Question

“离子发动机”是一种新型的宇宙飞船用的发动机，其原理是设法使探测器内携带的惰性气体氙（）的中性原子变为一价离子，然后用电场加速这些氙离子使其高速从探测器尾部喷出，利用反冲使探测器得到推动力．由于单位时间内喷出的气体离子质量很小，飞船得到的加速度将非常小，但经过足够长时间的加速，同样可以得到很大的速度，某探测器使用了“离子发动机”技术，已知离子发动机向外喷射氙离子的等效电流大小为I=0.64A，氙离子的荷质比（电荷量与质量之比）为K=e/m=7.2×10⁵C/kg，气体离子被喷出时的速度是v=3.0×10⁴m/s，求：

（1）这台离子发动机的功率为多大？

（2）该探测器要到达的目的地是博雷利彗星，计划飞行3年（9.46×10⁷秒），试估算载有该探测器的宇宙飞船所需携带的氙的质量是多少？

（3）你认为要选用氙的理由是什么？请说出一个理由．

 

Answer 1

答案：见详解内容
解析：

（1）应用动能定理Uq=mv2/2，得到加速电压U=mv2/2q=v2/2K，则发动机的功率为P=400W （2）由氙离子的荷质比K=q/m，又由电流的定义式I=q/t，联立两式得到m=It/K=84kg（或84.1kg） （3）以下任一种答案（含其他类同的答案）均正确： 　　①一价氙离子的荷质比小所以当等效电流I和推进剂速度v相同的情况下，探测器得到的推动力F比离子发动机的功率P大． 　　②氙是惰性气体，性质稳定，比较安全． 　　③氙的原子量较大，在同样电压下得到的离子的动量较大． 　　④没有天然放射性，使用安全等．