クーロンの法則⑤(過去問にチャレンジ)解答

正解:(3)

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、今回のケースでは、電荷量の大きさも、電荷間の距離も等しいので、2つの電荷間に働く力の大きさは等しく、これをFと表現する。あとは、Fの向きを整理して、設問の通り、正の電荷と負の電荷に働く合力の大きさを求める。

同符号の電荷同士は反発し、異符号の電荷同士は吸引するので、図のように電荷A,B,Cと整理すると、負電荷であるAには、正電荷であるBとCから図のように吸引力が働く。この2つの力の合力はF₂=F×cos30°×2=$\sqrt{3}$Fとなる。

同様に、正電荷であるBには、負電荷であるAからは吸引力、正電荷であるCからは反発力が図のように働く。この2つの力の合力はF₁=F×cos60°×2=Fとなる。

したがって、求める力の大きさの比は

F₂/F₁=$\sqrt{3}$F/F=$\sqrt{3}$である。

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