“离子发动机”是一种新型的宇宙飞船用的发动机，其原理是设法使探测器内携带的惰性气体氙（

Question

“离子发动机”是一种新型的宇宙飞船用的发动机，其原理是设法使探测器内携带的惰性气体氙（ ）的中性原子变为一价离子，然后用电场加速这些氙离子使其高速从探测器尾部喷出，利用反冲使探测器得到推动力．由于单位时间内喷出的气体离子质量很小，飞船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，某探测器使用了“离子发动机”技术，已知离子发动机向外喷射氙离子的等效电流大小为 I =0.64A ，氙离子的荷质比（电荷量与质量之比）为 K= e / m =7.2 × 10 ⁵ C/kg ，气体离子被喷出时的速度是 v =3.0 × 10 ⁴ m/s ，求：

（ 1 ）这台离子发动机的功率为多大？

（ 2 ）该探测器要到达的目的地是博雷利彗星，计划飞行 3 年（ 9.46 × 10 ⁷ 秒），试估算载有该探测器的宇宙飞船所需携带的氙的质量是多少？

（ 3 ）你认为要选用氙的理由是什么？请说出一个理由．

 

Answer 1

答案：见详解内容解析：（1）应用动能定理Uq=mv2/2，得到加速电压U=mv2/2q=v2/2K，则发动机的功率为P=400W （2）由氙离子的荷质比K=q/m，又由电流的定义式I=q/t，联立两式得到m=It/K=84kg（或84.1kg） ...