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高中物理
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综合题
1.
(2022·浙江模拟)
如图甲所示的一种离子推进器,由离子源、间距为
的平行金属板
、
和边长为
的立方体构成,其中
、
正中间各有一个小孔且两小孔正对,工作原理简化图如图乙所示。氙离子从腔室中飘移过栅电极
的速度大小可忽略不计,在栅电极
、
之间的匀强电场中加速,并从栅电极
喷出,在加速氙离子(质量为
、电荷量为
)的过程中飞船获得推力,不计氙离子间的相互作用及重力影响。
(1) 若该离子推进器固定在地面上实验时,在
的右侧立方体间加垂直向里的匀强磁场,从电极
中央射入的离子加速后经
电板的中央
点进入磁场,恰好打在立方体棱边
的中点
上。求
、
之间的电压
与磁感应强度
的关系式。
(2) 若宇宙飞船处于悬浮状态(离子推进器停止工作),宇航员在飞船内从静止经多次往复运动后回到原位置不动,判断飞船最终是否偏离原位置?若偏离,请计算相对原位置的距离;若不偏离,请说明理由。
(3) 若撤去离子推进器中的磁场,悬浮状态下的推进器在某段时间内喷射的
个氙离子以速度
通过栅极
, 该过程中离子和飞船获得的总动能占发动机提供能量的
倍,飞船的总质量
及获得的动力保持不变,已知发动机总功率为
, 求动力大小。
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