离子推进器推力计算
高考物理动量定理题20套(带答案)及解析
高考物理动量定理题20套(带答案)及解析一、高考物理精讲专题动量定理1．如图所示，光滑水平面上有一轻质弹簧，弹簧左端固定在墙壁上，滑块A以v0＝12 m/s 的水平速度撞上静止的滑块B并粘在一起向左运动，与弹簧作用后原速率弹回，已知A、B 的质量分别为m1＝0.5 kg、m2＝1.5 kg。
求：①A与B撞击结束时的速度大小v；②在整个过程中，弹簧对A、B系统的冲量大小I。
【答案】①3m/s；②12N•s【解析】【详解】①A、B碰撞过程系统动量守恒，以向左为正方向由动量守恒定律得m1v0=（m1+m2）v代入数据解得v=3m/s②以向左为正方向，A、B与弹簧作用过程由动量定理得I=（m1+m2）（-v）-（m1+m2）v代入数据解得I=-12N•s负号表示冲量方向向右。
2．如图所示,固定在竖直平面内的4光滑圆弧轨道AB与粗糙水平地面BC相切于B点。
质量m=0.1kg的滑块甲从最高点A由静止释放后沿轨道AB运动,最终停在水平地面上的C 点。
现将质量m=0.3kg的滑块乙静置于B点,仍将滑块甲从A点由静止释放结果甲在B点与乙碰撞后粘合在一起,最终停在D点。
已知B、C两点间的距离x=2m,甲、乙与地面间的动摩擦因数分别为=0.4、=0.2,取g=10m/s,两滑块均视为质点。
求:(1)圆弧轨道AB的半径R;(2)甲与乙碰撞后运动到D点的时间t【答案】(1) (2)【解析】【详解】（1）甲从B点运动到C点的过程中做匀速直线运动，有：v B2=2a1x1；根据牛顿第二定律可得：对甲从A点运动到B点的过程，根据机械能守恒：解得v B=4m/s；R=0.8m；（2）对甲乙碰撞过程，由动量守恒定律：；若甲与乙碰撞后运动到D点，由动量定理：解得t=0.4s3．甲图是我国自主研制的200mm离子电推进系统，已经通过我国“实践九号”卫星空间飞行试验验证，有望在2015年全面应用于我国航天器．离子电推进系统的核心部件为离子推进器，它采用喷出带电离子的方式实现飞船的姿态和轨道的调整，具有大幅减少推进剂燃料消耗、操控更灵活、定位更精准等优势．离子推进器的工作原理如图乙所示，推进剂氙原子P喷注入腔室C后，被电子枪G射出的电子碰撞而电离，成为带正电的氙离子．氙离子从腔室C中飘移过栅电极A的速度大小可忽略不计，在栅电极A、B之间的电场中加速，并从栅电极B喷出．在加速氙离子的过程中飞船获得推力．已知栅电极A、B之间的电压为U，氙离子的质量为m、电荷量为q．（1）将该离子推进器固定在地面上进行试验．求氙离子经A、B之间的电场加速后，通过栅电极B时的速度v的大小；（2）配有该离子推进器的飞船的总质量为M，现需要对飞船运行方向作一次微调，即通过推进器短暂工作让飞船在与原速度垂直方向上获得一很小的速度Δv，此过程中可认为氙离子仍以第（1）中所求的速度通过栅电极B．推进器工作时飞船的总质量可视为不变．求推进器在此次工作过程中喷射的氙离子数目N．（3）可以用离子推进器工作过程中产生的推力与A、B之间的电场对氙离子做功的功率的比值S来反映推进器工作情况．通过计算说明采取哪些措施可以增大S，并对增大S的实际意义说出你的看法．【答案】（1）（2）（3）增大S可以通过减小q、U或增大m的方法．提高该比值意味着推进器消耗相同的功率可以获得更大的推力．【解析】试题分析：（1）根据动能定理有解得：（2）在与飞船运动方向垂直方向上，根据动量守恒有：MΔv=Nmv 解得：（3）设单位时间内通过栅电极A 的氙离子数为n ，在时间t 内，离子推进器发射出的氙离子个数为N nt =，设氙离子受到的平均力为F '，对时间t 内的射出的氙离子运用动量定理，F t Nmv ntmv ='=，F '= nmv根据牛顿第三定律可知，离子推进器工作过程中对飞船的推力大小F=F '= nmv 电场对氙离子做功的功率P= nqU 则根据上式可知：增大S 可以通过减小q 、U 或增大m 的方法． 