【題目】甲圖是我國自主研制的200mm離子電推進系統(tǒng),已經(jīng)全面應用于我國航天器。離子電推進系統(tǒng)的核心部件為離子推進器,它采用噴出帶電離子的方式實現(xiàn)飛船的姿態(tài)和軌道的調(diào)整,具有大幅減少推進劑燃料消耗、操控更靈活、定位更精準等優(yōu)勢。

離子推進器的工作原理如圖乙所示,推進劑氙原子P噴注入腔室C后,被電子槍G射出的電子碰撞而電離,成為帶正電的氙離子。氙離子從腔室C中飄移過柵電極A的速度大小可忽略不計,在柵電極AB之間的電場中加速,并從柵電極B噴出。在加速氙離子的過程中飛船獲得推力。

已知柵電極AB之間的電壓為U,氙離子的質(zhì)量為m、電荷量為q,AB間距為d推進器單位時間內(nèi)噴射的氙離子數(shù)目N。

(1)將該離子推進器固定在地面上進行試驗。求:

a. 氙離子經(jīng)A、B之間的電場加速后,通過柵電極B時的速度v的大小,以及離子束的等效電流I

b. 求噴射離子過程中,對推進器產(chǎn)生的反沖作用力大。

(2)配有推進器的飛船在太空運行時,處于完全失重狀態(tài),為了構(gòu)建推進器在太空中運作情景,離子推進器可視為放置在光滑的水平地面上。已知推進器的質(zhì)量為M,且工作時質(zhì)量保持不變,推進器剛開始運動的極短時間,可認為瞬間噴出N′個離子,即這些離子相對于地面以相同的速度同時噴出。

c. 求噴出時每個離子的速度以及電場力對每個離子做的功;

d. 這一過程中飛船向后移動的距離;

e. 隨著時間的推移,噴出的離子的動能逐漸變大還是變?簡要說明理由;

【答案】(1)a. , b. (2)c. , d. e.動能越來越小

【解析】1a

由動能定理: 解得

b由動量定理:Ft=Ntmv F=N

根據(jù)牛頓第三定律:F'=F=N

2c:根據(jù)能量守恒:N'Uq=

根據(jù)動量守恒:N' mvm=Mvm

根據(jù)動能定理:

根據(jù)動量守恒: N'=mvm=MvM

兩邊同時對時間累積:N'mxm =MxM

xm+xM=d

xM=d

e:隨著時間的推移,離子噴出時的動能越來越小。原因:隨著時間的推移,推進器由于具有初速度,相同時間內(nèi),xM逐漸變大,xm越來越小,電場力對離子做功越來越小,獲得的動能越來越小。

練習冊系列答案
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【題目】如圖甲所示,水平地面上放置一傾角為θ=37°的足夠長的斜面,質(zhì)量為m的物塊置于斜面的底端。某時刻起物塊在沿斜面向上的力F作用下由靜止開始運動,力F隨位移變化的規(guī)律如圖乙所示,已知整個過程斜面體始終保持靜止狀態(tài),物塊開始運動t=0.5s內(nèi)位移=1m,0.5s后物塊再運動2m時速度減為零,取g=10m/s,sin37°=0.6cos37°=0.8.

A. 物塊在沿斜面向上和向下運動過程中,斜面體受到地面的摩擦力的大小相等

B. 由靜止開始,0.5s末物塊運動的速度的大小為4m/s

C. 物體的質(zhì)量m=2

D. 物塊沿斜面向上運動過程,受到的摩擦力做的功為-12J

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【題目】在勻強磁場中,一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)動軸勻速轉(zhuǎn)動,如圖甲所示,產(chǎn)生的交變電動勢隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示,則下列說法正確的是(  )

A. t=0.01s時穿過線框的磁通量最大

B. 該交變電動勢的有效值為11V

C. 該交變電動勢的瞬時值表達式v=22cos100πtV

D. 1s時間內(nèi),線圈中電流方向改變100

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科目:高中物理 來源: 題型:

