电流做的功跟电压、电流和通电时间三个因素都有关。李明同学要通-优题课

大家都知道：“摩擦生热”。那摩擦做功与生热之间存在怎样的关系？焦耳等科学家运用多种方法、不同实验，测出做功 $(W)$ 和做功产生的热 $(Q)$ 两者之间的比值关系。其中最经典的是1847年焦耳设计的桨叶轮实验：如图甲，在一个装满水的绝热桶里放入铜制的翼轮，多次用下落的重物带动翼轮上的叶片转动，转动的叶片与水摩擦，产生的热使水的温度升高。焦耳通过测量　　和重物下落的距离，计算出重物做的功，即翼轮克服水的摩擦所做的功 $(W)$ ；测量绝热桶中水升高的温度，从而计算出水吸收的热 $(Q)$ 。

（1）焦耳做这个实验的目的是　　。

（2）小柯利用刻度尺、温度计、天平、双层真空平底圆柱体保温杯、水等器材，粗略测量做功和做功产生的热之间的比值关系。具体方案是：

①用刻度尺测量空保温杯内部高度，记为 $h_{杯}$ 。

②用天平称量一定质量的水，记为 $m_{水}$ ，用温度计测出水的温度，记为 $t_{1}$ 。

③将水倒入保温杯中，测量杯中水的高度，记为 $h_{水}$ ．计算出 $h_{杯} - h_{水}$ ，这也就是杯中水下落的高度。

④在保温杯盖子上安装一支分度值为 ${0.1}^{°} C$ 的温度计（连接处密闭绝热），盖紧保温杯，如图乙。

⑤　　（填写操作），计算出水的重力所做的功 $(W)$ 。

⑥测出杯中水的温度，记为 $t_{2}$ ，计算出水吸收的热 $(Q)$ 。

⑦根据⑤、⑥数据，得出两者的比值关系。

为何漂浮在水面上的竹筷一般都是横躺着而不是竖直的？这一现象引起了小科的思考。

【思考】漂浮在水面上的竹筷只受到重力和浮力的作用，因为它们是一对　　力，所以竹筷应该能够竖直地静止在水面上，但事实并不如此。

【实验】小科以内含金属块的中空细塑料管模拟竹筷进行实验探究。如图所示，把一个质量适当的金属块，固定在一根底端封闭的中空细塑料管内的不同位置后，分别轻轻地竖直放在水和浓盐水中，观察它是否始终保持竖直。观察到的实验现象如表：

	$a$	$b$	$c$	$d$
水	不能	不能	能	能
浓盐水	不能	不能	不能	能

【分析】（1）把金属块和塑料管视为一个物体，金属块位置的改变，会改变物体的　　位置。相同条件下，这一位置越低，细管在液体中能竖直漂浮的可能性越大。

（2）分析金属块固定在 $c$ 点时，细管放入水和浓盐水中时的实验现象可知，相同条件下，浮力作用点的位置相对细管底端越　　（填“高”或“低” $)$ ，细管在液体中能竖直漂浮的可能性越大。

其实，上述实验现象还需要用杠杆、能的转化等知识来解释，有待于继续研究 $\dots$

做“串联与并联电路中电流、电压的关系”实验时，实验用的两个灯泡 $L_{1}$ 、 $L_{2}$ 上分别标有“ $2.5 V$ ”和“ $3.8 V$ ”字样，电源电压恒为 $2.5 V$ 。

（1）串联时，小科连接了如图甲所示的电路。闭合开关，两灯均不发光。小科猜想是灯泡 $L_{1}$ 灯丝断了，就用一根导线的两端在灯泡 $L_{1}$ 两端接线柱处同时试触，若看到灯泡 $L_{2}$ 　　，说明小科猜想正确。

（2）并联时，小科连接了如图乙所示的电路。闭合开关前，小科检查发现电路连接有误，但只要改动一根导线即可。请你在要改动的这根导线上打“ $\times$ ”。并用笔画线代替导线，将图乙中的电路连接正确。

（3）改正电路后继续实验，小柯记录的实验数据如下表：

物理量	电流			电压
串联电路	$I_{A} = 0.16 A$	$I_{B} = 0.16 A$	$I_{C} = 0.16 A$	$U_{L_{1}} = 0.9 V$	$U_{L_{2}} = 1.6 V$	$U_{总} = 2.5 V$
并联电路	$I_{L_{1}} = 0.34 A$	$I_{L_{2}} = 0.20 A$	$I_{总} = 0.54 A$	$U_{L_{1}} = 2.5 V$	$U_{L_{2}} = 2.5 V$	$U_{总} = 2.5 V$

学习了欧姆定律以后，小科发现：根据串联电路中的数据，可计算得到 $R_{L_{1}} = 5.63 Ω$ ，根据并联电路中的数据，可计算得到 $R_{L_{1}} = 7.35 Ω$ ．造成这一差异的根本原因是灯丝电阻的大小随着　　的升高而增大。