提高该比值意味着推进器消耗相同的功率可以获得更大的推力． （说明：其他说法合理均可得分） 考点：动量守恒定律；动能定理；牛顿定律.4．如图所示，长为1m 的长木板静止在粗糙的水平面上，板的右端固定一个竖直的挡板，长木板与挡板的总质量为M =lkg ，板的上表面光滑，一个质量为m= 0.5kg 的物块以大小为 t 0=4m/s 的初速度从长木板的左端滑上长木板，与挡板碰撞后最终从板的左端滑离，挡板对物 块的冲量大小为2. 5N • s ，已知板与水平面间的动摩擦因数为μ= 0.5,重力加速度为g=10m/s 2，不计物块与挡板碰撞的时间，不计物块的大小。
2024届安徽省江淮十校高三上学期模拟预测联考高效提分物理试题
2024届安徽省江淮十校高三上学期模拟预测联考高效提分物理试题一、单项选择题（本题包含8小题，每小题4分，共32分。
在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）(共8题)第(1)题在万有引力作用下，太空中的某三个天体可以做相对位置不变的圆周运动，假设a、b两个天体的质量均为M，相距为2r，其连线的中点为O，另一天体（图中未画出）质量为m（m << M），若c处于a、b连线的垂直平分线上某特殊位置，a、b、c可视为绕O点做角速度相同的匀速圆周，且相对位置不变，忽略其他天体的影响。
引力常量为G。
则（）A．c的线速度大小为a的倍B．c的向心加速度大小为b的一半C．c在一个周期内的路程为2πr D．c的角速度大小为第(2)题如图所示，足够长水平传送带逆时针转动的速度大小为，一小滑块从传送带左端以初速度大小滑上传送带，小滑块与传送带之间的动摩擦因数为μ，小滑块最终又返回到左端。
已知重力加速度为g，下列说法正确的是（）A．小滑块的加速度向右，大小为μgB．若，小滑块返回到左端的时间为C．若，小滑块返回到左端的时间为D．若，小滑块返回到左端的时间为第(3)题我国是世界上第三个突破嵌套式霍尔电推进技术的国家。
霍尔推进器的工作原理简化如下图所示，放电通道的两极间存在一加速电场。
工作物质氙气进入放电通道后被电离为氙离子，经电场加速后以某一速度喷出，从而产生推力。
某次实验中，加速电压为U，氙离子向外喷射形成的电流强度为I．氙离子的电荷量与质量分别为q和m，忽略离子的初速度及离子间的相互作用，则离子推进器产生的推力为（ ）A．B．C．D．第(4)题大量的科学发展促进了人们对原子、原子核的认识，下列关于近代物理知识的描述中，正确的是（）A．能量为的基态氢原子可以吸收能量为的光子跃迁至能量为的激发态B．比结合能越小，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定C．衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的D．在核反应中，是质子，这个反应过程叫原子核的人工转变第(5)题如图所示，在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，沿边缘内壁放一个圆环形电极，将两电极接在稳压电源（输出恒定电压）的两极上，然后在玻璃皿中放入导电液体，把玻璃皿放入蹄形磁铁的磁场中，N极在下，S极在上，则（ ）A．通电液体在磁场中的力叫电场力B．判断通电液体在磁场中受力方向应使用右手定则C．导电液体电阻率越大，旋转效果越明显D．液体将逆时针旋转（自上往下看）第(6)题深秋的公园里金黄的银杏树成为游客打卡拍照的网红景点。
