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静电火箭推力器是利用电能加速工作介质,形成高速射流,而产生推力的火箭发动机。图1为其工作过程简化图:首先电子枪发射出的高速电子将电离区的中性推进剂离子化(即电离出正离子),正离子被聚焦加速区的电场加速后从喷口喷出,从而使飞船获得推进或姿态调整的反冲动力。这种发动机寿命长,适用于航天器的姿态控制、位置保持和星际航行等。设每个离子的质量为m,电荷量为q,加速电压为U,从喷口喷出的正离子所形成的电流为I。忽略电离区形成离子的初速度及离子间的相互作用力。求:

(1)离子经电场加速后,从喷射口喷出时的速度大小v0;

(2)该发动机产生的平均推力大小F。

(3)假设航天器的总质量为M,正在以速度V1沿MP方向运动,已知现在的运动方向与预定方向MN成θ角,如图2所示。为了使飞船回到预定的飞行方向MN,飞船启用推进器进行调整。如果沿垂直于飞船速度V1的方向进行推进,且推进器工作时间极短,忽略离子喷射对卫星质量的影响,离子推进器喷射出的粒子数N为多少?

高三物理解答题困难题

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