版高中物理人教版选修31学案第二章 11 简单的逻辑电路.docx
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版高中物理人教版选修31学案第二章11简单的逻辑电路
11 简单的逻辑电路
目标导航
思维脉图
1.初步了解简单的逻辑电路及表示符号。
（物理观念）
2.通过实验理解“与”“或”和“非”门电路在逻辑电路中的结果与条件的逻辑关系。
（科学探究）
3.初步了解集成电路的发展对社会进步的意义。
（科学态度与责任）
必备知识·自主学习
一、数字信号与模拟信号
1.数字信号:
在变化中只有两个对立的状态,即“有”或者“没有”,常用“0”或者“1”表示,这样的信号叫数字信号。
2.模拟信号:
能连续变化的信号叫作模拟信号,如调节收音机的音量时收音机的声音连续变化,这就是模拟信号。
3.特征:
数字信号的图形是分段的,模拟信号的图形是连续的,如图。
二、门电路
1.“与”门:
（1）“与”逻辑关系:
如果一个事件的几个条件都满足后,该事件才能发生,我们把这种关系叫作“与”逻辑关系。
（2）“与”门:
具有“与”逻辑关系的电路称为“与”门电路,简称“与”门。
（3）符号:
其中“&”具有“与”的意思,象征着:
只有A与B两个输入端都是1时,输出端才是1。
2.“或”门:
（1）“或”逻辑关系:
如果几个条件中,只要有一个条件得到满足,某事件就会发生,这种关系叫作“或”逻辑关系。
（2）“或”门:
具有“或”逻辑关系的电路叫作“或”门。
（3）符号:
“≥1”象征着:
当1个或多于1个输入端为1时,输出端是1。
3.“非”门:
（1）“非”逻辑关系:
输出状态与输入状态相反的逻辑关系叫作“非”逻辑关系。
（2）“非”门:
具有“非”逻辑关系的电路叫作“非”门。
（3）符号为
其中矩形右侧小圆可以看作数字“0”,它与矩形中的数字“1”象征着:
输入端为1时,输出端是0。
（1）“与”门电路中,A、B两个输入端中只要有其中一个为“1”,输出端就为“1”。
（×）
（2）“与”门电路中,A、B两个输入端都为“1”时,输出端才是“1”。
（√）
（3）“或”门电路中,A、B两个输入端有一个是“0”时,输出端就是“0”。
（×）
（4）“或”门电路中,A、B两个输入端有一个是“1”时,输出端就是“1”。
（√）
关键能力·合作学习
知识点一 三种门电路
1.三种门电路的类比理解:
门电路种类
类比电路图
逻辑关系
“与”门
两个开关都闭合是灯亮的充分必要条件,逻辑关系可示意为
=C
“或”门
两个开关都闭合是灯亮的充分不必要条件,逻辑关系可示意为
“非”门
逻辑关系表示为A⇒-C,C表示结果成立,-C表示结果不成立
提醒:
（1）上述类比中都是开关闭合作为满足条件,灯泡亮作为结果成立进行类比的。
（2）条件成立或结果成立对应逻辑门电路中的“1”,相反时对应“0”,“1”“0”是逻辑关系中的两种取值,不表示具体数字。
2.三种门电路的符号和真值表:
（1）“与”门。
“与”门的真值表
输入
输出
A
B
Y
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
（2）“或”门。
“或”门的真值表
输入
输出
A
B
Y
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
（3）“非”门。
“非”门的真值表
输入
输出
A
Y
0
1
1
0
十字路口的红绿灯是我们非常熟悉的,你知道红绿灯交替亮灭的原理是什么吗?