【題目】如圖所示,一光滑絕緣的半圓面和一根很長的直導線被固定在同一豎直平面內(nèi),直導線水平處于半圓面的下方,導線中通有方向向右的恒定電流I,將一銅環(huán)從半圓面左側(cè)最高點a從靜止釋放后,銅環(huán)沿著半圓面運動,到達右側(cè)的b點為最高點,a、b高度差為h,已知通電直導線在周圍某一點產(chǎn)生磁場的磁感應強度與該點到導線的距離成反比,下列說法正確的是( 。

A. 銅環(huán)在半圓面左側(cè)下滑過程,感應電流沿順時針方向

B. 銅環(huán)第一次經(jīng)過最低點時感應電流達到最大

C. 銅環(huán)往返運動第二次到達右側(cè)最高點時與b點的高度差小于2h

D. 銅環(huán)沿半圓面運動過程,銅環(huán)所受安培力的方向總是與銅環(huán)中心的運動方向相反

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【題目】如圖甲所示,質(zhì)量m=1kg,邊長ab=1.0m,電阻r=2Ω單匝正方形閉合線圈abcd放置在傾角θ=30°的斜面上,保持靜止狀態(tài).勻強磁場垂直線圈平面向上,磁感應強度B隨時間t變化如圖乙所示,整個線圈都處在磁場中,重力加速度g=10m/s2.求:

(1)t=1s時穿過線圈的磁通量;

(2)4s內(nèi)線圈中產(chǎn)生的焦耳熱;

(3)t=3.5s時,線圈受到的摩擦力.

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【題目】如圖所示,圖線 a 是線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生正弦交流電的圖象,當調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后,所產(chǎn)生正弦交流電的圖象如圖線 b 所示,以下關于這兩個正弦交流電的說法正確的是

A.在圖中 t = 0 時刻穿過線圈的磁通量均為零

B.線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為 3:2

C.交流電 a 的瞬時值為

D.交流電 b 的最大值為20/3 V

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【題目】如圖所示,水平固定橫桿的正下方有一光滑的小定滑輪,一質(zhì)量為m的小球套在橫桿上,輕質(zhì)橡皮繩(遵循胡克定律)繞過定滑輪,一端O系在墻上,另一端與小球連接,橡皮繩的原長為OP,小球在定滑輪的正上方A處時橡皮繩的拉力大小為mg,小球在水平向右的拉力F=2mg作用下向右運動經(jīng)過B點,運動到B點時,BP與橫桿的夾角為θ=37°。若橡皮繩始終在彈性限度內(nèi),小球與橫桿間的動摩擦因數(shù)為0.5,重力加速度為gsin 37°=0.6,cos 37°=0.8,則小球在B處時:

A. 加速度大小為2g

B. 加速度方向水平向右

C. 與橫桿間的彈力大小為2mg

D. 與橫桿間的滑動摩擦力大小為mg

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【題目】某粒子A衰變?yōu)榱硗鈨煞N粒子BC,其中粒子AB所帶電荷量相等,C不帶電。如圖所示,粒子A沿垂直于磁場的方向射入勻強磁場中,其軌跡為圓弧MP,衰變后產(chǎn)生的粒子B的軌跡為圓弧PN,兩軌跡在P點相切,且半徑之比為RARB=21,粒子C的軌跡未畫出。下列說法正確的是( )

A. 粒子AB都帶正電荷

B. 粒子BC的動量大小之比為13

C. 粒子AB的速度大小之比為21

D. 粒子BC的質(zhì)量數(shù)之和小于粒子A的質(zhì)量數(shù)

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【題目】如下圖甲,水平放置的平行金屬導軌左邊接有電阻,軌道相距0.4m且所在處有豎直向下的勻強磁場,磁場隨時間的變化關系如下圖乙,金屬棒ab橫跨導軌兩端,其電阻,金屬棒與電阻R相距1m.若整個系統(tǒng)始終處于靜止狀態(tài),求:

(1)當t=0.1s時,通過金屬棒ab的感應電流大小和方向.

(2)當t=0.1s時,金屬棒ab受到的安培力的大。

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