正解:(2)
解説:クーロンの法則①の通り、真空中において、2つの点電荷Q₁[C]とQ₂[C]が距離r[m]離れている時、点電荷間に働く力は、
$F=k\frac{Q_1Q_2}{r^2}$(k:比例定数)
であり、点電荷が同符号で反発力、異符号で吸引力が働く。今回求めるのは、点電荷Q₃に対して、Q₁との間に働く反発力とQ₂との間に働く吸引力が釣り合った状態である。
点電荷Q₃がQ₂より右側へr[m]離れた所に位置するので、Q₃とQ₁の距離はr+2[m]であり、Q₃とQ₁の間に働く力は、
F₁₃=$k\frac{Q_1Q_3}{{(r+2)}^2}=k×\frac{4×2}{{(r+2)}^2}=k×\frac{8}{{(r+2)}^2}$
同様に、Q₃とQ₂の間に働く力は、
F₂₃=$k\frac{Q_2Q_3}{{(r+2)}^2}=k×\frac{(-1)×2}{r^2}=k×\frac{(-2)}{r^2}$
この2つの合力が0なので、
F₁₃+F₂₃=$k×\frac{8}{{(r+2)}^2}$+$k×\frac{(-2)}{r^2}$=0
$\frac{8}{{(r+2)}^2}-\frac{2}{r^2}$=0
4r²-(r+2)²=0
4r²-(r²+4r+4)=0
3r²-4r-4=0
(r-2)(3r+2)=0
r=2,-2/3
ここで、Q₃はQ₂より右側、つまりr>0であるので、r=2である。したがって、(2)が正解。