離子推進(jìn)器是新一代航天動(dòng)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(shí)的速度忽略不計(jì)，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(shí)間內(nèi)噴出的離子質(zhì)量為J。為研究方便，假定離子推進(jìn)器在太空飛行時(shí)不受其他阻力，忽略推進(jìn)器運(yùn)動(dòng)的速度。⑴求加在BC間的電壓U；⑵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。


 

（1）設(shè)一個(gè)正離子的質(zhì)量為m，電荷量為q，加速后的速度為v，根據(jù)動(dòng)能定理，有

  ①

設(shè)離子推進(jìn)器在△t時(shí)間內(nèi)噴出質(zhì)量為△M的正離子，并以其為研究對(duì)象，推進(jìn)器對(duì)
△M的作用力為F′，由動(dòng)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

        ④

   ⑤

由④、⑤可得

又      ⑥

解得    ⑦

（2）推進(jìn)器持續(xù)噴出正離子束，會(huì)使帶有負(fù)電荷的電子留在其中，由于庫(kù)侖力作用將嚴(yán)重阻礙正離子的繼續(xù)噴出。電子積累足夠多時(shí)，甚至?xí)䦟姵龅恼x子再吸引回來(lái)，致使推進(jìn)器無(wú)法正常工作。因此，必須在出口D處發(fā)射電子注入到正離子束，以中和正離子，使推進(jìn)器獲得持續(xù)推力。


練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來(lái)源： 題型：


圖6為某實(shí)驗(yàn)器材的結(jié)構(gòu)示意圖，金屬內(nèi)筒和隔熱外筒間封閉了一定體積的空氣，內(nèi)筒中有水，在水加熱升溫的過(guò)程中，被封閉的空氣

A．內(nèi)能增大                 B．壓強(qiáng)增大   

C．分子間引力和斥力都減小   D．所有分子運(yùn)動(dòng)速率都增大

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：


如圖所示，在足夠大的空間范圍內(nèi)，同時(shí)存在著豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向里的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.57T。小球1帶正電，其電量與質(zhì)量之比q1/m1=4C/kg，所受重力與電場(chǎng)力的大小相等；小球2不帶電，靜止放置于固定的水平懸空支架上。小球1向右以υ0=23.59m/s的水平速度與小球2正碰，碰后經(jīng)過(guò)0.75s再次相碰。設(shè)碰撞前后兩小球帶電情況不發(fā)生改變，且始終保持在同一豎直平面內(nèi)。（取g=10m/s2）

問(wèn)：（1）電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小是多少？

   （2）兩小球的質(zhì)量之比

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：


如圖所示，兩平地金屬板上有加有圖乙所示的隨時(shí)間t變化的電壓u，板長(zhǎng)L = 0.4m，板間離d = 0.2m，在金屬板右側(cè)有一邊界為MN的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B = 5×—3r，方向垂直紙面向里。現(xiàn)有帶電粒子以速度v0 = 105 m/s沿兩板中線(xiàn)OO'方向平行金屬板射入電場(chǎng)中，磁場(chǎng)邊界MN與中線(xiàn)OO'垂直，已知帶電粒子的比荷q/m = 108C/kg，粒子的重力可忽略不計(jì)，在每個(gè)粒子通地是場(chǎng)區(qū)域的極短時(shí)間內(nèi)，電場(chǎng)可視作是恒定不變的。

（1）t = 0時(shí)刻射入的帶電粒了沿直線(xiàn)射入磁場(chǎng)，求在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的入射點(diǎn)和出射點(diǎn)間的距離；(L=0.4m)

（2）證明射出電場(chǎng)的任何一個(gè)帶電粒子粒，進(jìn)入磁場(chǎng)的入射點(diǎn)和出射點(diǎn)間的距離為定值；

   (設(shè)粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)速度為γ，偏轉(zhuǎn)角為ß，則粒子進(jìn)出磁場(chǎng)時(shí)L=2mvcosß/Bq=2mv0/Bq,與離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)速度v無(wú)關(guān)，僅與v0有關(guān)。 )

（3）試求帶電粒子射出電場(chǎng)時(shí)的最大速度。

  (vm=1.12╳105m/s) 

 


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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：


如圖甲所示，CDE是固定在絕緣水平面上的光滑金屬導(dǎo)軌，CD=DE=L，∠CDE=60º，CD和DE單位長(zhǎng)度的電阻均為r0，導(dǎo)軌處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。MN是絕緣水平面上的一根金屬桿，其長(zhǎng)度大于L，電阻可忽略不計(jì)�，F(xiàn)MN在向右的水平拉力作用下以速度v0在CDE上勻速滑行。MN在滑行的過(guò)程中始終與CDE接觸良好，并且與C、E所確定的直線(xiàn)平行。

（1）求MN滑行到C、E兩點(diǎn)時(shí)，C、D兩點(diǎn)電勢(shì)差的大�。�

（2）推導(dǎo)MN在CDE上滑動(dòng)過(guò)程中，回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E與時(shí)間t的關(guān)系表達(dá)式；