高中物理动量定理题20套(带答案)含解析
【答案】（1）
（2）
（3）增大 S 可以通过减小 q、
U 或增大 m 的方法． 提高该比值意味着推进器消耗相同的功率可以获得更大的推力． 【解析】
试题分析：（1）根据动能定理有
解得：
（2）在与飞船运动方向垂直方向上，根据动量守恒有：MΔv=Nmv
解得：
（3）设单位时间内通过栅电极 A 的氙离子数为 n，在时间 t 内，离子推进器发射出的氙离 子个数为 N nt ，设氙离子受到的平均力为 F ，对时间 t 内的射出的氙离子运用动量定 理， Ft Nmv ntmv ， F = nmv 根据牛顿第三定律可知，离子推进器工作过程中对飞船的推力大小 F= F = nmv 电场对氙离子做功的功率 P= nqU
﹣μ(m0+m)gt=(m0+m)(v2﹣v1) 解得：物块相对于木板滑行的时间
t v2 v1 1s g
3．甲图是我国自主研制的 200mm 离子电推进系统， 已经通过我国“实践九号”卫星空间飞 行试验验证，有望在 2015 年全面应用于我国航天器．离子电推进系统的核心部件为离子推 进器，它采用喷出带电离子的方式实现飞船的姿态和轨道的调整，具有大幅减少推进剂燃 料消耗、操控更灵活、定位更精准等优势．离子推进器的工作原理如图乙所示，推进剂氙 原子 P 喷注入腔室 C 后，被电子枪 G 射出的电子碰撞而电离，成为带正电的氙离子．氙离 子从腔室 C 中飘移过栅电极 A 的速度大小可忽略不计，在栅电极 A、B 之间的电场中加 速，并从栅电极 B 喷出．在加速氙离子的过程中飞船获得推力． 已知栅电极 A、B 之间的电压为 U，氙离子的质量为 m、电荷量为 q．
由动量定理 F Gt p
得小球受到地面的平均作用力是 F=12N
5．如图甲所示，足够长光滑金属导轨 MN、PQ 处在同一斜面内，斜面与水平面间的夹角 θ=30°，两导轨间距 d=0.2 m，导轨的 N、Q 之间连接一阻值 R=0.9 Ω 的定值电阻。金属杆 ab 的电阻 r=0.1 Ω，质量 m=20 g，垂直导轨放置在导轨上。整个装置处在垂直于斜面向上 的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度 B=0.5 T。现用沿斜面平行于金属导轨的力 F 拉着金 属杆 ab 向上运动过程中，通过 R 的电流 i 随时间 t 变化的关系图像如图乙所示。不计其它 电阻，重力加速度 g 取 10 m/s2。
无工质推进器推力计算公式
无工质推进器推力计算公式在航天领域，推进器是非常重要的设备，它能够提供飞行器所需的推力，使飞行器能够在太空中飞行。
无工质推进器是一种常见的推进器类型，它不需要外部的工质，通过电磁力或其他方式产生推力。
本文将介绍无工质推进器的推力计算公式，并对其进行深入的解析。
无工质推进器推力计算公式如下：F = (Isp g Q) / Ve。
其中，F表示推力，Isp表示比冲，g表示重力加速度，Q表示推进器的功率，Ve表示推进器的喷气速度。
首先，我们来解释一下这个公式中各个参数的含义。
比冲(Isp)是一个衡量推进器效率的参数，它表示单位质量推进剂能够产生的推力。
比冲越大，推进器的效率越高。
通常情况下，比冲的单位是秒，常见的比冲数值在200秒到500秒之间。
重力加速度(g)是地球表面的重力加速度，通常取9.8米/秒^2。
推进器的功率(Q)是指推进器所消耗的功率，通常以瓦特为单位。
推进器的喷气速度(Ve)是指推进器排出喷气的速度，通常以米/秒为单位。
根据这个公式，我们可以看到推力与比冲、重力加速度、推进器功率和喷气速度都有关系。
