精英家教网 > 高中物理 > 题目详情
美国东部时间2007年9月27日早7时20分,美国航空航天局(NASA)的“黎明”号探测器从佛罗里达州肯尼迪航天中心顺利升空,计划在未来8年时间里飞抵位于小行星带的终点站.“黎明”号探测器使用离子发动机,与传统的航天器化学燃料发动机不同,新型发动机将太阳能转化为电能,再通过电能电离惰性气体氙气的原子,产生时速达14.32万千米的离子流作为推动力,“黎明”号上安装了3个离子推进器和2个巨大的太阳能板,双翼间距近20米,足以为它提供穿越太空的能量,燃料利用效率是传统化学燃料发动机的10倍. 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.

【答案】分析:(1)正离子(m、q)在B、C加速后,由动能定理求获得的速度.设推进器在△t时间内喷出△M的正离子,且推进器对△M的作用力F′,根据动量定理求F′,由牛顿第三定律得到推力F.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,得到电流与单位时间内喷出的离子质量J之比,联立各式,即可求得电压U.
(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,这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,故须在D处向正离子束注入电子,以中和正离子,使推进器获得持续推力.
解答:解:(1)设一个正离子(m、q)加速后的速度为v,由动能定理得    ①
设推进器在△t时间内喷出△M的正离子,且推进器对△M的作用力F'
依动量定理,有 F′△t=△Mv②
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,则有 I=nqvS,J=nmvS,
由两式相比可得 ④
又 
由以上五式可得,加在BC间的电压 
(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,这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,故须在D处向正离子束注入电子,以中和正离子,使推进器获得持续推力.
答:
(1)加在BC间的电压U为
(2)为使离子推进器正常运行,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,这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,故须在D处向正离子束注入电子,以中和正离子,使推进器获得持续推力.
点评:本题以离子推进器为背景立意命题,设置新情景,通过模型组合分析考查对物理基础知识的理解与领悟,此题构思巧妙,将动能定理、动量定理、电流强度的概念融于离子推进器中..联系现实生产生活和科技应用的试题,注重学科知识与能力的具体应用,解决此类问题的关键:弄清题意,理顺关系,建立适当的模型求解.
练习册系列答案
相关习题

科目:高中物理 来源: 题型:

精英家教网美国东部时间2007年9月27日早7时20分,美国航空航天局(NASA)的“黎明”号探测器从佛罗里达州肯尼迪航天中心顺利升空,计划在未来8年时间里飞抵位于小行星带的终点站.“黎明”号探测器使用离子发动机,与传统的航天器化学燃料发动机不同,新型发动机将太阳能转化为电能,再通过电能电离惰性气体氙气的原子,产生时速达14.32万千米的离子流作为推动力,“黎明”号上安装了3个离子推进器和2个巨大的太阳能板,双翼间距近20米,足以为它提供穿越太空的能量,燃料利用效率是传统化学燃料发动机的10倍. 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.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源: 题型:

美国东部时间2007年9月27日早7时20分,美国航空航天局(NASA)的“黎明”号探测器从佛罗里达州肯尼迪航天中心顺利升空,计划在未来8年时间里飞抵位于小行星带的终点站。“黎明”号探测器使用离子发动机, 与传统的航天器化学燃料发动机不同,新型发动机将太阳能转化为电能,再通过电能电离惰性气体氙气的原子,产生时速达14.32万千米的离子流作为推动力, “黎明”号上安装了3个离子推进器和2个巨大的太阳能板,双翼间距近20米,足以为它提供穿越太空的能量,燃料利用效率是传统化学燃料发动机的10倍。 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。

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源:同步题 题型:计算题

美国东部时间2007年8月4日5时26分在佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地“凤凰”号火星探测器搭乘一枚德尔诺2型火箭发射升空,历时9个多月走完整整3.5亿千米的漫长路程于2008年5月25日到达火星上空,探测器进入火星大气层,由降落伞带着以每小时90千米的速度飘向火星表面,并在着陆前4 s打开缓冲火箭,如图所示,探测器以1 m/s的速度成功软着陆。试求探测器着陆时的平均加速度。

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

美国东部时间2007年9月27日早7时20分,美国航空航天局(NASA)的“黎明”号探测器从佛罗里达州肯尼迪航天中心顺利升空,计划在未来8年时间里飞抵位于小行星带的终点站.“黎明”号探测器使用离子发动机,与传统的航天器化学燃料发动机不同,新型发动机将太阳能转化为电能,再通过电能电离惰性气体氙气的原子,产生时速达14.32万千米的离子流作为推动力,“黎明”号上安装了3个离子推进器和2个巨大的太阳能板,双翼间距近20米,足以为它提供穿越太空的能量,燃料利用效率是传统化学燃料发动机的10倍. 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.
精英家教网

查看答案和解析>>

同步练习册答案