法国科学家阿尔贝?费尔和德国科学家彼得?格林贝格尔由于发现了巨磁电阻(GMR)效应,荣获了2007年诺贝尔物理学奖.小明设计了如图所示电路,用通电螺线管产生的磁场研究巨磁电阻性质,实验步骤、实验中观察到的现象和部分实验数据如下:
A.断开S1,闭合S2,移动滑动变阻器R2滑片,测量不加磁场时GMR的电阻,两电表读数如表所示:
实验序号 | 1 | 2 | 3 | 4 |
U/V | 1.00 | 1.30 | 2.00 | 2.60 |
I/mA | 2.00 | 2.50 | 4.00 | 5.00 |
C.保持步骤B中R2滑片位置不动,将R1的滑片移到另一位置,重复步骤B三次.
D.闭合S1、S2,保持R2滑片位置不动,向左移动R1滑片,电流表的示数变小.
实验序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
U/V | 0.45 | 0.91 | 1.50 | 1.79 | 2.71 |
I/mA | 0.60 | 1.00 | 1.20 | 1.80 |
完成以下问题:
(1)步骤A中,闭合S2前变阻器R2滑片应置于________(上/下)端,由步骤A中数据计算不加磁场时GMR的电阻值为________Ω;(注意电流的单位)
(2)步骤B是为了研究磁场的________(强弱/方向/强弱和方向)对巨磁电阻的影响;步骤E中电流表的读数是________
mA;
(3)在物理实验中,通常要进行多次实验,步骤C中小明将B再重复了三次.以下实验中与本步骤重复目的相同的是________;
A.测量小灯泡功率的实验中,测量不同电压下的实际功率
B.探究杠杆的平衡条件时,多测量几组数据得出结论
C.测量课本长度时要测量三次取平均值
(4)根据上述实验写出巨磁电阻性质:
a.________;
b.________.(只要写两条)
解:(1)闭合开关前,保护电路的滑动变阻器应处于最大阻值的上端;
根据欧姆定律结合步骤A中每组数据对应的电阻为:500Ω、520Ω、500Ω、520Ω,
所以不加磁场时GMR的电阻值=510Ω.
(2)将电源E1反向连接时,改变了通过螺线管电流的方向,从而改变了磁场的方向,故步骤B是为了研究磁场的方向对巨磁电阻的影响;
电流表的量程为0~0.6mA,分度值为0.02mA,故电流表的示数为0.3mA.
(3)步骤C是研究磁场的强弱对巨磁电阻的影响,小明将B再重复了三次的目的是使实验结论具有普遍性;
A、测量小灯泡功率的实验中,测量不同电压下的实际功率的目的是多次测量发现一定的变化规律;
B、探究杠杆的平衡条件时,多测量几组数据得出结论的目的是使实验结论具有普遍性;
C、测量课本长度时要测量三次取平均值的目的是求平均值减小误差;
故选B.
(4)a.巨磁电阻的阻值随磁场的增强而增大;
b.巨磁电阻的阻值与磁场的方向无关.(在磁场中巨磁电阻的阻值比不加磁场时大/巨磁电阻的阻值不随电流(温度/电压)的变化而变化/磁场不变时,通过巨磁电阻的电流与巨磁电两端的电压成正比)
故答案为:(1)上;510;(2)方向;0.30;(3)B;
(4)a.巨磁电阻的阻值随磁场的增强而增大;b.巨磁电阻的阻值与磁场的方向无关.(在磁场中巨磁电阻的阻值比不加磁场时大/巨磁电阻的阻值不随电流(温度/电压)的变化而变化/磁场不变时,通过巨磁电阻的电流与巨磁电两端的电压成正比).
(1)闭合开关前,滑动变阻器应处于最大阻值处,防止电路中电流过大烧坏电路元件;根据欧姆定律结合步骤A中数据求出各自对应的电阻,然后求出平均值即可得出不加磁场时GMR的电阻值.
(2)根据通电螺线管的极性与电流的方向和缠绕的方式有关进行分析,再根据电流表的量程和分度值读出其示数.
(3)物理实验中要进行多次实验,有的是为了多次测量求平均值减小误差;有的是为了多次测量发现一定的变化规律;有的是为了多次测量使实验结论具有普遍性.
(4)根据实验目的和得出的数据写出巨磁电阻性质.
点评:本题为信息给予题,应充分利用题目中给出的条件结合所学知识进行分析,具有一定的难度.