为寻找可靠的航天动力装置,科学家们正持续进行太阳帆推进器和离子推进器的研究。太阳帆推进器是利用太阳光作用在太阳帆的压力提供动力,离子推进器则是利用电场加速后的离子气体的反冲作用加速航天器。
(1)由量子理论可知每个光子的动量为p=hλ(h为普朗克常量,λ为光子的波长),光子的能量为ε=hv(v为光子的频率),调整太阳朝使太阳光垂直照射,已知真空中光速为c,光子的频率v,普朗克常量h,太阳帆面积为S,时间t内太阳光垂直照射到太阳帆每平方米面积上的太阳光能为E,宇宙飞船的质量为M,所有光子照射到太阳帆上后全部被等速率反射,求:
①时间t内作用在太阳帆的光子个数N;
②在太阳光压下宇宙飞船的加速度a的大小
(2)离子推进器的原理如图所示:进入电离室的气体被电离,其中正离子飘入电极A、B之间的匀强电场(离子初速度忽略不计),A,B间电压为U,使正离子加速形成离子束,在加速正离子束的过程中所消耗的功率为P,推进器获得的恒定推力为F。为提高能量的转换效率,即要使FP尽量大,请通过论证说明可行的方案。设正离子质量为m,电荷量为q。
p
=
h
λ
F
P
【答案】(1)①时间t内作用在太阳帆的光子个数N为;
②在太阳光压下宇宙飞船的加速度a的大小为;
(2)见解析;
ES
hν
②在太阳光压下宇宙飞船的加速度a的大小为
2
ES
M
ct
(2)见解析;
【解答】
【点评】
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发布:2024/6/27 10:35:59组卷:195引用:1难度:0.6
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1.如图所示,ABC为光滑的固定在竖直面内的半圆形轨道,轨道半径为R=0.4m,A、B为半圆轨道水平直径的两个端点,O为圆心.在水平线MN以下和竖直线OQ以左的空间内存在竖直向下的匀强电场,电场强度E=1.0×106N/C.现有一个质量m=2.0×10-2kg,电荷量q=2.0×10-7C的带正电小球(可看作质点),从A点正上方由静止释放,经时间t=0.3s到达A点并沿切线进入半圆轨道,g=10m/s2,不计空气阻力及一切能量损失,求:
(1)小球经过C点时对轨道的压力大小;
(2)小球经过B点后能上升的最大高度.发布:2024/12/29 20:0:1组卷:751引用:4难度:0.5 -
2.11H、12H、13H三个原子核,电荷均为e,质量之比为1:2:3,如图所示,它们以相同的初速度由P点平行极板射入匀强电场,在下极板的落点为A、B、C,已知上极板带正电,原子核不计重力,下列说法正确的是( )
发布:2024/12/29 21:30:1组卷:374引用:5难度:0.6 -
3.如图,在竖直平面内,一半径为R的半圆形轨道与水平轨道在B点平滑连接.半圆形轨道的最低点为B、最点高为C,圆心为O.整个装置处水平向左的匀强电场中.现让一质量为m、电荷量为q的带正电小球(可视为质点),从水平轨道的A点静止释放,到达B点时速度为
.当小球过C点时撤去电场,小球落到水平轨道上的D点.已知A、B间的距离为5gRR,重力加速度为g,轨道绝缘且不计摩擦和空气阻力,求:103
(1)该匀强电场场强E的大小;
(2)A、D间的距离;
(3)小球经过半圆形轨道某点P(图中未画出)时,所受合外力方向指向圆心O,求小球过P点时对轨道压力的大小.发布:2024/12/29 20:30:1组卷:59引用:2难度:0.7
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