法國科學家阿爾貝?費爾和德國科學家彼得?格林貝格爾由于發現了巨磁電阻(GMR)效應,榮獲了2007年諾貝爾物理學獎.小明設計了如圖所示電路,用通電螺線管產生的磁場研究巨磁電阻性質,實驗步驟、實驗中觀察到的現象和部分實驗數據如下:
A.斷開S1,閉合S2,移動滑動變阻器R2滑片,測量不加磁場時GMR的電阻,兩電表讀數如表所示:
實驗序號 | 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.保持步驟B中R2滑片位置不動,將R1的滑片移到另一位置,重復步驟B三次.
D.閉合S1、S2,保持R2滑片位置不動,向左移動R1滑片,電流表的示數變小.
實驗序號 | 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 |
完成以下問題:
(1)步驟A中,閉合S2前變阻器R2滑片應置于________(上/下)端,由步驟A中數據計算不加磁場時GMR的電阻值為________Ω;(注意電流的單位)
(2)步驟B是為了研究磁場的________(強弱/方向/強弱和方向)對巨磁電阻的影響;步驟E中電流表的讀數是________
mA;
(3)在物理實驗中,通常要進行多次實驗,步驟C中小明將B再重復了三次.以下實驗中與本步驟重復目的相同的是________;
A.測量小燈泡功率的實驗中,測量不同電壓下的實際功率
B.探究杠桿的平衡條件時,多測量幾組數據得出結論
C.測量課本長度時要測量三次取平均值
(4)根據上述實驗寫出巨磁電阻性質:
a.________;
b.________.(只要寫兩條)
解:(1)閉合開關前,保護電路的滑動變阻器應處于最大阻值的上端;
根據歐姆定律結合步驟A中每組數據對應的電阻為:500Ω、520Ω、500Ω、520Ω,
所以不加磁場時GMR的電阻值=510Ω.
(2)將電源E1反向連接時,改變了通過螺線管電流的方向,從而改變了磁場的方向,故步驟B是為了研究磁場的方向對巨磁電阻的影響;
電流表的量程為0~0.6mA,分度值為0.02mA,故電流表的示數為0.3mA.
(3)步驟C是研究磁場的強弱對巨磁電阻的影響,小明將B再重復了三次的目的是使實驗結論具有普遍性;
A、測量小燈泡功率的實驗中,測量不同電壓下的實際功率的目的是多次測量發現一定的變化規律;
B、探究杠桿的平衡條件時,多測量幾組數據得出結論的目的是使實驗結論具有普遍性;
C、測量課本長度時要測量三次取平均值的目的是求平均值減小誤差;
故選B.
(4)a.巨磁電阻的阻值隨磁場的增強而增大;
b.巨磁電阻的阻值與磁場的方向無關.(在磁場中巨磁電阻的阻值比不加磁場時大/巨磁電阻的阻值不隨電流(溫度/電壓)的變化而變化/磁場不變時,通過巨磁電阻的電流與巨磁電兩端的電壓成正比)
故答案為:(1)上;510;(2)方向;0.30;(3)B;
(4)a.巨磁電阻的阻值隨磁場的增強而增大;b.巨磁電阻的阻值與磁場的方向無關.(在磁場中巨磁電阻的阻值比不加磁場時大/巨磁電阻的阻值不隨電流(溫度/電壓)的變化而變化/磁場不變時,通過巨磁電阻的電流與巨磁電兩端的電壓成正比).
(1)閉合開關前,滑動變阻器應處于最大阻值處,防止電路中電流過大燒壞電路元件;根據歐姆定律結合步驟A中數據求出各自對應的電阻,然后求出平均值即可得出不加磁場時GMR的電阻值.
(2)根據通電螺線管的極性與電流的方向和纏繞的方式有關進行分析,再根據電流表的量程和分度值讀出其示數.
(3)物理實驗中要進行多次實驗,有的是為了多次測量求平均值減小誤差;有的是為了多次測量發現一定的變化規律;有的是為了多次測量使實驗結論具有普遍性.
(4)根據實驗目的和得出的數據寫出巨磁電阻性質.
點評:本題為信息給予題,應充分利用題目中給出的條件結合所學知識進行分析,具有一定的難度.