Question

【題目】小明家新買了一臺多功能LED臺燈，其結構如圖甲所示。S1是控制LED燈的開關，USB接口可以給手機充電。小明發現即使S1斷開，USB接口也能正常使用。安全開關S2位于臺燈底部的前端，當臺燈傾斜，S2離開桌面時，它會自動斷開切斷臺燈的電源：

(1)根據以上信息，請用筆畫線代替導線，將圖乙中的電路元件接入電路（假設把火線和零線分別看作電源的兩極）；

（_______）

(2)小明對開關S2很感興趣，并開始研究其功能。它將臺燈點亮，并保持支架和燈頭的夾角不變，試著向后調整支架的位置，當達到圖丙所示的位置時，臺燈雖未傾倒但底座前端剛好翹起，此時S2斷開，臺燈熄火。如果把臺燈看做是杠桿，此時恰好平衡，則動力臂_______ （填 “大于”、“等于”或“小于”）阻力臂，屬于_______杠桿 （填“省力”、“費力”或“等臂”）。接下來，小明向固定在底座上的筆筒中放入一支鉛筆，這時臺燈底座重新落回桌面，S2閉合臺燈亮起。當他再從筆筒中取出這只筆時，臺燈底座前端翹起，再次熄滅；

(3)小明設想：如果利用安全開關S2制作一個在手機充電時可以自動斷電的控制裝置，這樣就可以避免因夜間手機充電時間過長而帶來的安全隱患。經過思考小明只借助了濕巾和少量的水便設計出了一個簡易的裝置。以下是小明給的設計方案，請將其補充完整：

<1>抽取一張濕巾放進空筆筒中，并把手機數據線插入臺燈底座的USB接口，手機開始充電；

<2>慢慢向后調節支架，同時觀察手機充電的情況，直至手機剛好開始充電；

<3>保持支架和燈頭的位置不變，向筆筒中倒入適量的水，使開關S2閉合。一段時間后，臺燈底座前端自動翹起，開關S2切斷電路。請解釋臺燈底座前端自動翹起的原因：________________________；

<4>在不改變支架和燈頭位置的前提下，若要縮短充電時間，可采用的方法_____________。

Answer 1

【答案】 大于 省力杠桿 見詳解 見詳解

【解析】

(1)[1] S1是控制LED燈的開關所以S1與IED燈串聯；S1斷開，USB接口也能正常使用，說明LED燈與USB接口并聯；S2斷開，切斷臺燈的電源，所以S2在干路上，由此連接電路如圖所示：

(2)[2][3]由圖丙知，支點在O處，作出動力G1和阻力G2的力臂，如圖所示：

由圖知，動力臂大于阻力臂，為省力杠桿。

(3)[4]將筆筒中放入紙巾，加入適量水，放在底座上，當水蒸發后，其重力減小，根據杠桿的平衡條件，當動力與動力臂的乘積大于阻力與阻力臂的乘積時杠桿失去平衡，如果充電時間與水蒸發時間相同時，底座前端剛好翹起。

[5]若筆筒中水的質量越少，水蒸發時間短，臺燈失去平衡的時間越短，即充電時間越短。