離子推進器是太空飛行器常用的動力系統(tǒng)，某種推進器設(shè)計的簡化原理如圖1所示，截面半徑為R的圓柱腔分為兩個工作區(qū)。I為電離區(qū)，將氙氣電離獲得1價正離子II為加速區(qū)，長度為L，兩端加有電壓，形成軸向的勻強電場。I區(qū)產(chǎn)生的正離子以接近0的初速度進入II區(qū)，被加速后以速度vM從右側(cè)噴出。

I區(qū)內(nèi)有軸向的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B，在離軸線R/2處的C點持續(xù)射出一定速度范圍的電子。假設(shè)射出的電子僅在垂直于軸線的截面上運動，截面如圖2所示（從左向右看）。電子的初速度方向與中心O點和C點的連線成α角（0<α<90?）。推進器工作時，向I區(qū)注入稀薄的氙氣。電子使氙氣電離的最小速度為v0，電子在I區(qū)內(nèi)不與器壁相碰且能到達的區(qū)域越大，電離效果越好。已知離子質(zhì)量為M；電子質(zhì)量為m，電量為e。（電子碰到器壁即被吸收，不考慮電子間的碰撞）。

（1）求II區(qū)的加速電壓及離子的加速度大小；

（2）為取得好的電離效果，請判斷I區(qū)中的磁場方向（按圖2說明是“垂直紙面向里”或“垂直紙面向外”）；

（3）ɑ為90?時，要取得好的電離效果，求射出的電子速率v的范圍；

（4）要取得好的電離效果，求射出的電子最大速率vmax與α的關(guān)系。



【考點分析】 勻強電場中的運動，勻變速直線運動，帶電粒子在勻強磁場中的運動

【解析】(1)離子在電場中加速，由動能定理可知

得到：

離子做勻加速直線運動，由運動學(xué)關(guān)系可知

得到：a=vM2/2L


練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源： 題型：


如圖所示，半徑為R的半圓形光滑軌道AB固定在水平地面上，一個質(zhì)量為m的小球以某一速度沖上軌道AB，當(dāng)小球?qū)⒁獜能壍揽?i>B飛出時，對軌道的壓力恰好為零，則小球落地點C距A的距離為(　　)

A．R　　　

B．1.5R　　　

C．2R　　　

D．2.5R

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科目：高中物理 來源： 題型：


如圖所示，水平桌面上有一輕彈簧，左端固定在A點，彈簧處于自然狀態(tài)時其右端位于B點．水平桌面右側(cè)有一豎直放置的光滑軌道MNP，其形狀為半徑R＝0.8m的圓環(huán)剪去了左上角135°的圓弧，MN為其豎直直徑，P點到桌面的豎直距離也是R.用質(zhì)量m1＝0.4kg的物塊將彈簧緩慢壓縮到C點，釋放后彈簧恢復(fù)原長時物塊恰停止在B點．用同種材料、質(zhì)量為m2＝0.2kg的物塊將彈簧也緩慢壓縮到C點釋放，物塊經(jīng)過B點后其位移與時間的關(guān)系為x＝6t－2t2，物塊從桌面右邊緣D點飛離桌面后，由P點沿圓軌道切線落入圓軌道．g＝10m/s2，求：

(1)BP間的水平距離；

(2)判斷m2能否沿圓軌道到達M點；

(3)釋放后m2運動過程中克服摩擦力做的功．

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科目：高中物理 來源： 題型：


下圖是工廠的流水線的一部分，傳送盤運來的工件由導(dǎo)向板按原速率轉(zhuǎn)移到工作臺上，操作員將完成作業(yè)的工件輕放到傳送帶上進行下一道工序．工件與傳送盤、傳送帶之間的動摩擦因數(shù)都為μ1＝0.6，與工作臺的動摩擦因數(shù)為μ2＝0.2，傳送盤上的工件到轉(zhuǎn)軸的距離為R＝2m.取g＝10m/s2，認為最大靜摩擦力等于滑動摩擦力．求：

(1)要使工件不被傳送盤甩出去，傳送盤的轉(zhuǎn)速不超過多少轉(zhuǎn)/分；

(2)為便于作業(yè)，工件必須停在工作臺上，工作臺至少有多長；

(3)若工件傳到工作臺上的初速度為v1＝2.4m/s，傳送都是等時間間隔的，操作員每秒處理兩個工件，工件在工作臺上沒有積壓，在(2)問所述的工作臺上，最多有幾個工件；

(4)若傳送帶足夠長，傳送帶以恒定速率v2＝3m/s運送質(zhì)量為m＝0.5kg的工件，平均每傳送一個工件，電動機對皮帶做功的平均功率為多少．不計其他阻力．

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如圖1所示，兩根光滑平行導(dǎo)軌水平放置，間距為L，其間有豎直向下的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B。垂直于導(dǎo)軌水平對稱放置一根均勻金屬棒。從t=0時刻起，棒上有如圖2所示的持續(xù)交流電流I，周期為T，最大值為Im，圖1中I所示方向為電流正方向。則金屬棒

A.一直向右移動

B.速度隨時間周期性變化

C.受到的安培力隨時間周期性變化

D.受到的安培力在一個周期內(nèi)做正功

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 “人造小太陽”托卡馬克裝置使用強磁場約束高溫等離子體，使其中的帶電粒子被盡可能限制在裝置內(nèi)部，而不與裝置器壁碰撞。已知等離子體中帶電粒子的平均動能與等離子體的溫度T成正比，為約束更高溫度的等離子體，則需要更強的磁場，以使帶電粒子的運動半徑不變。由此可判斷所需的磁感應(yīng)強度B正比于

A．       B．       C．       D．

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在光滑水平地面上有一凹槽A，中央放一小物塊B。物塊與左右兩邊槽壁的距離如圖所示，L為1.0m。凹槽與物塊的質(zhì)量均為m，兩者之間的動摩擦因數(shù)μ為0.5。開始時物塊靜止，凹槽以初速度向右運動，設(shè)物塊與凹槽壁碰撞過程中沒有能量損失，且碰撞時間不計。g取10m/s2。求：

（1）物塊與凹槽相對靜止時的共同速度；

（2）從凹槽開始運動到兩者相對靜止物塊與右側(cè)槽壁碰撞的次數(shù)；

（3）從凹槽開始運動到兩者相對靜止所經(jīng)歷的時間及該時間內(nèi)凹槽運動的位移大小。

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如圖所示，一圓環(huán)上均勻分布著正電荷，x軸垂直于環(huán)面且過圓心O.下列關(guān)于x軸上的電場強度和電勢的說法中正確的是

A．O點的電場強度為零.電勢最低

B．O點的電場強度為零.電勢最高

C．從O點沿x軸正方向，電場強度減小，電勢升高

D．O點沿x軸正方向，電場強度增大，電勢降低

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科目：高中物理 來源： 題型：


如圖所示，甲為t = 1s時某橫波的波形圖像，乙為該波傳播方向上某一質(zhì)點的振動圖像，距該質(zhì)點△x = 0.5m處質(zhì)點的振動圖像可能是：（   ）

 


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