题目内容
“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.
答案:见详解内容
解析:
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.
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