摘要：12．离子发动机是一种新型空间发动机.它能给卫星轨道纠偏或调整姿态提供动力.其中有一种离子发动机是让电极发射的电子撞击氙原子.使之电离.产生的氙离子经加速电场加速后从尾喷管喷出.从而使卫星获得反冲力.这种发动机通过改变单位时间内喷出的离子的数目和速率.能准确获得所需的纠偏力.假设卫星总质量为M.每个氙离子的质量为m电量为q ,加速电压为U.设卫星原处于静止状态.若要使卫星在离子发动机起动的初始阶段能获得大小为F的动力.则发动机单位时间内应喷出多少个氙离子?此时发动机发射离子的功率多大? 高三物理练习 --答案
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“离子发动机”是一种新型的宇宙飞船发动机.其原理是将无色无味的惰性气体，比如氙充满一个由磁场环绕并有电子束通过的仓室，电子撞击气体原子，使中性的原子变成带正电的离子，这些离子由静止被电场加速，带有上万个微孔的电网将高速离子聚集到飞船的排气管，离子以1.7×104
km/s的高速穿过电网，由此产生推力，使引擎加速进入太空，尽管单位时间内喷出的气体离子质量很小，飞船得到的加速度也很小，但经过足够的时间加速，同样可以得到很大的速度.假如飞船的质量为m＝300 kg，所形成的离子的荷质比k＝7.5×105 C/kg，气体离子高速喷出形成的等效电流I＝0.65 A，喷出速度为v＝3×104 m/s.求飞船获得的加速度．
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“离子发动机”是一种新型的宇宙飞船发动机.其原理是将无色无味的惰性气体，比如氙充满一个由磁场环绕并有电子束通过的仓室，电子撞击气体原子，使中性的原子变成带正电的离子，这些离子由静止被电场加速，带有上万个微孔的电网将高速离子聚集到飞船的排气管，离子以1.7×104
km/s的高速穿过电网，由此产生推力，使引擎加速进入太空，尽管单位时间内喷出的气体离子质量很小，飞船得到的加速度也很小，但经过足够的时间加速，同样可以得到很大的速度.假如飞船的质量为m＝300 kg，所形成的离子的比荷k＝7.5×105 C/kg，气体离子高速喷出形成的等效电流I＝0.65 A，喷出速度为v＝3×104 m/s.求飞船获得的加速度．
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“离子发动机”是一种新型的宇宙飞船发动机.其原理是将无色无味的惰性气体，比如氙充满一个由磁场环绕并有电子束通过的仓室，电子撞击气体原子，使中性的原子变成带正电的离子，这些离子由静止被电场加速，带有上万个微孔的电网将高速离子聚集到飞船的排气管，离子以1.7×104 km/s的高速穿过电网，由此产生推力，使引擎加速进入太空，尽管单位时间内喷出的气体离子质量很小，飞船得到的加速度也很小，但经过足够的时间加速，同样可以得到很大的速度.假如飞船的质量为m＝300 kg，所形成的离子的荷质比k＝7.5×105 C/kg，气体离子高速喷出形成的等效电流I＝0.65 A，喷出速度为v＝3×104 m/s.求飞船获得的加速度．
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“粒子发动机”是飞行器上用的一种新型发动机，静止在太空中的飞行器中，有一种装置，它利用电场加速带电粒子，形成向外发射的高速粒子流，从而对飞行器产生反冲力，使其产生加速度.由于单位时间内喷出的气体粒子质量很小，飞行器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.某飞行器使用“粒子发动机”技术，已知飞行器的质量为M0=100 kg（不计发射粒子后飞行器质量的变化），发射的是1价氙离子，氙离子的等效电流大小为I=0.64 A，氙离子的比荷（电荷量与质量之比）为k=
=7.2×105 C/kg，气体氙离子被喷出时的速度v=3.0×104 m/s.求：
=7.2×105 C/kg，气体氙离子被喷出时的速度v=3.0×104 m/s.求：（1）加速电压U；
（2）粒子发动机的功率P0；
（3）每秒钟射出的氙粒子数N；
（4）射出离子后，飞行器开始运动时的加速度a（不考虑万有引力和其他力）；
（5）飞行器要到达的目的地是博雷利彗星，计划飞行3年（9.46×107 s），试估算飞行器所需要携带的氙的质量M.
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欧洲大型强子对撞机（Large Hadron Collider）简称LHC，于2009年9月重新启动，这将有望揭露自然界最基本的秘密．LHC位于瑞士、法国边境地区的地下100m深的坏形隧道中，周长26.659km（约27km）．在LHC进行的质子-质子碰撞中，每个质子的能量为7TeV（7×1012eV）．（1）目前认为，质子是由u夸克和d夸克组成，u夸克带电量为
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2
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个u夸克和1
1
个d夸克组成．（2）LHC能把数以百万计的质子加速到接近光速（光速的99.99%）．这些接近光速的质子对撞后，会创造出1百多亿年前与宇宙大爆炸之后万亿分之一秒时的状态类似的条件，科学家期望能从中发现“反物质”以及占宇宙质量96%的暗物质和暗能量的踪迹，从而揭开宇宙起源之谜．反物质是由反粒子组成，若有反α粒子，则它的质量数为
4
4
，电荷数为-2
-2
．（3）假设科学家发现了某种反粒子，采用如图的装置来测定这种反粒子的比荷（电荷量与质量之比），真空管内的K发出的反粒子（不计初速、重力和粒子间的相互作用）经加速电压加速后，穿过A'中心的小孔沿中心轴O1O的方向进入到两块水平正对放置的平行极板P和P'间的区域．当极板间不加偏转电压时，反粒子束打在荧光屏的中心O点处，形成了一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到O'点，O'与O点的竖直间距为d，水平间距可忽略不计．此时，在P和P'间的区域，再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场．调节磁场的强弱，当磁感应强度的大小为B时，亮点重新回到O点．已知极板水平方向的长度为L1，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为L2（如图所示）．
①求打在荧光屏O点的反粒子速度的大小．
②推导出反粒子的比荷的表达式．