Question

“離子發動機”是一種新型的宇宙飛船用的發動機，其原理是設法使探測器內攜帶的惰性氣體氙（）的中性原子變為一價離子，然后用電場加速這些氙離子使其高速從探測器尾部噴出，利用反沖使探測器得到推動力．由于單位時間內噴出的氣體離子質量很小，飛船得到的加速度將非常小，但經過足夠長時間的加速，同樣可以得到很大的速度，某探測器使用了“離子發動機”技術，已知離子發動機向外噴射氙離子的等效電流大小為I=0.64A，氙離子的荷質比（電荷量與質量之比）為K=e/m=7.2×10⁵C/kg，氣體離子被噴出時的速度是v=3.0×10⁴m/s，求：

（1）這臺離子發動機的功率為多大？

（2）該探測器要到達的目的地是博雷利彗星，計劃飛行3年（9.46×10⁷秒），試估算載有該探測器的宇宙飛船所需攜帶的氙的質量是多少？

（3）你認為要選用氙的理由是什么？請說出一個理由．

 

Answer 1

答案：見詳解內容
解析：

（1）應用動能定理Uq=mv2/2，得到加速電壓U=mv2/2q=v2/2K，則發動機的功率為P=400W （2）由氙離子的荷質比K=q/m，又由電流的定義式I=q/t，聯立兩式得到m=It/K=84kg（或84.1kg） （3）以下任一種答案（含其他類同的答案）均正確： 　�、僖粌r氙離子的荷質比小所以當等效電流I和推進劑速度v相同的情況下，探測器得到的推動力F比離子發動機的功率P大． 　�、陔�是惰性氣體，性質穩定，比較安全． 　�、垭�的原子量較大，在同樣電壓下得到的離子的動量較大． 　�、軟]有天然放射性，使用安全等．

提示：