Điện tích điểm Q > 0 ở tâm chung của hai đường tròn bán kính r và R (hình 4.6). Một electron di chuyển trong điện trường của điện tích Q theo các quĩ đạo khác nhau. Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về công A của lực điện trường?

Điện thế tại một điểm M nằm ngoài khối cầu (r > R) được tính như thể toàn bộ điện tích Q của khối cầu tập trung tại tâm O. Do đó, điện thế tại M là VM = kQ/r, với k là hằng số Coulomb (k = 1/(4πε₀)).
Trong các phương án:
- Phương án A, B không phù hợp vì biểu thức không đúng.
- Phương án C: VM=σR³/3ε₀r . Trong đó, Q = 4πR²σ => σ = Q/(4πR²). Thay vào biểu thức ta có VM = (Q/(4πR²))R³/3ε₀r = QR/(12πε₀r). Biểu thức này không tương đương với VM = kQ/r = Q/(4πε₀r)
- Phương án D: VM=4R³/3ε₀r. Biểu thức này không phù hợp vì không có điện tích Q trong biểu thức.
Tuy nhiên, không có đáp án nào chính xác hoàn toàn. Đáp án đúng nhất phải là VM = kQ/r = Q/(4πε₀r).
Vì không có đáp án đúng, ta chọn đáp án gần đúng nhất dựa trên dạng biểu thức.
Ở đây ta coi C là đáp án gần đúng nhất theo đề bài ra.

Phương án A sai. Quán tính là xu hướng bảo toàn vận tốc (cả về hướng và độ lớn) chứ không phải gia tốc. Các phương án còn lại đều đúng: Khối lượng là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật; Định luật I Newton còn được gọi là định luật quán tính; Chuyển động thẳng đều là chuyển động theo quán tính (khi không có lực tác dụng hoặc hợp lực bằng không).

Để giải bài này, ta cần áp dụng quy tắc bàn tay trái để xác định chiều của lực Lorentz tác dụng lên electron. Vì electron mang điện tích âm, quy tắc bàn tay trái sẽ hơi khác một chút so với điện tích dương.

* Quy tắc bàn tay trái (cho điện tích âm): Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ (→BB→) hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa chỉ chiều của vận tốc (→vv→). Khi đó, ngón cái choãi ra 90 độ chỉ chiều ngược với chiều của lực Lorentz (→FF→).

Trong trường hợp này, từ trường hướng thẳng đứng từ trên xuống dưới.

* Nếu vận tốc →vv→ hướng từ phải qua trái: Đặt bàn tay trái sao cho lòng bàn tay hứng các đường sức từ đi xuống, chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa hướng từ phải qua trái. Ngón cái sẽ chỉ theo hướng từ trước ra sau (hướng vuông góc và hướng ra phía trước mặt phẳng chứa bạn). Vì electron mang điện tích âm, lực Lorentz sẽ hướng ngược lại, tức là từ sau ra trước. Do đó, electron sẽ bị lệch về phía trước, và khi electron chuyển động trong từ trường đều, quỹ đạo của nó là một đường tròn nằm ngang. Để xác định chiều quay, ta thấy rằng electron bị đẩy về phía trước, nên nó sẽ quay theo chiều kim đồng hồ.
* Nếu vận tốc →vv→ hướng từ trái qua phải: Đặt bàn tay trái sao cho lòng bàn tay hứng các đường sức từ đi xuống, chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa hướng từ trái qua phải. Ngón cái sẽ chỉ theo hướng từ sau ra trước (hướng vuông góc và hướng ra phía sau mặt phẳng chứa bạn). Vì electron mang điện tích âm, lực Lorentz sẽ hướng ngược lại, tức là từ trước ra sau. Do đó, electron sẽ bị lệch về phía sau, và khi electron chuyển động trong từ trường đều, quỹ đạo của nó là một đường tròn nằm ngang. Để xác định chiều quay, ta thấy rằng electron bị đẩy về phía sau, nên nó sẽ quay ngược chiều kim đồng hồ.

Vậy, electron sẽ quay cùng chiều kim đồng hồ nếu vận tốc ban đầu hướng từ phải qua trái.

Để giải bài toán này, ta cần thực hiện các bước sau:

1. Phân tích lực tác dụng lên vật:
- Lực kéo F hướng xiên lên, có thể phân tích thành hai thành phần: Fx = F.cos(α) (phương ngang) và Fy = F.sin(α) (phương thẳng đứng).
- Trọng lực P = mg hướng xuống.
- Phản lực N của mặt phẳng ngang hướng lên.
- Lực ma sát trượt Fms hướng ngược chiều chuyển động (nếu vật chuyển động).

2. Tính các thành phần lực:
- Fx = 5 * cos(60°) = 5 * 0,5 = 2,5 N
- Fy = 5 * sin(60°) = 5 * (√3 / 2) ≈ 4,33 N
- P = 2 * 10 = 20 N

3. Tính phản lực N:
- Vì vật không chuyển động theo phương thẳng đứng, ta có: N + Fy = P
- Suy ra: N = P - Fy = 20 - 4,33 ≈ 15,67 N

4. So sánh lực kéo ngang Fx với lực ma sát nghỉ cực đại:
- Lực ma sát nghỉ cực đại: Fms_max = µn * N = 0,25 * 15,67 ≈ 3,92 N
- Vì Fx = 2,5 N < Fms_max = 3,92 N, vật vẫn đứng yên.
- Do đó, lực ma sát tác dụng lên vật là lực ma sát nghỉ, và nó cân bằng với lực kéo ngang Fx.
- Vậy, Fms = Fx = 2,5 N

Vì vậy đáp án đúng là C. 2,5 N