小明家新買了一台多功能LED枱燈，其結構如圖*所示．S1是控制LED燈的開關，USB接口可以給手機充電．小明發...

問題詳情：

小明家新買了一台多功能LED枱燈，其結構如圖*所示．S1是控制LED燈的開關，USB接口可以給手機充電．小明發現即使S1斷開，USB接口也能正常使用．安全開關S2位於枱燈底部的前端，當枱燈傾斜，S2離開桌面時，它會自動斷開，切斷枱燈的電源．

（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，並開始研究其功能．它將枱燈點亮，並保持支架和燈頭的夾角不變，試着向後調整支架的位置，當達到圖*所示的位置時，枱燈雖未傾倒但底座前端剛好翹起，此時S2斷開，枱燈熄火．如果把枱燈看做是槓桿，此時恰好平衡，則動力臂　　　　　　（填“大於”、“等於”或“小於”）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，這時枱燈底座重新落回桌面，S2閉合，枱燈亮起．當他再從筆筒中取出這隻筆時，枱燈底座前端翹起，再次熄滅．

（3）小明設想：如果利用安全開關S2，製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，並把手機數據線*入枱燈底座的USB接口，手機開始充電．

②慢慢向後調節支架，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．

④一段時間後，枱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，可採用的方法是　　　　　　．

【回答】

【考點】串、並聯電路的設計．

【專題】應用題；作圖題；電流和電路；探究型實驗綜合題．

【分析】（1）串聯電路各用電器相互影響，並聯電路各支路間互不影響，開關與被控制元件串聯．由此分析判斷燈與USB接口的連接方式、兩開關的作用，畫出電路圖；

（2）力臂是支點到力的作用線的距離，由圖*可知兩力臂長比較即可；

（3）利用槓桿的平衡條件，當充電時間與濕巾中水的蒸發的時間相同時，枱燈恰好傾斜，S2斷開自動斷開電源設計．

【解答】解：

（1）S1是控制LED燈的開關所以S1與IED燈串聯；S1斷開，USB接口也能正常使用，説明LED燈與USB接口並聯；S2斷開，切斷枱燈的電源，所以S2在幹路上，由此連接電路如圖所示：

（2）由圖*知，支點在O處，作出動力G1和阻力G2的力臂，如圖所示：

由圖知，動力臂大於阻力臂；

（3）將筆筒中放入紙巾，加入適量水，放在底座上，當水蒸發的後，其重力減小，根據槓桿的平衡條件，當動力與動力臂的乘積大於阻力與阻力臂的乘積時槓桿失去平衡，如果充電時間與水蒸發時間相同時，底座前端剛好翹起，此時S2斷開，切斷枱燈的電源．若筆筒中水的質量越少，水蒸發時間短，枱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，並把手機數據線*入枱燈底座的USB接口，手機開始充電．

②慢慢向後調節支架，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，枱燈平衡，使開關S2閉合．

④一段時間後，枱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，可採用的方法是：減少筆筒中水的質量．

故*為：（1）見上圖；（2）大於；（3）②停止充電；③向筆筒中的濕巾倒入適量的水，枱燈平衡；④減少筆筒中水的質量．

【點評】本題考查了電路圖設計、力臂的認識和理解、以及槓桿平衡條件的應用，第三問巧妙的利用水的蒸發與槓桿的平衡條件結合起來，體現了物理在生活中的實際應用，考查學生運用知識的能力，是一道好題．

知識點：九年級下

題型：綜合題