离子推进器是新一个代航天动力装置,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,正离子进入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。
(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,有郝双老制 qU=mv2
设离子推进器在Δt时间内喷出质量为ΔM的正离子,并以其为研究对象,推进器ΔM的作用力F',由动量定理,有郝双老作F'Δt=ΔMv
由牛顿第三定律知F'=F
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=nqvS J=nmvS
两式相比可得= 又I= 解得U=制作
(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,由于库仑力作用将来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。
科目:高中物理 来源:2007年普通高等学校招生全国统一考试、物理(天津卷) 题型:038
离子推进器是新一个代航天动力装置,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,正离子进入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.
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