Câu hỏi
Cho 4 điện tích \({q_{1\;}} = {q_{2\;}} = {q_{3\;}} = {q_4} = - {2.10^{ - 8}}C\) lần lượt đặt tại 4 đỉnh của hình vuông ABCD cạnh 4cm theo thứ tự A, B, C, D. Tìm lực điện tổng hợp tác dụng lên điện tích đặt tại D?
- A \(2,{31.10^{ - 3}}N\)
- B \(2,{06.10^{ - 3}}N\)
- C \(4,{06.10^{ - 3}}N\)
- D \(4,{31.10^{ - 3}}N\)
Phương pháp giải:
+ Lực tương tác giữa hai điện tích: \({F_{12}} = \dfrac{{k.\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{{r^2}}}\)
+ Hai điện tích cùng dấu thì đẩy nhau, hai điện tích trái dấu thì hút nhau.
+ Lực tổng hợp tác dụng lên điện tích điểm: \(\overrightarrow F = \overrightarrow {{F_1}} + \overrightarrow {{F_2}} + \overrightarrow {{F_3}} \)
+ Vẽ hình, sử dụng các kiến thức hình học để tính toán.
Lời giải chi tiết:
Biểu diễn các lực tác dụng lên q4 như hình vẽ:
Ta có: \(\left\{ \begin{array}{l}\left| {{q_{1\;}}} \right| = \left| {{q_{2\;}}} \right| = \left| {{q_{3\;}}} \right| = \left| {{q_4}} \right| = {2.10^{ - 8}}C\\AB = BC = CD = DA = 4cm\\BD = \sqrt {A{B^2} + A{D^2}} = \sqrt {{4^2} + {4^2}} = 4\sqrt 2 cm\end{array} \right. \Rightarrow {F_1} = {F_3}\)
Lực tác dụng lên q4: \(\overrightarrow F = \overrightarrow {{F_1}} + \overrightarrow {{F_2}} + \overrightarrow {{F_3}} \)
Với: \(\left\{ \begin{array}{l}{F_1} = {F_3} = \dfrac{{k.\left| {{q_1}{q_4}} \right|}}{{A{D^2}}} = \dfrac{{{{9.10}^9}.{{\left( {{{2.10}^{ - 8}}} \right)}^2}}}{{{{\left( {{{4.10}^{ - 2}}} \right)}^2}}} = 2,{25.10^{ - 3}}N\\{F_2} = \dfrac{{k.\left| {{q_2}{q_4}} \right|}}{{B{D^2}}} = \dfrac{{{{9.10}^9}.{{\left( {{{2.10}^{ - 8}}} \right)}^2}}}{{{{\left( {4\sqrt 2 {{.10}^{ - 2}}} \right)}^2}}} = 1,{125.10^{ - 3}}N\end{array} \right.\)
Ta có: \(\overrightarrow {{F_{13}}} = \overrightarrow {{F_1}} + \overrightarrow {{F_3}} \)
Vì \(\overrightarrow {{F_1}} \bot \overrightarrow {{F_3}} \Rightarrow {F_{13}} = \sqrt {F_1^2 + F_3^2} = {F_1}\sqrt 2 = 2,25\sqrt 2 {.10^{ - 3}}N\)
Ta có: \(\overrightarrow F = \overrightarrow {{F_2}} + \overrightarrow {{F_{13}}} \)
Mà \(\overrightarrow {{F_2}} \uparrow \uparrow \overrightarrow {{F_{13}}} \Rightarrow F = {F_2} + {F_{23}} = 4,{31.10^{ - 3}}N\)
Chọn D.