Question

2007年諾貝爾物理學(xué)獎授予了兩位發(fā)現(xiàn)“巨磁電阻”效應(yīng)的物理學(xué)家。材料的電阻隨磁場的增加而增大的現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng)，利用這種效應(yīng)可以測量磁感應(yīng)強度。

  若圖1為某磁敏電阻在室溫下的電阻-磁感應(yīng)強度特性曲線，其中R_B、R_O分別表示有、無磁敏電阻的阻值。為了測量磁感應(yīng)強度B，需先測量磁敏電阻處于磁場中的電阻值R_B。請按要求完成下列實驗。

（1）設(shè)計一個可以測量磁場中該磁敏電阻阻值的電路，在圖2的虛線框內(nèi)畫出實驗電路原理圖（磁敏電阻及所處磁場已給出，待測磁場磁感應(yīng)強度大小約為0.6～1.0T，不考慮磁場對電路其它部分的影響）。要求誤差較小。

     提供的器材如下：

     A.磁敏電阻，無磁場時阻值

     B.滑動變阻器R，全電阻約

     C.電流表，量程2.5mA,內(nèi)阻約

     D.電壓表，量程3V，內(nèi)阻約3k

     E.直流電源E，電動勢3V，內(nèi)阻不計

     F.開關(guān)S，導(dǎo)線若干

（2）正確接線后，將磁敏電阻置入待測磁場中，測量數(shù)據(jù)如下表：

	1	2	3	4	5	6
U（V）	0.00	0.45	0.91	1.50	1.79	2.71
I（mA）	0.00	0.30	0.60	1.00	1.20	1.80

根據(jù)上表可求出磁敏電阻的測量值R_B=          ，結(jié)合圖1可知待測磁場的磁感

應(yīng)強度B＝           T。

（3）試結(jié)合圖1簡要回答，磁感應(yīng)強度B在0～0.2T和0.4～1.0T范圍內(nèi)磁敏電阻阻值的變化規(guī)律有何不同？

（4）某同學(xué)查閱相關(guān)資料時看到了圖3所示的磁敏電阻在一定溫度下的電阻-磁感應(yīng)強度特性曲線（關(guān)于縱軸對稱），由圖線可以得到什么結(jié)論？

Answer 1

（1）見解析圖

              （2）1500；0.90

（3）在0～0.2T范圍內(nèi)，磁敏電阻的阻值隨磁感應(yīng)強度非線性變化（或不均勻變化）；在

0. 4～1.0T范圍內(nèi)，磁敏電阻的阻值隨磁感應(yīng)強度線性變化（或均勻變化）

（4）磁場反向，磁敏電阻的阻值不變。

解析:

（1）當(dāng)B＝0.6T時，磁敏電阻阻值約為6×150Ω＝900Ω，當(dāng)B＝1.0T時，磁敏電阻阻值約為11×150Ω＝1650Ω．由于滑動變阻器全電阻20Ω比磁敏電阻的阻值小得多，故滑動變阻器選擇分壓式接法；由于，所以電流表應(yīng)內(nèi)接．電路圖如圖所示．

（2）方法一：根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以求得磁敏電阻的阻值分別為：，，，

，，

故電阻的測量值為（1500－1503Ω都算正確．）

由于，從圖1中可以讀出B＝0.9T

方法二：作出表中的數(shù)據(jù)作出U－I圖象，圖象的斜率即為電阻（略）．

（3）在0～0.2T范圍，圖線為曲線，故磁敏電阻的阻值隨磁感應(yīng)強度非線性變化（或非均勻變化）；在0.4～1.0T范圍內(nèi)，圖線為直線，故磁敏電阻的阻值隨磁感應(yīng)強度線性變化（或均勻變化）；

（4）從圖3中可以看出，當(dāng)加磁感應(yīng)強度大小相等、方向相反的磁場時，磁敏電阻的阻值相等，故磁敏電阻的阻值與磁場方向無關(guān)．

本題以最新的科技成果為背景，考查了電學(xué)實驗的設(shè)計能力和實驗數(shù)據(jù)的處理能力．從新材料、新情景中舍棄無關(guān)因素，會看到這是一個考查伏安法測電阻的電路設(shè)計問題，及如何根據(jù)測得的U、I值求電阻．第（3）、（4）問則考查考生思維的靈敏度和創(chuàng)新能力．總之本題是一道以能力立意為主，充分體現(xiàn)新課程標(biāo)準(zhǔn)的三維目標(biāo)，考查學(xué)生的創(chuàng)新能力、獲取新知識的能力、建模能力的一道好題．