Biết khoảng cách từ electron trong nguyên tử hydrogen đến hạt nhân của nguyên tử này là 5.10^-11 m, điện tích của electron và proton có độ lớn bằng nhau 1,6.10⁻¹⁹ C. Lấy \({\varepsilon _0} = 8,{85.10^{ - 12}}{\rm{ }}{{\rm{C}}^2}{\rm{/N}}{{\rm{m}}^{\rm{2}}}\). Lực điện tương tác giữa electron và proton của nguyên tử hydrogen là bao nhiêu (tính theo đơn vị nN và làm tròn đến chữ số thập phân thứ hai sau dấu phẩy)?

Đáp án:

Hướng dẫn giải

c. \(F = k\frac{{\left| {2{q_p}{q_e}} \right|}}{{{r^2}}} = {9.10^9}.\frac{{\left| {2.1,{{6.10}^{ - 31}}.\left( { - 1,{{6.10}^{ - 31}}} \right)} \right|}}{{{{\left( {2,{{94.10}^{ - 11}}} \right)}^2}}} \approx 5,{3.10^{ - 7}}{\rm{ N}} \approx {\rm{0,53 \mu N}}\)

d. Do electron chuyển động tròn đều quanh hạt nhân nên lực điện đóng vai trò là lực hướng tâm.

\({F_{ht}} = F \Rightarrow m{\omega ^2}r = F \Rightarrow \omega = \sqrt {\frac{F}{{mr}}} = \sqrt {\frac{{5,{{33.10}^{ - 7}}}}{{9,{{1.10}^{ - 31}}.2,{{94.10}^{ - 11}}}}} \approx 1,{41.10^{17}}{\rm{ rad/s}}\)

Hướng dẫn giải

Gọi A, B, C lần lượt là vị trí đặt \({q_1}\), \({q_2}\), \({q_3}\)

Điều kiện lực điện tác dụng lên điện tích \({q_3}\) bằng 0 là lực tổng hợp phải cân bằng.

\[\overrightarrow {{F_3}} = \overrightarrow {{F_{13}}} + \overrightarrow {{F_{23}}} = \vec 0 \Rightarrow \overrightarrow {{F_{13}}} = - \overrightarrow {{F_{23}}} \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}{F_{13}} \uparrow \downarrow {F_{23}}\\{F_{13}} = {F_{23}}\end{array} \right.\]

Vì \[{F_{13}} \uparrow \downarrow {F_{23}}\] nên điểm C nằm trên đường thẳng AB và \({q_1}\), \({q_2}\) trái dấu nên điểm C nằm ngoài khoảng AB

\( \Rightarrow \left| {{\rm{AC}} - {\rm{BC}}} \right| = {\rm{AB}} = 0,2{\rm{ m}}\)            (1)

Mà \[{F_{13}} = {F_{23}} \Rightarrow k\frac{{\left| {{q_1}{q_3}} \right|}}{{{\rm{A}}{{\rm{C}}^2}}} = k\frac{{\left| {{q_2}{q_3}} \right|}}{{{\rm{B}}{{\rm{C}}^2}}} \Rightarrow \frac{{\left| {{q_1}} \right|}}{{{\rm{A}}{{\rm{C}}^2}}} = \frac{{\left| {{q_2}} \right|}}{{{\rm{B}}{{\rm{C}}^2}}} \Rightarrow \frac{{{\rm{BC}}}}{{{\rm{AC}}}} = \sqrt {\frac{{\left| {{q_2}} \right|}}{{\left| {{q_1}} \right|}}} = \frac{{\sqrt {10} }}{5}\]    (2)

(1) (2)\[ \Rightarrow {\rm{AC}} \approx 0,54{\rm{ m}}\]