  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。



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