爸爸出门前叮嘱小明写完作业再看电视，他中途回家拿东西，看到小明神色慌张，伸手摸了一下电视就知道小明偷看电视了。爸爸怎么知道小明在偷看电视呢？

任务一 电流的热效应 焦耳定律
（一）如图甲所示，将两颗钉子垂直穿过橡胶瓶盖，将一根电阻丝两端分别绕在钉子的尖端，装好后放入玻璃瓶内。钉子之间的电阻丝就如同灯泡中的灯丝。当电流通过时，电阻丝快速发热、变红、发光，但很快就烧掉了。请回答下列问题。
甲
问题1:电阻丝发光时将能转化为能和能。
问题2:导线与电阻丝之间是串联关系，通过它们的电流都相等，为什么电阻丝会被烧断而导线却完好无损呢？
问题3:结合以上实验进行猜想，你认为电流产生的热量可能与哪些因素有关？
（二）为了验证电流产生的热量是否与电流、电阻和通电时间有关，同学们进行了以下实验。将$5\ \Omega$和$10\ \Omega$的两个电阻丝串联后固定在装有等质量空气的透明容器中，闭合开关后，电阻丝中的电流产生的热量被容器中的空气吸收，会使U形管两侧液柱出现高度差，我们用液柱的高度差表示电流产生热量的多少。请回答下列问题。
问题4:电流产生的热量越多，U形管两侧液柱出现的高度差越，这种探究物理问题的方法叫作法。
问题5:如图乙所示，对电阻丝通电相同时间，发现与$10\ \Omega$电阻丝相连的U形管两侧液柱出现的高度差更大，由此得出的结论是。
通电更长时间，发现与$5\ \Omega$电阻丝相连的U形管两侧液柱出现的高度差比之前更大，由此得出的结论是。
乙
问题6:如图丙所示，将另一个$5\ \Omega$的电阻丝接在透明容器之外，其作用是；对电阻丝通电相同时间，发现与左侧$5\ \Omega$电阻丝相连的U形管两侧液柱出现的高度差更大，由此得出的结论是。
丙
问题7:物理学家焦耳做了大量的实验，精确得出电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。如图丁所示两个定值电阻$R_1$和$R_2$串联在电路中，通电一段时间后，若电阻消耗的电能全部转化为内能，请利用$W=UIt$和$I=\frac{U}{R}$推理证明上述结论的正确性。
丁

1. 电 内 光
2. 相同条件下，电流通过电阻丝产生的热量更多。
3. 电流、电阻、通电时间。
4. 大 转换
5. 在相等时间内，电流相同时，电阻较大的导体比电阻较小的导体产生的热量多 在电流和导体的电阻相同时，通电时间越长，电流产生的热量越多
6. 使通过透明容器内电阻丝的电流减小 在相等时间内，电阻相同时，通过的电流较大的导体比电流较小的导体产生的热量多
7. 相同时间内电流通过电阻$R_1$和$R_2$所做的功分别为$W_1=U_1I_1t$ 和 $W_2=U_2I_2t$，由欧姆定律$I=\frac{U}{R}$得，$U=IR$，若电阻消耗的电能全部转化为内能，则有 $Q_1 = W_1 = U_1I_1t = I_1R_1I_1t = I_1^2R_1t$、$Q_2 = W_2 = U_2I_2t = I_2R_2I_2t = I_2^2R_2t$，说明电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。

【分析】本题围绕电流的热效应与焦耳定律展开，需结合能量转化规律、串联电路特性、物理研究方法（转换法、控制变量法）及焦耳定律的推导来解答各问题。解题时，先明确每个问题对应的物理原理：能量转化看消耗与获得的能量；串联电路电流相等，结合焦耳定律分析热量差异；实验中通过U形管液柱高度差反映热量多少是转换法，探究热量与某一因素的关系用控制变量法；最后根据公式推导焦耳定律的正确性。
【解析】
问题1：电阻丝发光时，消耗电能，获得内能和光能，故能量转化为电能转化为内能和光能。
问题2：导线与电阻丝串联，电流I相同、通电时间t相同，电阻丝的电阻远大于导线电阻，根据焦耳定律Q=I²Rt，电阻丝产生的热量远多于导线，温度升高更快，因此电阻丝被烧断而导线完好。
问题3：结合实验中改变电阻、电流、通电时间时热量的变化，可猜想电流产生的热量可能与电流大小、导体电阻、通电时间有关。
问题4：电流产生的热量越多，容器内空气温度越高、体积膨胀越大，U形管两侧液柱高度差越大；用液柱高度差反映热量多少，这种方法是转换法。
问题5：5Ω和10Ω电阻丝串联，电流相同、通电时间相同，10Ω对应的液柱高度差更大，说明电阻大的导体产生热量更多，结论为：在相等时间内，电流相同时，电阻较大的导体比电阻较小的导体产生的热量多；同一电阻丝，电流、电阻相同，通电时间越长，液柱高度差越大，结论为：在电流和导体的电阻相同时，通电时间越长，电流产生的热量越多。
问题6：丙图中，外部5Ω电阻丝与容器内5Ω电阻丝并联后再串联，作用是使通过容器内电阻丝的电流减小；通电时间相同、电阻相同，左侧电流更大，液柱高度差更大，结论为：在相等时间内，电阻相同时，通过的电流较大的导体比电流较小的导体产生的热量多。
问题7：根据W=UIt和欧姆定律I=U/R，得U=IR；电阻消耗的电能全部转化为内能，故Q=W=UIt=IR·It=I²Rt，即电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比，证明了焦耳定律的正确性。
【答案】
1. 电；内；光
2. 相同条件下，电流通过电阻丝产生的热量更多。
3. 电流、电阻、通电时间。
4. 大；转换
5. 在相等时间内，电流相同时，电阻较大的导体比电阻较小的导体产生的热量多；在电流和导体的电阻相同时，通电时间越长，电流产生的热量越多
6. 使通过透明容器内电阻丝的电流减小；在相等时间内，电阻相同时，通过的电流较大的导体比电流较小的导体产生的热量多
7. 相同时间内电流通过电阻$R_1$和$R_2$所做的功分别为$W_1=U_1I_1t$ 和 $W_2=U_2I_2t$，由欧姆定律$I=\frac{U}{R}$得，$U=IR$，若电阻消耗的电能全部转化为内能，则有 $Q_1 = W_1 = U_1I_1t = I_1R_1I_1t = I_1^2R_1t$、$Q_2 = W_2 = U_2I_2t = I_2R_2I_2t = I_2^2R_2t$，说明电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。
【知识点】电流的热效应、焦耳定律、转换法
【点评】本题是焦耳定律相关的基础实验题，涵盖能量转化、串联电路特点、实验方法应用及定律推导，考查学生对核心知识点的理解与应用，是电学热学部分的重点内容，需掌握实验设计思路与结论推导逻辑。
【难度系数】0.6