比冲越大，推力越大；推进器功率越大，推力也越大；喷气速度越大，推力也越大。
而重力加速度则会对推力产生负面影响，因为它会消耗一部分推力来克服重力。
在实际应用中，推力的计算是非常重要的，它可以帮助工程师们确定飞行器的性能和设计参数。
通过推力计算公式，工程师们可以选择合适的推进器，以满足飞行器的需求。
同时，推力的计算也可以帮助工程师们优化飞行器的设计，以提高其性能和效率。
除了推力计算公式外，还有一些其他因素也会影响推力的大小。
例如，推进器的结构、材料和工艺都会对推力产生影响。
此外，环境因素如温度、压力等也会对推力产生影响。
因此，在实际应用中，工程师们需要综合考虑这些因素，以确定最终的推力大小。
总之，无工质推进器推力计算公式是航天领域中非常重要的公式，它可以帮助工程师们确定飞行器的推力大小，从而指导飞行器的设计和制造。
推力只够举起8根头发，为啥霍尔推进器能使我国空间站叫板美国？
推力只够举起8根头发，为啥霍尔推进器能使我国空间站叫板美国？我国新一代空间站即将开建，未来将安装4台LHT100型霍尔离子推进器，单台推力80毫牛，虽然推力很小，但在推进原理方面却比由美国主导、采用化学推进的国际空间站整整领先了一代！中国天宫空间站构型80毫牛的推力是个什么概念？一根头发丝儿重量约1毫克，如果在地球上，举起它需要10毫牛，80毫牛霍尔推进器只能举起8根头发！那么问题来了：“离子推进”、“霍尔电推”都是什么原理，推力这么小，为什么还总说它先进呢？人马君今天和大家聊聊这种神奇的推进方式，相信看完之后您就不会再一头雾水了！推力虽小，却有大用霍尔电推是离子推进器的一种，而离子推进器并不是新生事物，它早已应用在航天器上。
记得嫦娥五号在执行月球采样任务时，总有不少人拿日本的隼鸟号小行星探测器跟嫦五对比，说隼鸟号由于采用离子发动机，所以比嫦五更先进。
这纯属无稽之谈。
由于推力太小，仅28毫牛，与嫦五的7500牛和3000牛发动机没法儿比，如果让隼鸟号去执行登月任务，一定会像某船二号那样摔得稀巴烂，返回就更别提了。
飞行了数亿公里的隼鸟号但为什么这么小的推力用在空间站上，又要说它很先进，是不是太双标了？并没有！咱们举个不太形象的栗子：喜欢打羽毛球的朋友应该不少，羽毛球可以暴力扣杀，也可以轻轻地把球推到网前，两种打法相辅相成，都很有用。
如果你用扣杀的力量去放网前球，那就打过头了，而且杀几次就会把力气用光，后继乏力。
而轻巧的网前小球却可以很好地控制方向，并且几乎不会累。
化学火箭就如同暴力扣杀，霍尔电推则更像是温柔的网前小球，推力小有小的好处，它可以用很少的燃料实现长时间的推进，还可以更精确的调整航天器的姿态。
化学火箭属于“大力出奇迹”这种能力对大型空间站或卫星来说非常实用。
它们本来已经在地球轨道上安了家，不用动力就能绕着地球转，按说不再需要火箭推进了。
但近地轨道并不是完全的真空，存在非常非常稀薄的大气分子。
北京市朝阳区2021届-2023届高考物理三年模拟(二模)按题型分类汇编-02解答题
圆轨道 1 上；②在 A 点点火加速使航天器沿椭圆轨道 2 运行，轨道 1 和轨道 2 相切于 A
点，A、B 分别为轨道 2 的近地点与远地点，地球的中心位于椭圆的一个焦点；③在远
地点 B 再次点火加速，航天器沿圆轨道 3 运行，轨道 2 和轨道 3 相切于 B 点。已知引
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间均匀增加，变化率为 k。该变化磁场激发感生电场，距圆心 r 处的电场强度大小分布
满足如下关系：
E感
k rr
2 ka2 1 ( 2r
a
r
a
)
