2007年诺贝尔物理学奖授予了两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家。材料的电阻随磁场的增加而增大的现象称为磁阻效应,利用这种效应可以测量磁感应强度。若图1为某磁敏

2007年诺贝尔物理学奖授予了两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家。材料的电阻随磁场的增加而增大的现象称为磁阻效应,利用这种效应可以测量磁感应强度。若图1为某磁敏

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2007年诺贝尔物理学奖授予了两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家。材料的电阻随磁场的增加而增大的现象称为磁阻效应,利用这种效应可以测量磁感应强度。
若图1为某磁敏电阻在室温下的电阻-磁感应强度特性曲线,其中RBRO分别表示有、无磁敏电阻的阻值。为了测量磁感应强度B,需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值RB。请按要求完成下列实验。

(1)设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路,在图2的虚线框内画出实验电路原理图(磁敏电阻及所处磁场已给出,待测磁场磁感应强度大小约为0.6~1.0T,不考虑磁场对电路其它部分的影响)。要求误差较小。
提供的器材如下:

A.磁敏电阻,无磁场时阻值
B.滑动变阻器R,全电阻约
C.电流表,量程2.5mA,内阻约
D.电压表,量程3V,内阻约3k
E.直流电源E,电动势3V,内阻不计
F.开关S,导线若干
(2)正确接线后,将磁敏电阻置入待测磁场中,测量数据如下表:
 
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
根据上表可求出磁敏电阻的测量值RB=         ,结合图1可知待测磁场的磁感
应强度B=          T。
(3)试结合图1简要回答,磁感应强度B在0~0.2T和0.4~1.0T范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同?
(4)某同学查阅相关资料时看到了图3所示的磁敏电阻在一定温度下的电阻-磁感应强度特性曲线(关于纵轴对称),由图线可以得到什么结论?
答案
(1)见解析图
(2)1500;0.90
(3)在0~0.2T范围内,磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化(或不均匀变化);在
0. 4~1.0T范围内,磁敏电阻的阻值随磁感应强度线性变化(或均匀变化)
(4)磁场反向,磁敏电阻的阻值不变。
解析
(1)当B=0.6T时,磁敏电阻阻值约为6×150Ω=900Ω,当B=1.0T时,磁敏电阻阻值约为11×150Ω=1650Ω.由于滑动变阻器全电阻20Ω比磁敏电阻的阻值小得多,故滑动变阻器选择分压式接法;由于,所以电流表应内接.电路图如图所示.

(2)方法一:根据表中数据可以求得磁敏电阻的阻值分别为:

故电阻的测量值为(1500-1503Ω都算正确.)
由于,从图1中可以读出B=0.9T
方法二:作出表中的数据作出U-I图象,图象的斜率即为电阻(略).
(3)在0~0.2T范围,图线为曲线,故磁敏电阻的阻值随磁感应强度非线性变化(或非均匀变化);在0.4~1.0T范围内,图线为直线,故磁敏电阻的阻值随磁感应强度线性变化(或均匀变化);
(4)从图3中可以看出,当加磁感应强度大小相等、方向相反的磁场时,磁敏电阻的阻值相等,故磁敏电阻的阻值与磁场方向无关.
本题以最新的科技成果为背景,考查了电学实验的设计能力和实验数据的处理能力.从新材料、新情景中舍弃无关因素,会看到这是一个考查伏安法测电阻的电路设计问题,及如何根据测得的UI值求电阻.第(3)、(4)问则考查考生思维的灵敏度和创新能力.总之本题是一道以能力立意为主,充分体现新课程标准的三维目标,考查学生的创新能力、获取新知识的能力、建模能力的一道好题.
举一反三
某实验小组,为了测量一个量程为0—3V的电压表的内电阻RV(约几千欧),他们采用了如下的电路完成了实验。
(1)将图2所给的实验器材按照图1所示的电路简图连接成测量电路。
        
