10 阅读材料,回答问题。
巨磁电阻(GMR)效应
1988年,科学家发现,在铁、铬相间的三层复合膜电阻中,微弱的磁场可以导致电阻大小的急剧变化,这种现象被命名为“巨磁电阻(GMR)效应”。
更多的实验发现,并非任意两种不同种金属相间的三层膜都具有“巨磁电阻效应”。组成三层膜的两种金属中,须有一种是铁、钴、镍这三种容易被磁化的金属中的一种,另一种是不易被磁化的其他金属,才可能产生“巨磁电阻效应”。
进一步研究表明,“巨磁电阻效应”只发生在膜层的厚度为特定值的情况下。用$ R_0 $表示未加磁场时的电阻,$ R $表示加了磁场后的电阻,科学家测得铁、铬组成的复合膜电阻$ R $与$ R_0 $之比与膜层厚度$ d $(三层膜厚度均相同)的关系如图所示。

第10题图(a)
(1) 以下两种金属组成的三层复合膜可能发生“巨磁电阻效应”的是
A. 铜、银 B. 铁、铜 C. 铜、铝 D. 铁、镍
(2) 由图(a)可知,铁、铬组成的复合膜,当厚度是1.7 nm时,这种复合膜电阻
(3) 将GMR接入如图(b)所示的电路中,闭合开关$ S_1 $,指示灯的亮度将
(4) 若GMR的阻值随磁场的增强而减小,要使指示灯变亮,滑动变阻器滑片应向

第10题图(b)
巨磁电阻(GMR)效应
1988年,科学家发现,在铁、铬相间的三层复合膜电阻中,微弱的磁场可以导致电阻大小的急剧变化,这种现象被命名为“巨磁电阻(GMR)效应”。
更多的实验发现,并非任意两种不同种金属相间的三层膜都具有“巨磁电阻效应”。组成三层膜的两种金属中,须有一种是铁、钴、镍这三种容易被磁化的金属中的一种,另一种是不易被磁化的其他金属,才可能产生“巨磁电阻效应”。
进一步研究表明,“巨磁电阻效应”只发生在膜层的厚度为特定值的情况下。用$ R_0 $表示未加磁场时的电阻,$ R $表示加了磁场后的电阻,科学家测得铁、铬组成的复合膜电阻$ R $与$ R_0 $之比与膜层厚度$ d $(三层膜厚度均相同)的关系如图所示。
第10题图(a)
(1) 以下两种金属组成的三层复合膜可能发生“巨磁电阻效应”的是
B
。A. 铜、银 B. 铁、铜 C. 铜、铝 D. 铁、镍
(2) 由图(a)可知,铁、铬组成的复合膜,当厚度是1.7 nm时,这种复合膜电阻
具有
(选填“具有”或“不具有”)“巨磁电阻效应”。(3) 将GMR接入如图(b)所示的电路中,闭合开关$ S_1 $,指示灯的亮度将
增加
。(4) 若GMR的阻值随磁场的增强而减小,要使指示灯变亮,滑动变阻器滑片应向
左
(选填“左”或“右”)滑动。第10题图(b)
答案
(1)B (2)具有 (3)增加 (4)左
解析
【分析】
本题围绕巨磁电阻(GMR)效应展开,需结合材料信息、图像及电路知识逐一分析各问题:
1. 第(1)问:根据材料中产生巨磁电阻效应的条件——两种金属中一种是铁、钴、镍(易磁化金属),另一种是不易磁化的其他金属,逐一判断选项即可;
2. 第(2)问:结合材料中巨磁电阻效应的定义(微弱磁场使电阻急剧变化),对应图像中厚度1.7nm时的电阻变化情况判断;
3. 第(3)问:闭合S1后,左侧电路产生磁场,GMR处于磁场中,根据巨磁电阻特性(磁场下电阻变化),分析右侧电路电流变化,进而判断指示灯亮度;
4. 第(4)问:要使指示灯变亮,需右侧电路电流增大,即GMR电阻减小,而GMR阻值随磁场增强而减小,因此需增强左侧电路的磁场,即增大左侧电路电流,据此分析滑动变阻器滑片移动方向。
【解析】
(1) 根据材料,产生巨磁电阻效应的条件是:两种金属中一种为铁、钴、镍(易磁化金属),另一种为不易磁化的其他金属。
