Question

8．科學(xué)家發(fā)現(xiàn)某些特殊材料的電阻會因磁場的作用而顯著變化．小明同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的電路，來研究某電阻GMR的大小與有無磁場的關(guān)系．請你一起來探究：
（1）閉合開關(guān)S₁，則通電螺線管的右邊是N極，若想使其磁性增強(qiáng)，則R₁的滑片應(yīng)該向左端滑動（選填“左”或“右”）．
（2）閉合開關(guān)S₂之前，應(yīng)將R₂的滑片滑到阻值最大處．
（3）斷開開關(guān)S₁，閉合開關(guān)S₂，并移動滑動變阻器R₂的滑片，測得兩電表的幾組數(shù)據(jù)如表所示．由此可知，無磁場時電阻GMR的大小為500Ω．

實(shí)驗(yàn)序號	1	2	3	4
U/V	1.00	1.25	2.00	2.50
I/A	2×10-3	2.5×10-3	4×10-3	5×10-3

（4）再閉合開關(guān)S₁和S₂，保持R₁滑片位置不變，移動滑動變阻器R₂的滑片，測得兩電表的幾組數(shù)據(jù)如表所示，可分別計(jì)算出有磁場時電阻GMR的大��；

實(shí)驗(yàn)序號	1	2	3	4
U/V	0.45	0.91	1.50	1.79
I/A	0.3×10-3	0.6×10-3	1×10-3	1.2×10-3

比較以上兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得出電阻GMR的大小與有無磁場的關(guān)系是有磁場時，電阻GMR的阻值明顯變大．
（5）為了進(jìn)一步探究電阻GMR的大小與磁場強(qiáng)弱的關(guān)系，小明同學(xué)接下來應(yīng)該進(jìn)行的操作是：閉合開關(guān)S₁和S₂，保持R₂的滑片位置不變，移動R₁的滑片，觀察電流表的示數(shù)是否發(fā)生變化．
（6）如果改變通電螺線管中的電流方向，還可以進(jìn)一步探究電阻GMR的大小與磁場的方向是否有關(guān)．

Answer 1

分析 （1）已知電源正負(fù)極可以判定電流方向，用右手安培定則可以判定螺線管的極性；由磁性的變化可知電流的變化，從而判斷滑片的移動情況．
（2）在閉合開關(guān)前，為保護(hù)電路，滑動變阻器滑片應(yīng)位于最大阻值處；
（3）根據(jù)歐姆定律結(jié)合表中數(shù)據(jù)求出各自對應(yīng)的電阻，然后求出平均值即可得出不加磁場時GMR的電阻值；
（4）要得出結(jié)論，分別計(jì)算出GMR存在磁場和不存在磁場時的電阻，然后進(jìn)行比較；
（5）要探究巨磁電阻大小與磁場強(qiáng)弱是否有關(guān)，應(yīng)保持巨磁電阻電路的連接不變，改變通電螺線管的電流即改變磁場磁性的強(qiáng)弱．
（6）通電螺線管的極性與電流方向有關(guān)，電流方向改變時，螺線管的極性改變．

解答 解：（1）在電源外部，電流從電源正極流向負(fù)極，由安培定則可知，用右手握住螺線管，讓彎曲的四指和電流方向保持一致，大拇指所指的方向就是螺線管的N極，即螺線管的右端是N極；若想使其磁性增強(qiáng)，則電路中的電流增大，R₁的阻值變小，故滑片應(yīng)該向左移動；
（2）在閉合開關(guān)前，為保護(hù)電路，滑動變阻器滑片應(yīng)位于最大阻值處；
（3）根據(jù)I=$\frac{U}{R}$結(jié)合兩電表的四組數(shù)據(jù)可得：
對應(yīng)的電阻為：500Ω、500Ω、500Ω、500Ω，
所以不加磁場時GMR的電阻值為500Ω；
（4）有磁場時，GMR的電阻為：R′=$\frac{U′}{I′}$=$\frac{0.45V}{0.3×1{0}^{-3}A}$=$\frac{0.91A}{0.6×1{0}^{-3}A}$=$\frac{1.50V}{1×1{0}^{-3}A}$=$\frac{1.79V}{1.2×1{0}^{-3}A}$=1500Ω，與無磁場時相比，GMR的電阻明顯變大．；
（5）進(jìn)一步探究“巨磁電阻大小與磁場強(qiáng)弱是否有關(guān)”他們接著應(yīng)進(jìn)行的操作是：閉合S₁和S₂，保持R₂滑片位置不變，移動滑動變阻器R₁的滑片，測得兩電流表的示數(shù)．
（6）如果改變通電螺線管中的電流方向，則螺線管的磁場方向改變，還可以進(jìn)一步探究電阻GMR的大小與磁場的方向是否有關(guān)．
故答案為：
（1）N；右；（2）阻值最大處；（3）500；（4）有磁場時，電阻GMR的阻值明顯變大；（5）保持R₂的滑片位置不變，移動R₁的滑片；觀察電流表的示數(shù)是否發(fā)生變化；（6）方向．

點(diǎn)評 本題為信息給予題，應(yīng)充分利用題目中給出的條件結(jié)合所學(xué)知識進(jìn)行分析，具有一定的難度．