Question

【题目】小明家新买了一台多功能LED台灯，其结构如图甲所示。S1是控制LED灯的开关，USB接口可以给手机充电。小明发现即使S1断开，USB接口也能正常使用。安全开关S2位于台灯底部的前端，当台灯倾斜，S2离开桌面时，它会自动断开切断台灯的电源：

(1)根据以上信息，请用笔画线代替导线，将图乙中的电路元件接入电路（假设把火线和零线分别看作电源的两极）；

（_______）

(2)小明对开关S2很感兴趣，并开始研究其功能。它将台灯点亮，并保持支架和灯头的夹角不变，试着向后调整支架的位置，当达到图丙所示的位置时，台灯虽未倾倒但底座前端刚好翘起，此时S2断开，台灯熄火。如果把台灯看做是杠杆，此时恰好平衡，则动力臂_______ （填 “大于”、“等于”或“小于”）阻力臂，属于_______杠杆 （填“省力”、“费力”或“等臂”）。接下来，小明向固定在底座上的笔筒中放入一支铅笔，这时台灯底座重新落回桌面，S2闭合台灯亮起。当他再从笔筒中取出这只笔时，台灯底座前端翘起，再次熄灭；

(3)小明设想：如果利用安全开关S2制作一个在手机充电时可以自动断电的控制装置，这样就可以避免因夜间手机充电时间过长而带来的安全隐患。经过思考小明只借助了湿巾和少量的水便设计出了一个简易的装置。以下是小明给的设计方案，请将其补充完整：

<1>抽取一张湿巾放进空笔筒中，并把手机数据线插入台灯底座的USB接口，手机开始充电；

<2>慢慢向后调节支架，同时观察手机充电的情况，直至手机刚好开始充电；

<3>保持支架和灯头的位置不变，向笔筒中倒入适量的水，使开关S2闭合。一段时间后，台灯底座前端自动翘起，开关S2切断电路。请解释台灯底座前端自动翘起的原因：________________________；

<4>在不改变支架和灯头位置的前提下，若要缩短充电时间，可采用的方法_____________。

Answer 1

【答案】 大于 省力杠杆 见详解 见详解

【解析】

(1)[1] S1是控制LED灯的开关所以S1与IED灯串联；S1断开，USB接口也能正常使用，说明LED灯与USB接口并联；S2断开，切断台灯的电源，所以S2在干路上，由此连接电路如图所示：

(2)[2][3]由图丙知，支点在O处，作出动力G1和阻力G2的力臂，如图所示：

由图知，动力臂大于阻力臂，为省力杠杆。

(3)[4]将笔筒中放入纸巾，加入适量水，放在底座上，当水蒸发后，其重力减小，根据杠杆的平衡条件，当动力与动力臂的乘积大于阻力与阻力臂的乘积时杠杆失去平衡，如果充电时间与水蒸发时间相同时，底座前端刚好翘起。

[5]若笔筒中水的质量越少，水蒸发时间短，台灯失去平衡的时间越短，即充电时间越短。