Question

【題目】對于同一物理問題常常可以從宏觀與微觀兩個不同角度進(jìn)行研究，找出其內(nèi)在聯(lián)系，從而更加深刻地理解其物理本質(zhì)。

（1）質(zhì)量為M(不包括炮彈的質(zhì)量）的玩具炮可以在光滑水平面自由滑動，現(xiàn)沿水平方向以相對地面的速度v0發(fā)射一顆質(zhì)量為m的炮彈，求炮車的反沖速度大小及發(fā)射過程中至少消耗的化學(xué)能。

（2）離子推進(jìn)器也是利用反沖原理工作的，其原理如圖所示。推進(jìn)劑氙原子從P處注入腔

室C后，被電子槍G射出的電子碰撞而電離，成為帶正電的氙離子。氙離子從腔室C中飄移過柵電極A的速度大小可忽略不計。氙離子保持恒定流量進(jìn)入A、B間的加速電場，在柵電極A、B之間的電場中加速，并從柵電極B噴出，從而飛船獲得推力。忽略推進(jìn)器運動速度。己知柵電極A、B之間的電壓為U，氙離子的質(zhì)量為m。單位時間內(nèi)噴出的離子數(shù)量為n，經(jīng)加速后形成電流強(qiáng)度為I的離子束后噴出。求推進(jìn)器獲得的推力F1。

（3）—對正負(fù)電子湮滅時產(chǎn)生兩個同頻率的光子，光子向某個方向噴出時，發(fā)射光子的裝 置也能得動力，這就是“光子火箭”。若核反應(yīng)能夠持續(xù)不斷行，單位時間內(nèi)有n對正負(fù)電子湮滅，所有光子通過特殊裝置后向同一個方向出，求該‘‘光子火箭”產(chǎn)生的推力F2。己知光子能量與動量的關(guān)系為 ，其中 c為真空中的光速，h為普朗克常量。正、負(fù)電子質(zhì)量均為m

Answer 1

【答案】（1） （2） （3）

【解析】 （1）由動量守恒定律可知：0=Mv-mv0，

解得：

（2）由題意可知：M=2ntm

由動量定理：F1t=Mv

由動能定理： 其中I=nq，

解得：

（3）由動量定理：

解得：F2=4nmc