“離子發(fā)動(dòng)機(jī)”是一種新型的宇宙飛船用的發(fā)動(dòng)機(jī)，其原理是設(shè)法使探測(cè)器內(nèi)攜帶的惰性氣體氙（）的中性原子變?yōu)橐粌r(jià)離子，然后用電場(chǎng)加速這些氙離子使其高速?gòu)奶綔y(cè)器尾部噴出，利用反沖使探測(cè)器得到推動(dòng)力．由于單位時(shí)間內(nèi)噴出的氣體離子質(zhì)量很小，飛船得到的加速度將非常小，但經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間的加速，同樣可以得到很大的速度，某探測(cè)器使用了“離子發(fā)動(dòng)機(jī)”技術(shù)，已知離子發(fā)動(dòng)機(jī)向外噴射氙離子的等效電流大小為I=0.64A，氙離子的荷質(zhì)比（電荷量與質(zhì)量之比）為K=e/m=7.2×105C/kg，氣體離子被噴出時(shí)的速度是v=3.0×104m/s，求：

（1）這臺(tái)離子發(fā)動(dòng)機(jī)的功率為多大？

（2）該探測(cè)器要到達(dá)的目的地是博雷利彗星，計(jì)劃飛行3年（9.46×107秒），試估算載有該探測(cè)器的宇宙飛船所需攜帶的氙的質(zhì)量是多少？

（3）你認(rèn)為要選用氙的理由是什么？請(qǐng)說(shuō)出一個(gè)理由．

 

答案：見(jiàn)詳解內(nèi)容
解析：

（1）應(yīng)用動(dòng)能定理Uq=mv2/2，得到加速電壓U=mv2/2q=v2/2K，則發(fā)動(dòng)機(jī)的功率為P=400W

（2）由氙離子的荷質(zhì)比K=q/m，又由電流的定義式I=q/t，聯(lián)立兩式得到m=It/K=84kg（或84.1kg）

（3）以下任一種答案（含其他類同的答案）均正確：

　�、僖粌r(jià)氙離子的荷質(zhì)比小所以當(dāng)?shù)刃щ娏?i>I和推進(jìn)劑速度v相同的情況下，探測(cè)器得到的推動(dòng)力F比離子發(fā)動(dòng)機(jī)的功率P大．

　�、陔嵌栊詺怏w，性質(zhì)穩(wěn)定，比較安全．

　�、垭脑恿枯^大，在同樣電壓下得到的離子的動(dòng)量較大．

　�、軟](méi)有天然放射性，使用安全等．

 


提示：


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：038

“離子發(fā)動(dòng)機(jī)”是一種新型的宇宙飛船用的發(fā)動(dòng)機(jī)，其原理是設(shè)法使探測(cè)器內(nèi)攜帶的惰性氣體氙（）的中性原子變?yōu)橐粌r(jià)離子，然后用電場(chǎng)加速這些氙離子使其高速?gòu)奶綔y(cè)器尾部噴出，利用反沖使探測(cè)器得到推動(dòng)力．由于單位時(shí)間內(nèi)噴出的氣體離子質(zhì)量很小，飛船得到的加速度將非常小，但經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間的加速，同樣可以得到很大的速度，某探測(cè)器使用了“離子發(fā)動(dòng)機(jī)”技術(shù)，已知離子發(fā)動(dòng)機(jī)向外噴射氙離子的等效電流大小為I=0.64A，氙離子的荷質(zhì)比（電荷量與質(zhì)量之比）為K=e/m=7.2×105C/kg，氣體離子被噴出時(shí)的速度是v=3.0×104m/s，求：

（1）這臺(tái)離子發(fā)動(dòng)機(jī)的功率為多大？

（2）該探測(cè)器要到達(dá)的目的地是博雷利彗星，計(jì)劃飛行3年（9.46×107秒），試估算載有該探測(cè)器的宇宙飛船所需攜帶的氙的質(zhì)量是多少？

（3）你認(rèn)為要選用氙的理由是什么？請(qǐng)說(shuō)出一個(gè)理由．

 

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科目：高中物理 來(lái)源：物理教研室 題型：038

“離子發(fā)動(dòng)機(jī)”是一種新型的宇宙飛船發(fā)動(dòng)機(jī).其原理是將無(wú)色無(wú)味的惰性氣體，比如氙充滿一個(gè)由磁場(chǎng)環(huán)繞并有電子束通過(guò)的倉(cāng)室，電子撞擊氣體原子，使中性的原子變成帶正電的離子，這些離子由靜止被電場(chǎng)加速，帶有上萬(wàn)個(gè)微孔的電網(wǎng)將高速離子聚集到飛船的排氣管，離子以1.7×104 km/s的高速穿過(guò)電網(wǎng)，由此產(chǎn)生推力，使引擎加速進(jìn)入太空，盡管單位時(shí)間內(nèi)噴出的氣體離子質(zhì)量很小，飛船得到的加速度也很小，但經(jīng)過(guò)足夠的時(shí)間加速，同樣可以得到很大的速度.假如飛船的質(zhì)量為m＝300 kg，所形成的離子的比荷k＝7.5×105 C/kg，氣體離子高速噴出形成的等效電流I＝0.65 A，噴出速度為v＝3×104 m/s.求飛船獲得的加速度．

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：038

“離子發(fā)動(dòng)機(jī)”是一種新型的宇宙飛船發(fā)動(dòng)機(jī).其原理是將無(wú)色無(wú)味的惰性氣體，比如氙充滿一個(gè)由磁場(chǎng)環(huán)繞并有電子束通過(guò)的倉(cāng)室，電子撞擊氣體原子，使中性的原子變成帶正電的離子，這些離子由靜止被電場(chǎng)加速，帶有上萬(wàn)個(gè)微孔的電網(wǎng)將高速離子聚集到飛船的排氣管，離子以1.7×104 km/s的高速穿過(guò)電網(wǎng)，由此產(chǎn)生推力，使引擎加速進(jìn)入太空，盡管單位時(shí)間內(nèi)噴出的氣體離子質(zhì)量很小，飛船得到的加速度也很小，但經(jīng)過(guò)足夠的時(shí)間加速，同樣可以得到很大的速度.假如飛船的質(zhì)量為m＝300 kg，所形成的離子的荷質(zhì)比k＝7.5×105 C/kg，氣體離子高速噴出形成的等效電流I＝0.65 A，噴出速度為v＝3×104 m/s.求飛船獲得的加速度．

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離子發(fā)動(dòng)機(jī)是一種新型空間發(fā)動(dòng)機(jī)，它能給衛(wèi)星軌道糾偏或調(diào)整姿態(tài)提供動(dòng)力，其中有一種離子發(fā)動(dòng)機(jī)是讓電極發(fā)射的電子撞擊氙原子，使之電離，產(chǎn)生的氙離子經(jīng)加速電場(chǎng)加速后從尾噴管噴出，從而使衛(wèi)星獲得反沖力，這種發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)改變單位時(shí)間內(nèi)噴出離子的數(shù)目和速率，能準(zhǔn)確獲得所需的糾偏動(dòng)力．假設(shè)衛(wèi)星(連同離子發(fā)動(dòng)機(jī))總質(zhì)量為M，每個(gè)氙離子的質(zhì)量為m，電量為q，加速電壓為U，設(shè)衛(wèi)星原處于靜止?fàn)顟B(tài)，若要使衛(wèi)星在離子發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的初始階段能獲得大小為F的動(dòng)力，則發(fā)動(dòng)機(jī)單位時(shí)間內(nèi)應(yīng)噴出多少個(gè)氙離子？此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)發(fā)射離子的功率為多大？

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