利用等效法解一道物理竞赛题

第七届全国中学生物理竞赛(第一试)有这样一道题:在如图1所示的直角坐标系中,有一塑料制成的半锥角为θ的圆锥体Oab,圆锥体的顶点在原点处,其轴线沿z轴方向,有一条长为l的细金属丝OP固定在圆锥体的侧面上,金属丝与圆锥体的一条母线重合,整个空间中存在磁感应强度为B的均匀磁场,磁场方向沿x轴正方向,当圆锥体绕其轴沿图示方向做角速度为ω的匀角速转动时, 1.OP经过何处时两端的电势相等? 2.OP在何处时P点的电势高于O端? 3.电势差U_p-U_o的最大值是多少? 笔者认为标准答案中第3问的解法较复杂,中学生难以接受,如果采用等效法求解就简明得多,今介绍如下: 在“交流电”一章学生都学过,面积为S的矩形线框abcd,在水平向右的匀强磁场B中绕其对称OO’以角速度ω匀速转动(如图2),将产生交流电。