Question

【題目】【2016·沈陽卷】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(fā)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．

（2）曉明對開關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．

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，結合學過的蒸發(fā)知識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(jié)支架，同時觀察手機充電的情況，直至手機剛好 ．

③保持支架和燈頭的位置不變， ，使開關S2閉合．

④一段時間后，臺燈底座前端自動翹起，開關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，臺燈平衡；④減少筆筒中水的質量

【解析】

（1）由題意可知，S1是控制LED燈的開關，故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，故S2在干路上，電路如上圖所示；（2）由圖丙知，支點在O處，作出動力G1和阻力G2的力臂，如下圖：

由圖知，動力臂大于阻力臂；（3）將筆筒中放入紙巾，加入適量水，放在底座上，當水蒸發(fā)的后，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(fā)時間相同時，底座前端剛好翹起，此時S2斷開，切斷臺燈的電源．若筆筒中水的質量越少，水蒸發(fā)時間短，臺燈失去平衡的時間越短，即充電時間越短。

設計方案：

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(jié)支架，同時觀察手機充電的情況，直至手機剛好停止充電；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，臺燈平衡，使開關S2閉合；④一段時間后，臺燈底座前端自動翹起，開關S2切斷電路．在不改變支架和燈頭位置的前提下，若要縮短充電時間，可采用的方法是：減少筆筒中水的質量。