。电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备。
一种电子感应加速器的简化模型如图 2 所示，空间存在垂直纸面向里的磁场，在以 O
小
B
0I 2πr
（其中
0
为已知常数）。图中
P
点与
P
相对于
V
形导线顶点对称，位于角平
分线上。求 P 点的磁感应强度大小 B 。
13．（2022·北京朝阳·统考二模）“星空浩瀚无比，探索永无止境。”人类从未停止对宇宙 的探索，中国航天事业正在创造更大的辉煌。 （1）变轨技术是航天器入轨过程中的重要一环。实际航行中的变轨过程较为复杂，为 方便研究我们将航天器的变轨过程简化为如图 1 所示的模型：①将航天器发射到近地
水平距离为 2s，重力加速度为 g。不计空气阻力。求小球抛出时的初速度 v0 。
（2）点电荷 q 与无限大金属平板 M 之间的电场线分布如图 2 所示，金属板 M 接地，
它表面处的电场线均与其表面垂直。A 点在点电荷到金属板的垂线上，且靠近 M 板。
已知点电荷与金属板间的距离为 d。求 A 点电场强度的大小 E。
离子火箭推力
离子火箭推力简介离子火箭是一种基于离子推进技术的航天器推进系统，利用离子加速器将工作气体转化为离子，然后通过引力加速这些离子并排出，以产生推力。
相比传统火箭推进系统，离子火箭具有较高的比冲、较低的推力和推进剂消耗，使其能够实现长时间的推进。
离子火箭推进技术原理离子火箭推进技术的原理是基于离子的加速和排出。
其主要包括以下几个关键步骤：1. 离子产生离子火箭推进系统通常使用一种称为离子发动机的装置来产生离子。
离子发动机包括一个电离腔室，通过向工作气体（通常是氙气或氩气）施加高能电子，将气体中的原子或分子电离成离子。
2. 离子加速离子被电离后，会通过一个加速器进行加速。
加速器通常是一个带有正电极和负电极的间隔很窄的组件，通过施加电场来加速离子。
由于离子火箭使用的推进剂是离子而不是燃料，因此可以达到很高的离子速度，从而提供较高的比冲。
3. 离子排出加速后的离子通过排出装置被释放到空间中，产生推力。
排出装置通常是一个带有小孔的网状结构，这些小孔只允许离子通过而阻挡大部分中性分子。
由于离子的质量很小，它们在排出时可以达到很高的速度，从而产生的推力较大。
离子火箭的优势相比传统的化学火箭推进系统，离子火箭具有以下技术优势：1. 较高的比冲离子火箭的比冲远远高于传统火箭推进系统。
比冲是指单位推进剂质量所能提供的推力功率，它决定了火箭的燃料效率。
由于离子火箭使用的是离子而不是燃料，因此离子火箭具有较高的比冲，能够提供更高的推进效率。
2. 较低的推力和推进剂消耗离子火箭的推力通常较低，这是由于离子的质量很小。
然而，由于离子速度很高，它们的动能较大，因此离子火箭仍然能够提供足够的推力来实现太空探索任务。
此外，由于离子火箭的推进剂消耗较低，相比传统火箭，离子火箭具有更长的使用寿命，能够实现长时间的推进。
3. 长时间推进离子火箭由于推进剂消耗较低，能够实现长时间的推进。
这使得离子火箭非常适合进行深空探测任务，如行星间转移、卫星轨道维持等。
2023年北京市通州区高考物理一模试卷+答案解析(附后)
2023年北京市通州区高考物理一模试卷1. 如图为氢原子能级图，大量处于激发态的氢原子，当它们自发地跃迁到较低能级时，下列说法正确的是( )A. 这些氢原子跃迁时最多可产生3种不同频率的光子B. 由能级跃迁到能级时发出光子的波长最长C. 核外电子动能减少，电势能增加D. 该氢原子放出光子，能量减少2. 一束复色光由空气斜射向平行玻璃砖，入射角为，从另一侧射出时分成a、b两束单色光，如图所示，下列说法正确的是( )A. 增大，b光会先消失B. a光从玻璃砖射入空气后，频率变大C. 该玻璃砖对a光的折射率大于b光的折射率D. a光在该玻璃砖中的传播速度大于b光在该玻璃砖中的传播速度3. 为欢迎同学们新学期回归校园，老师用气球布置教室，给气球缓慢打气过程中，球内气体温度可视为不变。