（3）在運(yùn)動(dòng)學(xué)中我們學(xué)過(guò)：通過(guò)物體運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間的關(guān)系圖線(xiàn)（v-t圖）可以求出物體運(yùn)動(dòng)的位移x，如圖乙中物體在0～t0時(shí)間內(nèi)的位移在數(shù)值上等于梯形Ov0Pt0的面積。通過(guò)類(lèi)比我們可以知道：如果畫(huà)出力與位移的關(guān)系圖線(xiàn)（F-x圖）也可以通過(guò)圖線(xiàn)求出力對(duì)物體所做的功。

請(qǐng)你推導(dǎo)MN在CDE上滑動(dòng)過(guò)程中，MN所受安培力F安與MN的位移x的關(guān)系表達(dá)式，并用F安與x的關(guān)系圖線(xiàn)求出MN在CDE上整個(gè)滑行的過(guò)程中，MN和CDE構(gòu)成的回路所產(chǎn)生的焦耳熱。

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：


磁流體推進(jìn)船的動(dòng)力來(lái)源于電流與磁場(chǎng)間的相互作用。圖1是平靜海面上某實(shí)驗(yàn)船的示意圖，磁流體推進(jìn)器由磁體、電極和矩形通道（簡(jiǎn)稱(chēng)通道）組成。

如圖2所示，通道尺寸、、。工作時(shí)，在通道內(nèi)沿z軸正方向加的勻強(qiáng)磁場(chǎng)；沿x軸負(fù)方向加勻強(qiáng)電場(chǎng)，使兩金屬板間的電壓；海水沿y軸方向流過(guò)通道。已知海水的電阻率

（1）船靜止時(shí)，求電源接通瞬間推進(jìn)器對(duì)海水推力的大小和方向；

（2）船以的速度勻速前進(jìn)。若以船為參照物，海水以的速率涌入進(jìn)水口，由于通道的截面積小于進(jìn)水口的截面積，在通道內(nèi)海水速率增加到。求此時(shí)兩金屬板間的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)U感；

（3）船行駛時(shí)，通道中海水兩側(cè)的電壓按U感計(jì)算，海水受到電磁力的80%可以轉(zhuǎn)化為對(duì)船的推力。當(dāng)船以的速度勻速前進(jìn)時(shí)，求海水推力的功率。

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：


N個(gè)長(zhǎng)度逐個(gè)增大的金屬圓筒和一個(gè)靶,它們沿軸線(xiàn)排列成一串,如圖所示(圖中只畫(huà)出了六個(gè)圓筒,作為示意)．各筒和靶相間地連接到頻率為υ、最大電壓值為U的正弦交流電源的兩端．整個(gè)裝置放在高真空容器中．圓筒的兩底面中心開(kāi)有小孔．現(xiàn)有一電量為q、質(zhì)量為m的正離子沿軸線(xiàn)射入圓筒,并將在圓筒間及圓筒與靶間的縫隙處受到電場(chǎng)力的作用而加速(設(shè)圓筒內(nèi)部沒(méi)有電場(chǎng))．縫隙的寬度很小,離子穿過(guò)縫隙的時(shí)間可以不計(jì)．已知離子進(jìn)入第一個(gè)圓筒左端的速度為v1,且此時(shí)第一、二兩個(gè)圓筒間的電勢(shì)差V1-V2=-U．為使打到靶上的離子獲得最大能量,各個(gè)圓筒的長(zhǎng)度應(yīng)滿(mǎn)足什么條件?并求出在這種情況下打到靶上的離子的能量．

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：


一小球從靜止開(kāi)始做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，在第15s內(nèi)的位移比第14s內(nèi)的位移多0.2m，則下列說(shuō)法正確的是（ ）

A．小球加速度為0.2m/s2           B．小球第15s內(nèi)的位移為2.9m

C．小球第14s的初速度為2.6m/s  D．小球前15s內(nèi)的平均速度為3.0m/s

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：


如圖所示，兩根平行金屬導(dǎo)軌與水平面間的夾角α=30°，導(dǎo)軌間距為l = 0．50m，金屬桿ab、cd的質(zhì)量均為m=1．0kg，電阻均為r = 0．10Ω，垂直于導(dǎo)軌水平放置．整個(gè)裝置處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于軌道平面向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度B = 2．0T．用平行于導(dǎo)軌方向的拉力拉著ab桿沿軌道以某一速度勻速上升時(shí)，cd桿保持靜止．不計(jì)導(dǎo)軌的電阻，導(dǎo)軌和桿ab、cd之間是光滑的，重力加速度g =10m/s2．求：

（1）回路中感應(yīng)電流I的大�。�

（2）拉力做功的功率．

（3）若某時(shí)刻將cd桿固定，同時(shí)將ab桿上拉力F增大至原來(lái)的2倍，求當(dāng)ab桿速度v1=2m/s時(shí)桿的加速度和回路電功率P1

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