Question

【題目】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（假設(shè)把火線和零線分別看作電源的兩極）；

（_______）

(2)小明對(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，屬于_______杠桿 （填“省力”、“費(fèi)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(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(guān)S2閉合。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。請(qǐng)解釋臺(tái)燈底座前端自動(dòng)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(shí)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(guān)所以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，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(diǎn)在O處，作出動(dòng)力G1和阻力G2的力臂，如圖所示：

由圖知，動(dòng)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(dāng)水蒸發(fā)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。

[5]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。