Question

【题目】【2016·沈阳卷】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．

（2）晓明对开关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．

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，结合学过的蒸发知识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 ．

③保持支架和灯头的位置不变， ，使开关S2闭合．

④一段时间后，台灯底座前端自动翘起，开关S2切断电路．在不改变支架和灯头位置的前提下，若要缩短充电时间，可采用的方法是 ．

Answer 1

【答案】（1）电路图如下图所示；（2）大于；（3）②停止充电；③向笔筒中的湿巾倒入适量的水，台灯平衡；④减少笔筒中水的质量

【解析】

（1）由题意可知，S1是控制LED灯的开关，故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，故S2在干路上，电路如上图所示；（2）由图丙知，支点在O处，作出动力G1和阻力G2的力臂，如下图：

由图知，动力臂大于阻力臂；（3）将笔筒中放入纸巾，加入适量水，放在底座上，当水蒸发的后，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，此时S2断开，切断台灯的电源．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。

设计方案：

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，直至手机刚好停止充电；③保持支架和灯头的位置不变，向笔筒中的湿巾倒入适量的水，台灯平衡，使开关S2闭合；④一段时间后，台灯底座前端自动翘起，开关S2切断电路．在不改变支架和灯头位置的前提下，若要缩短充电时间，可采用的方法是：减少笔筒中水的质量。