Question

【題目】【2016·沈陽卷】小明家新買了一臺(tái)多功能LED臺(tái)燈，其結(jié)構(gòu)如圖甲所示．S1是控制LED燈的開關(guān)，USB接口可以給手機(jī)充電．小明發(fā)現(xiàn)即使S1斷開，USB接口也能正常使用．安全開關(guān)S2位于臺(tái)燈底部的前端，當(dāng)臺(tái)燈傾斜，S2離開桌面時(shí)，它會(huì)自動(dòng)斷開，切斷臺(tái)燈的電源．

（1）根據(jù)以上信息，請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖乙中的電路元件接入電路．

（2）曉明對(duì)開關(guān)S2很感興趣，并開始研究其功能．它將臺(tái)燈點(diǎn)亮，并保持支架和燈頭的夾角不變，試著向后調(diào)整支架的位置，當(dāng)達(dá)到圖丙所示的位置時(shí)，臺(tái)燈雖未傾倒但底座前端剛好翹起，此時(shí)S2斷開，臺(tái)燈熄火．如果把臺(tái)燈看做是杠桿，此時(shí)恰好平衡，則動(dòng)力臂 （填“大于”、“等于”或“小于”）阻力臂．

接下來，小明向固定在底座上的筆筒中放入一支鉛筆，這時(shí)臺(tái)燈底座重新落回桌面，S2閉合，臺(tái)燈亮起．當(dāng)他再從筆筒中取出這只筆時(shí)，臺(tái)燈底座前端翹起，再次熄滅．

（3）小明設(shè)想：如果利用安全開關(guān)S2，制作一個(gè)在手機(jī)充電時(shí)可以自動(dòng)斷電的控制裝置，這樣就可以避免因夜間手機(jī)充電時(shí)間過長(zhǎng)而帶來的安全隱患．

經(jīng)過思考小明只借助了濕巾和少量的水，結(jié)合學(xué)過的蒸發(fā)知識(shí)便設(shè)計(jì)出了一個(gè)簡(jiǎn)易的裝置．以下是小明給的設(shè)計(jì)方案，請(qǐng)將其補(bǔ)充完整．

①抽取一張濕巾放進(jìn)空筆筒中，并把手機(jī)數(shù)據(jù)線插入臺(tái)燈底座的USB接口，手機(jī)開始充電．

②慢慢向后調(diào)節(jié)支架，同時(shí)觀察手機(jī)充電的情況，直至手機(jī)剛好 ．

③保持支架和燈頭的位置不變， ，使開關(guān)S2閉合．

④一段時(shí)間后，臺(tái)燈底座前端自動(dòng)翹起，開關(guān)S2切斷電路．在不改變支架和燈頭位置的前提下，若要縮短充電時(shí)間，可采用的方法是 ．

Answer 1

【答案】（1）電路圖如下圖所示；（2）大于；（3）②停止充電；③向筆筒中的濕巾倒入適量的水，臺(tái)燈平衡；④減少筆筒中水的質(zhì)量

【解析】

（1）由題意可知，S1是控制LED燈的開關(guān)，故S1與IED燈串聯(lián)；S1斷開，USB接口也能正常使用，說明LED燈與USB接口并聯(lián)；S2斷開，切斷臺(tái)燈的電源，故S2在干路上，電路如上圖所示；（2）由圖丙知，支點(diǎn)在O處，作出動(dòng)力G1和阻力G2的力臂，如下圖：

由圖知，動(dòng)力臂大于阻力臂；（3）將筆筒中放入紙巾，加入適量水，放在底座上，當(dāng)水蒸發(fā)的后，其重力減小，根據(jù)杠桿的平衡條件，當(dāng)動(dòng)力與動(dòng)力臂的乘積大于阻力與阻力臂的乘積時(shí)杠桿失去平衡，如果充電時(shí)間與水蒸發(fā)時(shí)間相同時(shí)，底座前端剛好翹起，此時(shí)S2斷開，切斷臺(tái)燈的電源．若筆筒中水的質(zhì)量越少，水蒸發(fā)時(shí)間短，臺(tái)燈失去平衡的時(shí)間越短，即充電時(shí)間越短。

設(shè)計(jì)方案：

①抽取一張濕巾放進(jìn)空筆筒中，并把手機(jī)數(shù)據(jù)線插入臺(tái)燈底座的USB接口，手機(jī)開始充電；②慢慢向后調(diào)節(jié)支架，同時(shí)觀察手機(jī)充電的情況，直至手機(jī)剛好停止充電；③保持支架和燈頭的位置不變，向筆筒中的濕巾倒入適量的水，臺(tái)燈平衡，使開關(guān)S2閉合；④一段時(shí)間后，臺(tái)燈底座前端自動(dòng)翹起，開關(guān)S2切斷電路．在不改變支架和燈頭位置的前提下，若要縮短充電時(shí)間，可采用的方法是：減少筆筒中水的質(zhì)量。