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    精英家教网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，正离子进人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．
    分析：根据动能定理qU=
    1
    2
    mv2     要求U，需要知道正离子出射时的速度和单个正离子的质量m电量q，而题目中告诉了单位时间内喷出的离子的质量J，而J=Nm，所以要求出单位时间内射出的离子的数量N，而N=nvs，其中n代表离子的密度，v表示离子的速度，s表示推进器的横截面积，而nqv容易让我们联想到电流的微观表达式I=nqsv，而本题中电流I为已知量，这样就得到了I/J=q/m，代入qU=
    1
    2
    mv2     求出电压U．
    解答：解：（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qU=
    1
    2
    mv2               ①
    设离子推进器在△t时间内喷出质量为△M的正离子，并以其为研究对象，推进器对△M的作用力为F'，由动量定理，有F'△t=△Mv       ②
    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，根据电流的微观表达式有I=nqvs           ④
    单位时间内喷出离子的个数N=nvs
    单位时间内喷出离子的质量J=nmvs         ⑤
    由④、⑤可得
    I
    J
    =
    q
    m

    又J=
    △M
    △t
    ⑥
    解得U=
    F2
    2JI
    ⑦
    （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处向发射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：本题难度较大，考查的内容较多较深，知识点错综复杂，但只要我们按题目最后的要求一层一层往前推导，通过联想类比就有可能顺利解决问题．
    练习册系列答案
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    （1）正离子经电场加速后，从C端口喷出的速度v是多大？
    （2）推进器开启后飞船受到的平均推力F是多大？
    （3）如果沿垂直于飞船速度的方向进行推进，且推进器工作时间极短，为了使飞船回到预定的飞行方向，离子推进器喷射出的离子数N为多少？

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    科目：高中物理 来源： 题型：

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    （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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        (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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    假设总质量为M的卫星，正在以速度V沿MP方向运动，已知现在的运动方向与预定方向MN成θ角，如图2所示。为了使飞船回到预定的飞行方向MN，飞船启用推进器进行调整。

    已知推进器B、C间的电压大小为U，带电离子进入B时的速度忽略不计，经加速后形成电流强度为I的离子束从C端口喷出，若单个离子的质量为m，电量为q，忽略离子间的相互作用力，忽略空间其他外力的影响，忽略离子喷射对卫星质量的影响。请完成下列计算任务：

    （1）正离子经电场加速后，从C端口喷出的速度v是多大？

    （2）推进器开启后飞船受到的平均推力F是多大？

    （3）如果沿垂直于飞船速度V的方向进行推进，且推进器工作时间极短，为了使飞船回到预定的飞行方向，离子推进器喷射出的粒子数N为多少？

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

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