Chúng ta cùng xem xét câu hỏi sau:

“Hai điện tích điểm q1 = q, q2 = -3q đặt cách nhau một khoảng r trong chân không. Nếu q1 tác dụng lên điện tích q2 một lực có độ lớn là F thì lực tác dụng của q2 lên q1 có độ lớn là:”

Các lựa chọn là:
A. F
B. 3F
C. 1,5 F
D. 6 F

Để giải bài tập này, chúng ta cần nhớ lại Định luật Cu-lông và tính chất của lực tương tác giữa hai điện tích.

Bước 1: Nhắc lại Định luật Cu-lông

Định luật Cu-lông phát biểu rằng: Lực tương tác giữa hai điện tích điểm trong chân không có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích, có độ lớn tỉ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

Công thức của Định luật Cu-lông được biểu diễn như sau:
\[ F = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2} \]
Trong đó:
– F là độ lớn của lực tương tác giữa hai điện tích.
– k là hằng số Cu-lông. Trong chân không, \( k = 9.10^9 \frac{Nm^2}{C^2} \).
– \(q_1\) và \(q_2\) là độ lớn của hai điện tích điểm.
– r là khoảng cách giữa hai điện tích điểm.

Bước 2: Phân tích đề bài và áp dụng Định luật Cu-lông

Theo đề bài, ta có:
– Điện tích thứ nhất: \(q_1 = q\)
– Điện tích thứ hai: \(q_2 = -3q\)
– Khoảng cách giữa hai điện tích: r
– Môi trường: chân không

Đề bài cho biết lực tác dụng của \(q_1\) lên \(q_2\) có độ lớn là F. Chúng ta sẽ áp dụng công thức Định luật Cu-lông để biểu diễn F:
\[ F = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2} \]
Thay \(q_1 = q\) và \(q_2 = -3q\) vào công thức:
\[ F = k \frac{|q \cdot (-3q)|}{r^2} \]
\[ F = k \frac{|-3q^2|}{r^2} \]
Vì \(q^2\) luôn dương, nên \(|-3q^2| = 3q^2\).
\[ F = k \frac{3q^2}{r^2} \]

Bước 3: Xác định lực tác dụng của q2 lên q1

Đây là một điểm rất quan trọng mà chúng ta cần nắm vững: Theo định luật III Niutơn (định luật về phản lực), lực tác dụng của điện tích này lên điện tích kia và ngược lại là hai lực có cùng độ lớn, cùng phương, nhưng ngược chiều.

Nói cách khác, nếu \(q_1\) tác dụng lên \(q_2\) một lực có độ lớn là F, thì \(q_2\) cũng tác dụng lên \(q_1\) một lực có độ lớn chính bằng F.

Để kiểm tra lại, chúng ta có thể tính độ lớn lực tác dụng của \(q_2\) lên \(q_1\) bằng công thức Định luật Cu-lông:
Gọi lực tác dụng của \(q_2\) lên \(q_1\) là \(F’\).
\[ F’ = k \frac{|q_2 q_1|}{r^2} \]
Thay \(q_2 = -3q\) và \(q_1 = q\) vào công thức:
\[ F’ = k \frac{|(-3q) \cdot q|}{r^2} \]
\[ F’ = k \frac{|-3q^2|}{r^2} \]
\[ F’ = k \frac{3q^2}{r^2} \]

Bước 4: So sánh và kết luận

Từ Bước 2, ta có: \( F = k \frac{3q^2}{r^2} \).
Từ Bước 3, ta có: \( F’ = k \frac{3q^2}{r^2} \).

Rõ ràng, ta thấy \(F’ = F\).

Vậy, lực tác dụng của điện tích \(q_2\) lên điện tích \(q_1\) có độ lớn là F.

Kết luận:

Đáp án đúng là A. F.

Đây là một ví dụ điển hình minh họa cho tính chất cân bằng và đối xứng của lực tương tác điện. Dù độ lớn của hai điện tích có khác nhau, nhưng lực mà chúng tác dụng lên nhau luôn có độ lớn bằng nhau.

Chúc các em học tốt!