实现自动控制电阻类型分析之磁敏电阻

2016-10-10华庆富

学苑创造·C版 2016年9期

华庆富

磁敏电阻是一种对磁敏感、具有磁阻效应的电阻元件。物质在磁场中电阻发生变化的现象称为磁阻效应。磁敏电阻在外施磁场的作用下（包括外施磁场的强度及方向的变化）能够改变自身的阻值，是一种新颖的传感元件。它可分为半导体磁敏及强磁性金属薄膜磁敏电阻两大类。

半导体磁敏电阻的研制始于上世纪60年代初，在上世纪60年代中期即有商品销售，因其和普通电阻一样，具有两个端子、结构简单、灵敏度高、安装方便等优点，其应用较为普遍。

强磁性金属薄膜磁敏电阻是用强磁性合金材料制成的一种薄膜型的磁敏电阴器件，其作用原理是强磁性体的磁阻效应，它和半导体磁敏电阻不同，除对磁场的强度敏感（和半导体磁敏电阻相同点）外，对磁场的方向也十分敏感（和半导体磁敏电阻不同点）。由于薄膜不是半导体材料而是强磁性体合金，因此具有较小的温度系数，且性能较为稳定、灵敏度高，现已商品化和实用化。

磁敏电阻的特点

例1 物理学中常用磁感线来形象的描述磁场，用磁感应强度（用字母B表示）来描述磁场的强弱，它的国际单位是特斯拉（符号是T），磁感应强度B越大表明磁场越强；B=0表明没有磁场。有一种电阻，它的大小随磁场强弱的变化而变化，这种电阻叫做磁敏电阻，如图1所示，某磁敏电阻R的阻值随磁感应强度B变化的图象。为了研究某磁敏电阻R的性质，设计了如图2所示的电路进行实验，请解答下列问题：

（1）当S1断开，S2闭合时，电压表的示数为3V，则此时电流表的示数为 A；

（2）只闭合S1，通电螺线管的左端为极；闭合S1和S2，移动两个滑动变阻器的滑片，当电流表示数为0.04A时，电压表的示数为6V，由图象可得，此时该磁敏电阻所在位置的磁感应强度为 T；

（3）实验中将图2（甲）中电路电源的正负极对调，发现图2（乙）电路中电压表和电流表的示数均不变，这表明：该磁敏电阻的阻值与磁场的无关；

（4）实验中通过改变滑动变阻器连入电路R1中的阻值来改变磁敏电阻所在位置的磁感应强度，从而影响电流表的示数.若让滑动变阻器R1的滑片P向右移动，此时电流表的示数将（选填“变大”“变小”或“不变”）。请你再提供一种改变磁感应强度的方法。

解析：（1）由图1可以得到R没有磁性时的电阻，已知此时R两端电压，利用欧姆定律得到电流表的示数。

当S1断开，S2闭合时，螺线管没有磁性，由图1知，当通电螺线管没有磁性时，R=100Ω，根据欧姆定律，电流表的示数为I=[UR]=[3V100Ω]=0.03A；

注意：①利用安培定则判断通电螺线管的磁极；②已知磁敏电阻两端电压和通过的电流，可以得到电阻；由磁敏电阻的阻值，利用图象可以得到磁感应强度。

（2）闭合开关S1时，螺线管产生磁性，由安培定则知：左端为S极；当电流表示数为0.04A时，电压表的示数为6V，磁敏电阻的阻值为R′=[U′I′]=[6V0.04A]=150Ω，由图1知，此时的磁感应强度为0.3T；

（3）将电源的正负极对调，螺线管的磁极发生变化，发现图2（乙）电路中电压表和电流表的示数不变，也就是磁敏电阻的阻值不变，这表明：该磁敏电阻的阻值与磁场的方向无关；

（4）若让滑动变阻器R1的滑片P向右移动，则通电螺线管的磁场变弱，图1可知，R的阻值减小，图2（乙）电路图的总电阻变小，由I=[UR]可知，电路中的电流变大，R2两端的电压变大，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以R两端的电压变小，即电压表的示数变小；已知磁敏电阻的大小随磁场强弱的变化而变化，所以可以通过改变通电螺线管中线圈匝数改变螺线管的磁性强弱，间接改变磁敏电阻的阻值。

答案：（1）0.03；（2）S；0.3；（3）方向；（4）变小；改变通电螺线管的线圈匝数。

【点拨】本题是一道电与磁知识综合应用的创新题，题目形式、考查角度、考查方式新颖，注意了与高中知识的合理衔接，值得同学们重点掌握。

磁敏电阻对电路的控制

例2 巨磁电阻（GMR）在磁场中，电阻会随着磁场的增大而急剧减小，用GMR组成的电路图如图3所示，S断开，A2有示数，电源电压恒定，则（）。

A.S闭合时，A2示数减小

B.S闭合时，A2示数不变

C.A1示数减小时，A2示数不变

D.A1示数增大时，A2示数增大