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高中物理
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综合题
1.
(2019高二下·温州期末)
离子发动机是利用电能加速工质(工作介质)形成高速射流而产生推力的航天器发动机。其原理如图所示,其原理如下:首先系统将等离子体经系统处理后,从下方以恒定速率v
1
向上射入有磁感应强度为B
1
、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。当栅电极MN、PQ间形成稳定的电场后,自动关闭区域I系统(包括进入其中的通道、匀强磁场B
1
)。区域Ⅱ内有垂直纸面向外,磁感应强度大小为B
2
, 放在A处的中性粒子离子化源能够发射任意角度,但速度均为v
2
的正、负离子,正离子的质量为m,电荷量为q,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MN、PQ之间的电场中加速后从栅电极PQ喷出,在加速正离子的过程中探测器获得反向推力(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处的正离子的速度大小v
2
;
(2) 正离子经过区域I加速后,离开PQ的速度大小v
3
;
(3) 在第(2)问中,假设航天器的总质量为M,正在以速度v沿MP方向运动,已知现在的运动方向与预定方向MN成
角,如图所示。为了使飞船回到预定的飞行方向MN,飞船启用推进器进行调整。如果沿垂直于飞船速度v的方向进行推进,且推进器工作时间极短,为了使飞船回到预定的飞行方向,离子推进器喷射出的粒子数N为多少?
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