Định luật Coulomb: lực giữa hai điện tích

Thuộc chủ đề Điện trường trong Vật lí 11 (Chương trình GDPT 2018), bài Lực tương tác giữa các điện tích: định luật Coulomb F = k·|q₁·q₂|/r² với k = 8,99 × 10⁹ N·m²/C². Mô phỏng dựng hai điện tích trên một trục để học sinh tự tìm lại định luật từ số liệu đo thay vì chỉ học thuộc công thức. Kéo trực tiếp hai điện tích trên trục hoặc dùng ba thanh trượt để đổi độ lớn q₁, q₂ (kể cả dấu, từ −10 đến 10 µC) và khoảng cách r; lực đo được hiện ngay bằng số và bằng mũi tên gắn trên mỗi điện tích. Hai điện tích cùng dấu đẩy nhau (mũi tên hướng ra xa, màu cam), trái dấu hút nhau (mũi tên hướng vào nhau, màu tím) — độ lớn hai mũi tên luôn bằng nhau theo định luật III Newton dù hai điện tích chênh lệch rất nhiều. Nhân đôi một điện tích thì lực tăng gấp đôi; tăng khoảng cách gấp đôi thì lực giảm còn một phần tư. Màn hình Nguyên tử thu nhỏ mọi đại lượng: điện tích tính theo bội số điện tích nguyên tố e, khoảng cách tính bằng picomét (cỡ bán kính nguyên tử), cho thấy cùng một định luật vẫn đúng ở thang đo rất nhỏ dù độ lớn lực khác hẳn thang vĩ mô. Với q₁ = +4 µC, q₂ = +6 µC, r = 4,0 m ở màn hình Vĩ mô, lực đo được là 0,01349 N; ở màn hình Nguyên tử với q₁ = +4e, q₂ = −4e, r = 250 pm, lực đo được chỉ khoảng 5,91 × 10⁻⁸ N nhưng đổi chiều thành lực hút vì hai điện tích trái dấu. Câu hỏi gợi ý: – Vì sao mũi tên lực trên điện tích nhỏ và điện tích lớn luôn dài bằng nhau? – Muốn lực Coulomb tăng lên chín lần bằng cách đổi khoảng cách, phải đổi r ra sao? – So sánh dạng công thức của định luật Coulomb với định luật vạn vật hấp dẫn: điểm giống và khác nhau là gì?