(2)测量时可以选择的实验步骤有:
A、闭合电键K;
B、将电阻箱Ro的电阻调到最大;
C、将电阻箱Ro的电阻调到零;
D、把滑动变阻器R的滑片P滑到a端;
E、把滑动变阻器R的滑片P滑到b端;
F、调节电阻箱Ro的阻值,使电压表指针指示为1.5V,记下此时电阻箱Ro的阻值;
G、调节滑动变阻器R的滑片P,使电压表的指针指示为3.0V;
H、断开电键K。
请你把必要的实验步骤选择出来,并把步骤的字母代号按照合理的操作顺序列在下面的横线上:______________________  ______。
(3)该实验中可供选择的实验仪器有:
A、滑动变阻器:阻值范围0~2000欧;
B、滑动变阻器:阻值范围0~20欧;
C、电阻箱:阻值范围0~9999欧;
D、电阻箱:阻值范围0~999欧;
E、电源:输出电压5V;
F、电源:输出电压2V。
本实验中,电阻箱应该选择_______,滑动变阻器应该选择______,电源应该选择______。
(4)如果在上述实验步骤F中,某一学生读出电阻箱Ro的阻值为2500欧,则实验所测电压表的内阻RV=_____________欧。该小组上述方法测出的电压表的内电阻RV与电压表的真实值相比将_________(填“相同”“偏小”或“偏大”)。
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(4分)一多用电表的欧姆档有四个档,分别为×1Ω、×10Ω、×100Ω、×1000Ω,现用它来测一未知电阻,当用×10Ω档测量时,发现指针的偏转角很大,为了测量结果准确些,测量前应进行如下两项操作:先把选择开关旋到________档上,接着进行_______调零,然后再测量并读数.
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(12分)某同学到实验室做“测电源电动势和内阻”的实验时,发现实验台上有以下器材:

待测电源(电动势约为4V,内阻约为2Ω)
一个阻值未知的电阻R0
电压表(内阻很大,有5V、15V两个量程)两块
电流表(内阻约为5Ω,量程500mA)
滑动变阻器A(0~20Ω,3A)
滑动变阻器B(0~200Ω,0.2A)
电键一个,导线若干。
该同学想在完成学生实验“测电源电动势和内阻”的同时测出定值电阻R0的阻值,设计了如图所示的电路。实验时他用U1、U2、I分别表示电表V1、V2、A的读数。在将滑动变阻器的滑片移动到不同位置时,记录了U1、U2、I的一系列值. 其后他在两张坐标纸上各作了一个图线来处理实验数据,并计算了电源电动势、内阻以及定值电阻R0的阻值。
根据题中所给信息解答下列问题:
①在电压表V1接入电路时应选择的量程是_________,滑动变阻器应选择_________(填器材代号“A”或“B”);
②在坐标纸上作图线时,用来计算电源电动势和内阻的图线的横坐标轴、纵坐标轴分别应该用_________、__________表示;用来计算定值电阻R0的图线的横坐标轴、纵坐标轴分别应该用_________、__________表示。(填“U1、U2、I”或由它们组成的算式)
③若实验中的所有操作和数据处理无错误,实验中测得的定值电阻R0的值________(选填“大于”、“小于”或“等于”)其真实值。
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(14分)冬、春季节降水量小,广东沿海附近江河水位较低,涨潮时海水倒灌,出现所谓“咸潮”现象,使沿海地区的城市自来水的离子浓度增高,水质受到影响。



为了研究咸潮出现的规律,某同学设计了一个监测河水电阻率的实验。在一根均匀的长玻璃管两端装上两个橡胶塞和铂电极,如图13(a)所示,两电极相距L=0.314m,其间充满待测的河水。安装前他用如图13(b)游标卡尺(图为卡尺的背面)测量玻璃管的内径,结果如图13(c)所示。
他还选用了以下仪器:量程15V、内阻300kΩ的电压表,量程300μA、内阻50Ω的电流表,最大阻值1kΩ的滑动变阻器,电动势E=12V、内阻r=6Ω的电池组,开关等各一个,以及导线若干。图14坐标中包括坐标为(0,0)的点在内的9个点表示他测得的9组电流I、电压U的值。
根据以上材料完成以下问题:
(1)测量玻璃管内径时,对应图13(b)中的游标卡尺中的ABC三部分中的哪一部分与玻璃管内壁接触(填代号);
(2)玻璃管的内径d多少mm;
(3)求水的电阻率ρ多大;(要写推导和计算过程,最后结果保留两位有效数字)
(4)如图15中的仪器实物部分已连线,将其他部分连接成能测出图14数据的实物连接图;
(5)开关闭合前滑动变阻器的滑片应先滑至哪端。
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在“伏安法测干电池的电动势和内电阻”实验中,通过改变滑动变阻器电阻大小,测量并记录多组路端电压和相应电流值,某同学的实验数据如下表所示,与预想的实验结果不一致。由实验数据来分析,他所连接的电路可能是如图所示电路图中的                  (   )
U/V
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
1.10
I/A
0.18
0.21
0.25
0.27
0.30
0.33
   
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