Chào các em, hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau giải bài tập về định luật Coulomb. Đây là một bài tập khá quen thuộc và giúp chúng ta củng cố lại kiến thức đã học.

Chúng ta cùng phân tích đề bài nhé. Đề bài cho biết:
– Hai điện tích điểm này là “giống nhau”, tức là chúng cùng dấu (hoặc cùng dương, hoặc cùng âm).
– Khoảng cách giữa hai điện tích là 2 cm.
– Lực đẩy giữa chúng là 10 N.
– Môi trường là “không khí”. Chúng ta sẽ coi hằng số điện môi của không khí là \(\epsilon \approx 1\).

Yêu cầu của bài toán là tính “độ lớn điện tích”. Vì hai điện tích giống nhau và đẩy nhau, nên chúng ta có thể giả sử cả hai điện tích đều mang điện tích dương hoặc cả hai đều mang điện tích âm. Tuy nhiên, theo định luật Coulomb, lực tương tác giữa hai điện tích chỉ phụ thuộc vào độ lớn của chúng, nên chúng ta sẽ tìm độ lớn của mỗi điện tích.

Để giải bài tập này, chúng ta sẽ sử dụng công thức của Định luật Coulomb. Các em còn nhớ công thức này không nhỉ?

Định luật Coulomb phát biểu rằng: Lực tương tác giữa hai điện tích điểm đặt trong chân không hoặc trong một môi trường điện môi đồng tính có phương nằm trên đường thẳng nối hai điện tích, độ lớn tỉ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

Trong không khí, công thức tính độ lớn lực tương tác giữa hai điện tích điểm được biểu diễn như sau:

\[ F = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2} \]

Trong đó:
– \(F\) là độ lớn lực tương tác giữa hai điện tích (đơn vị Newton, N).
– \(k\) là hằng số Coulomb. Trong chân không, \(k \approx 9 \times 10^9 \, \text{Nm}^2/\text{C}^2\). Trong không khí, ta có thể xấp xỉ \(k \approx 9 \times 10^9 \, \text{Nm}^2/\text{C}^2\) vì hằng số điện môi của không khí gần bằng 1.
– \(|q_1|\) và \(|q_2|\) là độ lớn của hai điện tích (đơn vị Coulomb, C).
– \(r\) là khoảng cách giữa hai điện tích (đơn vị mét, m).

Bây giờ, chúng ta sẽ áp dụng công thức này vào bài toán của mình.

Bước 1: Tóm tắt các đại lượng đã cho và đổi đơn vị về đơn vị chuẩn.
Đề bài cho:
– Lực đẩy \(F = 10 \, \text{N}\).
– Khoảng cách giữa hai điện tích \(r = 2 \, \text{cm}\). Chúng ta cần đổi sang mét: \(r = 2 \, \text{cm} = 0.02 \, \text{m}\).
– Hai điện tích giống nhau, nên ta có \(|q_1| = |q_2|\). Gọi độ lớn của mỗi điện tích là \(|q|\). Vậy, \(|q_1 q_2| = |q|^2\).

Bước 2: Thay các giá trị đã cho vào công thức Định luật Coulomb.
Vì hai điện tích giống nhau và đẩy nhau, nên \(q_1\) và \(q_2\) cùng dấu. Ta có \(|q_1 q_2| = |q|^2\).
Công thức trở thành:
\[ F = k \frac{|q|^2}{r^2} \]

Bước 3: Biến đổi công thức để tìm \(|q|\).
Từ công thức trên, ta có thể suy ra:
\[ |q|^2 = \frac{F \cdot r^2}{k} \]
Lấy căn bậc hai hai vế, ta được độ lớn của điện tích:
\[ |q| = \sqrt{\frac{F \cdot r^2}{k}} \]

Bước 4: Thay số và tính toán.
Ta có:
\(F = 10 \, \text{N}\)
\(r = 0.02 \, \text{m}\)
\(k \approx 9 \times 10^9 \, \text{Nm}^2/\text{C}^2\)

Thay vào công thức tìm \(|q|\):
\[ |q| = \sqrt{\frac{10 \cdot (0.02)^2}{9 \times 10^9}} \]
Tính toán trong căn:
\( (0.02)^2 = (2 \times 10^{-2})^2 = 4 \times 10^{-4} \)
\( 10 \cdot (0.02)^2 = 10 \cdot (4 \times 10^{-4}) = 4 \times 10^{-3} \)
\( \frac{4 \times 10^{-3}}{9 \times 10^9} = \frac{4}{9} \times 10^{-12} \)

Vậy:
\[ |q| = \sqrt{\frac{4}{9} \times 10^{-12}} \]
\[ |q| = \sqrt{\frac{4}{9}} \times \sqrt{10^{-12}} \]
\[ |q| = \frac{2}{3} \times 10^{-6} \]

Ta có thể đổi đơn vị từ Coulomb sang microcoulomb (µC) để dễ hình dung hơn.
\(1 \, \text{µC} = 10^{-6} \, \text{C}\).
Do đó:
\[ |q| = \frac{2}{3} \, \text{µC} \]

Hoặc chúng ta có thể để ở dạng số thập phân:
\( \frac{2}{3} \approx 0.667 \)
\[ |q| \approx 0.667 \times 10^{-6} \, \text{C} \]

Kết luận: Độ lớn của mỗi điện tích là \( \frac{2}{3} \times 10^{-6} \) Coulomb (hoặc khoảng 0.667 microcoulomb).

Như vậy, chúng ta đã giải xong bài tập này. Các em lưu ý cách áp dụng đúng công thức và đổi đơn vị khi làm bài nhé. Nếu có thắc mắc gì, các em cứ hỏi.