如圖甲所示為離子推進器,由離子源、間距為d的平行柵電極C、D和棱長為L的立方體空間構成,工作原理簡化為如圖乙所示。氙離子從離子源飄移過柵電極C(速度大小可忽略不計),在柵電極C、D之間施加垂直于電極、場強為E的勻強電場,氙離子在電場中加速并從柵電極D噴出,在加速氙離子的過程中飛船獲得推力。離子推進器處于真空環境中,不計氙離子間的相互作用及重力影響,氙離子的質量為m、電荷量為q,推進器的總質量為M。若該離子推進器固定在地面上進行實驗。
(1)求氙離子從柵電極D噴出時速度v0的大小;
(2)在柵電極D的右側立方體空間加垂直向里的勻強磁場,從柵電極C中央射入的氙離子加速后經柵電板D的中央O點進入磁場,恰好打在立方體的棱EF的中點Q上。求所加磁場磁感應強度B的大小。
(3)若該離子推進器在靜止懸浮狀態下進行實驗,撤去離子推進器中的磁場,調整柵電極間的電場,推進器在開始的一段極短時間內噴射出N個氙離子以水平速度v通過柵電極D,該過程中離子和推進器獲得的總動能占推進器提供能量的η倍,推進器的總質量可視為保持不變,推進器的總功率為P,求推進器獲得的平均推力F的大小。

【答案】(1)氙離子從柵電極D噴出時速度v0的大小為;
(2)所加磁場磁感應強度B的大小為;
(3)推進器獲得的平均推力F的大小為。
2
q
E
d
m
(2)所加磁場磁感應強度B的大小為
4
5
L
2
m
E
d
q
(3)推進器獲得的平均推力F的大小為
2
η
PM
(
M
+
N
m
)
v
【解答】
【點評】
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發布:2024/6/27 10:35:59組卷:163引用:1難度:0.3
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