美國宇航局的冥王星探測器“新地平線”今年初成功發(fā)射,預(yù)計2015年到達(dá)冥王星,有助于全面了解冥王星本身、太陽系形成的諸多謎團(tuán).“新地平線”號探測器使用了“離子發(fā)動機(jī)”推進(jìn)技術(shù),其原理是使探測器內(nèi)攜帶的惰性氣體氙(Xe)的中性原子變?yōu)橐粌r離子,用電場加速這些氙離子,使其從探測器尾部噴出,利用反沖獲得推動力.已知探測器上離子發(fā)動機(jī)向外噴射氙離子的等效電流I=0.64A,氙離子被噴出時的速度v=2.9×104 m/s.求:
(1)“新地平線”號探測器得到的推動力F是多大?
(2)“新地平線”號探測器飛行9年到達(dá)坦普爾1號彗星,試估算探測器來回至少需帶多少氙.
(3)你認(rèn)為為什么要選用氙?請任意說出一個理由.(基本電荷e=1.6×10-19C,原子質(zhì)量單位1u=1.66×lO-27kg,1年=3.2×107s,結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)
【答案】分析:(1)根據(jù)動量定理列式;根據(jù)電流強(qiáng)度的表達(dá)式列式;最后聯(lián)立求解;
(2)先求解測器每秒發(fā)射的氙離子的質(zhì)量,再求解探測器來回至少需帶多少氙;
(3))①氙是惰性氣體,性質(zhì)穩(wěn)定,比較安全;②氙的相對原子質(zhì)量較大,在同樣電壓加速下得到的離子的動量較大;③沒有天然放射性,使用安全;④在常溫下是氣態(tài),便于貯存和傳輸.
解答:解:(1)設(shè)t=1s內(nèi)產(chǎn)生的一價離子數(shù)為n個,則I==
根據(jù)動量定理F?△t=△p=nmv.
由以上兩式得F==0.025N.
(2)探測器每秒發(fā)射的氙離子的質(zhì)量為=    
探測器來回18年,需發(fā)射氙的總質(zhì)量M=t2=500kg 
(3)①氙是惰性氣體,性質(zhì)穩(wěn)定,比較安全;②氙的相對原子質(zhì)量較大,在同樣電壓加速下得到的離子的動量較大;③沒有天然放射性,使用安全;④在常溫下是氣態(tài),便于貯存和傳輸.
答:(1)“新地平線”號探測器得到的推動力F是0.025N;
(2)“新地平線”號探測器飛行9年到達(dá)坦普爾1號彗星,探測器來回至少需帶500kg氙.
(3)選用氙的理由:①氙是惰性氣體,性質(zhì)穩(wěn)定,比較安全;②氙的相對原子質(zhì)量較大,在同樣電壓加速下得到的離子的動量較大,速度較;③沒有天然放射性,使用安全;④在常溫下是氣態(tài),便于貯存和傳輸.
點(diǎn)評:本題關(guān)鍵是明確探測器是利用反沖原理工作的,確定時間△t后,以△t時間內(nèi)的氣體為研究對象運(yùn)用動量定理分析求解.
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

美國宇航局的冥王星探測器“新地平線”今年初成功發(fā)射,預(yù)計2015年到達(dá)冥王星,有助于全面了解冥王星本身、太陽系形成的諸多謎團(tuán).“新地平線”號探測器使用了“離子發(fā)動機(jī)”推進(jìn)技術(shù),其原理是使探測器內(nèi)攜帶的惰性氣體氙(
 
131
54
Xe)的中性原子變?yōu)橐粌r離子,用電場加速這些氙離子,使其從探測器尾部噴出,利用反沖獲得推動力.已知探測器上離子發(fā)動機(jī)向外噴射氙離子的等效電流I=0.64A,氙離子被噴出時的速度v=2.9×104 m/s.求:
(1)“新地平線”號探測器得到的推動力F是多大?
(2)“新地平線”號探測器飛行9年到達(dá)坦普爾1號彗星,試估算探測器來回至少需帶多少氙.
(3)你認(rèn)為為什么要選用氙?請任意說出一個理由.(基本電荷e=1.6×10-19C,原子質(zhì)量單位1u=1.66×lO-27kg,1年=3.2×107s,結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:

(2012年2月洛陽五校聯(lián)考)美國宇航局的“新地平線”探測器在飛往冥王星的漫漫旅途中,由于離太陽太遠(yuǎn),無法使用太陽能,不得不依靠所攜帶的10.9 kg钚丸,利用其放射性衰變釋放的能量發(fā)電。已知钚丸()衰變后成為,則衰變方程為______________;若分別用m1、m2、m3表示衰變過程中核、核和放出的粒子的質(zhì)量,則衰變過程中釋放出的核能可以表示為______________。

 

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:2012年2月高考模擬優(yōu)化重組專題卷(十三)物理卷(帶解析) 題型:填空題

(2012年2月洛陽五校聯(lián)考)美國宇航局的“新地平線”探測器在飛往冥王星的漫漫旅途中,由于離太陽太遠(yuǎn),無法使用太陽能,不得不依靠所攜帶的10.9 kg钚丸,利用其放射性衰變釋放的能量發(fā)電。已知钚丸()衰變后成為,則衰變方程為______________;若分別用m1、m2、m3表示衰變過程中核、核和放出的粒子的質(zhì)量,則衰變過程中釋放出的核能可以表示為______________。

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:問答題

美國宇航局的冥王星探測器“新地平線”今年初成功發(fā)射,預(yù)計2015年到達(dá)冥王星,有助于全面了解冥王星本身、太陽系形成的諸多謎團(tuán).“新地平線”號探測器使用了“離子發(fā)動機(jī)”推進(jìn)技術(shù),其原理是使探測器內(nèi)攜帶的惰性氣體氙(
 13154
Xe)的中性原子變?yōu)橐粌r離子,用電場加速這些氙離子,使其從探測器尾部噴出,利用反沖獲得推動力.已知探測器上離子發(fā)動機(jī)向外噴射氙離子的等效電流I=0.64A,氙離子被噴出時的速度v=2.9×104 m/s.求:
(1)“新地平線”號探測器得到的推動力F是多大?
(2)“新地平線”號探測器飛行9年到達(dá)坦普爾1號彗星,試估算探測器來回至少需帶多少氙.
(3)你認(rèn)為為什么要選用氙?請任意說出一個理由.(基本電荷e=1.6×10-19C,原子質(zhì)量單位1u=1.66×lO-27kg,1年=3.2×107s,結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

查看答案和解析>>

同步練習(xí)冊答案