下列说法正确的是( )A. 由于气体把气球充满，球内气体分子间表现为斥力B. 由于该老师对气球内气体做功，气球内气体分子平均动能增大C. 气球内气体的压强是由于大量气体分子频繁撞击器壁产生D. 气球内气体的体积等于所有气体分子的体积之和4. 如图所示，和是两相干水波波源，它们振动同步且振幅相同，振幅。
实线和虚线分别表示在某一时刻它们所发出的波的波峰和波谷。
已知两列波的波长均为5cm，A、B、C三质点的平衡位置在同一直线上，且B点为AC连线的中点。
下列说法正确的是( )A. 此时B点正竖直向下运动B. C点处于振动的减弱区C. 此时A、C两点的竖直高度差为20cmD. 再经过半个周期，质点C运动至A处5. 如图甲为交流发电机的原理图，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动。
线圈的电阻为，线圈与外电路连接的定值电阻为，电压表为理想交流电表。
线圈产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示。
下列说法正确的是( )A. 交流电的频率为100HzB. 电压表的读数为220VC.时，线框平面与磁场平面平行D. 发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为6. 2022年6月5日，我国的神舟十四号载人飞船与距地表约400km的空间站完成径向交会对接。
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离子推进器推力计算
离子推进器是一种电推进技术，其推进原理是利用电磁场加速离
子并将其排出喷口，产生推力。
离子推进器的推力计算是非常重要的
基础工作，本文将介绍离子推进器推力计算的相关知识，具体内容如下：
一、推力的定义和计算公式
推力是指离子推进器向相反方向喷出离子产生的力，它的大小可
以通过牛顿第二定律计算得出：F=ma，其中F表示推力，m表示喷出离子的质量，a表示加速度。
根据电磁场理论，可以得到离子的加速度公式：a=qE/m，其中q表示离子带电荷量，E表示电磁场强度，m表示离
子质量。
将加速度公式代入牛顿第二定律中，可以得到离子推进器的
推力公式：F=qEΔm/t，其中Δm表示单位时间内喷出离子的质量，t
表示喷出离子的时间。
二、推力的影响因素
离子推进器的推力与离子的质量、离子的速度、电场强度等多个
因素有关。
离子质量越大，推力也就越大；离子速度越快，推力也会
随之增加；电场强度越大，推力也会增加。
三、离子推进器推力计算的应用
离子推进器推力计算在航天技术中有着广泛的应用。
在设计航天
器时，需要确定离子推进器的推力大小，以保证航天器能够完成预定
任务。
同时，离子推进器推力的大小还会影响到航天器的轨道和姿态
控制等方面的设计，因此推力计算是航天器设计中非常重要的一环。
四、离子推进器推力计算的优化方法
为了提高离子推进器的推力性能，需要采取一系列优化措施。
例如，可以选择适当的离子种类和工作气压，以增加离子的质量和速度；可以通过改变电场强度来控制离子的加速度，从而使推力达到最大化；还可以优化喷口结构，降低喷出离子的速度分布，提高推力效率。
综上所述，离子推进器推力计算是离子推进技术中的重要内容，
它与航天器的设计和性能有着密切的关系，需要进行科学、准确的计算和优化。