离子发动机是利用电能加速工质(工作介质)形成高速粒子流而产生推力的航天器发动机.其原理如图所示:首先系统将等离子体经系统处理后,从下方以恒定速率v1向上射入有磁感应强度大小为B1,方向垂直纸面向里的匀强磁场的区域Ⅰ内.栅电极MN和PQ间距为d(栅电极是多孔薄金属板,带电微粒能自由通过),当栅电极MN、PQ间形成稳定的电场后,自动关闭区域Ⅰ系统(关闭粒子进入通道、撤去磁场).间距为D的两水平放置极板间为区域Ⅱ,区域Ⅱ中仅在直径为D的圆形区域内存在垂直纸面向外的磁场,磁感应强度大小为B2,放在下极板A处的粒子放射源能够发射速率相等的正离子,离子放射源发出的正离子速度方向与下极板夹角为α(0°≤α≤180°),正离子经过该磁场区域后形成宽度为D的平行粒子束,经过栅电极MM、PQ之间的电场中加速后从栅电极PQ喷出,在上述正离子的运动过程中探测器获得反向推力。已知正离子的质量为m,电荷量为q(不计各种粒子之间相互作用、正负离子、等离子体的重力,不计相对论效应)。求:

(1)求在A处发射的正离子的速度大小v2;
(2)若正离子经过区域Ⅰ加速后,离开PQ的速度大小为2v2,求v1与v2的关系;
(3)若在第(2)问的情况下,假设航天器的总质量为M,正在以速度v运动,发现运动方向偏离预定方向θ角,如图丙所示,为了使飞船回到预定的飞行方向,飞船启用推进器沿垂直于飞船速度的方向进行推进调整,且推进器工作时间极短,求离子推进器喷射出的粒子数N。
【答案】(1)在A处发射的正离子的速度大小为;
(2)v1与v2的关系为;
(3)离子推进器喷射出的粒子数N为。
q
B
2
D
2
m
(2)v1与v2的关系为
v
1
=
3
m
v
2
2
2
B
1
dq
(3)离子推进器喷射出的粒子数N为
M
vtanθ
q
B
2
D
【解答】
【点评】
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发布:2024/4/20 14:35:0组卷:38引用:1难度:0.5
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,不考虑P、Q两板电压的变化对磁场的影响,也不考虑粒子的重力及粒子间的相互影响,求:ml2qt02
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