A选项铜、银均为不易磁化金属,不符合;
B选项铁是易磁化金属,铜是不易磁化金属,符合条件;
C选项铜、铝均为不易磁化金属,不符合;
D选项铁、镍均为易磁化金属,不符合;
故答案为B。
(2) 由材料可知,巨磁电阻效应是微弱磁场导致电阻急剧变化的现象,结合图像,当复合膜厚度为1.7nm时,电阻随磁场变化明显,因此该复合膜具有巨磁电阻效应,故填“具有”。
(3) 闭合开关S1后,左侧电路通电产生磁场,GMR处于磁场中,根据巨磁电阻特性,磁场下GMR电阻减小,右侧电路总电阻减小,由欧姆定律可知,右侧电路电流增大,因此指示灯亮度增加,故填“增加”。
(4) 要使指示灯变亮,需右侧电路电流增大,即GMR电阻减小;已知GMR阻值随磁场增强而减小,因此需增强左侧电路的磁场,即增大左侧电路电流;滑动变阻器滑片向左滑动时,接入电路的电阻减小,左侧电路电流增大,磁场增强,符合要求,故填“左”。
【答案】
(1)B (2)具有 (3)增加 (4)左
【知识点】
巨磁电阻效应、欧姆定律、电路动态分析
【点评】
本题结合新材料考查学生的信息提取、图像分析及电路推导能力,需准确理解巨磁电阻的特性,结合电路知识逐步分析,难度适中。
【难度系数】
0.5
本题围绕巨磁电阻(GMR)效应展开,需结合材料信息、图像及电路知识逐一分析各问题:
1. 第(1)问:根据材料中产生巨磁电阻效应的条件——两种金属中一种是铁、钴、镍(易磁化金属),另一种是不易磁化的其他金属,逐一判断选项即可;
2. 第(2)问:结合材料中巨磁电阻效应的定义(微弱磁场使电阻急剧变化),对应图像中厚度1.7nm时的电阻变化情况判断;
3. 第(3)问:闭合S1后,左侧电路产生磁场,GMR处于磁场中,根据巨磁电阻特性(磁场下电阻变化),分析右侧电路电流变化,进而判断指示灯亮度;
4. 第(4)问:要使指示灯变亮,需右侧电路电流增大,即GMR电阻减小,而GMR阻值随磁场增强而减小,因此需增强左侧电路的磁场,即增大左侧电路电流,据此分析滑动变阻器滑片移动方向。
【解析】
(1) 根据材料,产生巨磁电阻效应的条件是:两种金属中一种为铁、钴、镍(易磁化金属),另一种为不易磁化的其他金属。
A选项铜、银均为不易磁化金属,不符合;
B选项铁是易磁化金属,铜是不易磁化金属,符合条件;
C选项铜、铝均为不易磁化金属,不符合;
D选项铁、镍均为易磁化金属,不符合;
故答案为B。
(2) 由材料可知,巨磁电阻效应是微弱磁场导致电阻急剧变化的现象,结合图像,当复合膜厚度为1.7nm时,电阻随磁场变化明显,因此该复合膜具有巨磁电阻效应,故填“具有”。
(3) 闭合开关S1后,左侧电路通电产生磁场,GMR处于磁场中,根据巨磁电阻特性,磁场下GMR电阻减小,右侧电路总电阻减小,由欧姆定律可知,右侧电路电流增大,因此指示灯亮度增加,故填“增加”。
(4) 要使指示灯变亮,需右侧电路电流增大,即GMR电阻减小;已知GMR阻值随磁场增强而减小,因此需增强左侧电路的磁场,即增大左侧电路电流;滑动变阻器滑片向左滑动时,接入电路的电阻减小,左侧电路电流增大,磁场增强,符合要求,故填“左”。
【答案】
(1)B (2)具有 (3)增加 (4)左
【知识点】
巨磁电阻效应、欧姆定律、电路动态分析
【点评】
本题结合新材料考查学生的信息提取、图像分析及电路推导能力,需准确理解巨磁电阻的特性,结合电路知识逐步分析,难度适中。
【难度系数】
0.5
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