题目内容
【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_____________。
【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。