提示:
红绿灯电路就是将简单的门电路组合起来的逻辑电路,应用的就是门电路原理。
【典例】在登录你的网络账户的过程中,要有两个条件,一个是用户名,一个是与用户名对应的密码,要完成这个事件（登录成功）,它们所体现的逻辑关系为（ ）
A.“与”关系 B.“或”关系
C.“非”关系D.不存在逻辑关系
【解析】选A。
当几个条件同时具备才能出现某一结果时,这些条件与结果之间的关系称为“与”逻辑关系。
在登录网络账户时,只有用户名和对应的密码同时正确才能成功,反映的是“与”逻辑关系。
故选A。
1.联合国安理会每个常任理事国都拥有否决权,假设设计一个表决器,常任理事国投反对票时输入0,投赞成票或弃权时输入1,提案通过为1,不通过为0,则这个表决器应具有哪种逻辑关系（ ）
A.“与”门B.“或”门
C.“非”门D.“与非”门
【解析】选A。
根据联合国常任理事国表决情况可知,即每个常任理事国都通过才为通过,只要有一个投反对票,则提案都不通过,所有常任理事国都同意才通过,故能正确表示该表决器的逻辑门应该是“与”门。
2.在车门报警电路中,两个按钮开关分别装在汽车的两扇门上,只要有开关处于断开状态,报警灯就发光,能实现此功能的电路是（ ）
【解析】选D。
实现车门报警的电路应当是“或”门电路,而A、B是“与”门电路,A、B错误;选项C、D图是“或”门电路,但C中,S1、S2均断开时,灯泡不亮,不能起到报警作用,D正确。
【加固训练】
下列逻辑电路中,能使蜂鸣器F发出声音的是（ ）
【解析】选B。
由A图可知,“与”门的输入端为“1”、“0”,则输出为“0”,蜂鸣器不能发出声音,故A项错误;B图为“或”门电路,输入端为“1”、“0”,则输出为“1”,蜂鸣器发出声音,故B项正确;C图为“非”门电路,输入端为“1”,则输出为“0”,蜂鸣器不能发出声音,故C项错误;D图为“或”门、“非”门的复合电路,“或”门的输入端为“1”、“0”,则输出为“1”,“非”门的输入为“1”,则输出为“0”,蜂鸣器不能发出声音,故D项错误。
知识点二 复合门电路
1.“与非”门
一个“与”门电路和一个“非”门电路组合在一起,组成一个复合门电路,称为“与非”门,如图所示。
可简化为
其真值表为
输入
输出
输入
输出
A1
B1
Y1
A2
Y2
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
0
2.“或非”门:
一个“或”门电路和一个“非”门电路组合在一起,组成一个“或非”门,如图所示。
可简化为
其真值表为
输入
输出
输入
输出
A1
B1
Y1
A2
Y2
0
0
0
0
1
0
1
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
1
1
0
【典例】在如图所示的逻辑电路中,当A端输入电信号1、B端输入电信号0时,则在C和D端输出的电信号分别为（ ）
A.1和0B.0和1
C.1和1D.0和0
【解析】选C。
首先从“非”门电路入手,当B端输入电信号“0”时,D端输出电信号为“1”,所以“与”门电路的两输入均为“1”,因此C端输出电信号为“1”,C正确。
1.如图是一个三输入端复合门电路,当C端输入“1”时,A、B端输入为何值时输出端Y输出“1”（ ）
A.0 0 B.0 1
C.1 0D.1 1
【解析】选D。
此复合门电路由两个“与”门组成,故A、B输入都是“1”时,Y输出“1”,故D正确。
2.如图所示,低电位报警器由两个基本的门电路与蜂鸣器组成,该报警器只有当输入电压过低时蜂鸣器才会发出警报,其中（ ）
A.甲是“与”门,乙是“非”门
B.甲是“或”门,乙是“非”门
C.甲是“与”门,乙是“或”门
D.甲是“或”门,乙是“与”门
【解析】选B。
由基本门电路的符号和特点结合题图可知,乙是“非”门,蜂鸣器工作时需要一个高电势,即“非”门输出为“1”,则此时“非”门需要输入“0”;门电路甲已输入一个低电势“0”,由于要求只有当输入电压过低即输入为“0”,且门电路甲的输出为“0”时,蜂鸣器才会发出警报,所以甲是“或”门,B正确。
【加固训练】
一个机要仓库有一扇很大的电动门,门上装有三把电动锁,三个机要员各有一把锁的钥匙,只有三人同时转动自己的钥匙（闭合自己的开关）,才能通过一个继电器把门打开。
图中的S1、S2、S3是三个锁内的开关,J为继电器（图中未画电动机的电路）,请在方框内画出符合要求的具有3个输入端的门电路符号。
【解析】根据题意仓库门开这个事件要想发生,必须满足三个机要员同时转动自己的钥匙这个条件,由此得出该逻辑关系为“与”逻辑关系,对应的逻辑电路为“与”门电路。
答案:
见解析
【拓展例题】考查内容:
斯密特触发器
【典例】
（1）图甲为斯密特触发器的符号,当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值（1.6V）时,输出端Y会突然从高电平跳到低电平（0.25V）,而当输入端A的电压下降到另一个值的时候（0.8V）,Y会从低电平跳到高电平（3.4V）。
由此可知,斯密特触发器是具有特殊功能的 （选填“与”门、“或”门或“非”门）。
（2）如图乙、丙是某同学设计的两个电路图。
图中R1是可调电阻,RT是热敏电阻,其阻值会随温度的升高而减小。
回答下面问题:
①能作为温度报警器的电路图是 （选填“乙”或“丙”）;
②为使热敏电阻在感测到更高温度时才报警,应该调节R1,使其阻值 （选填“增大”或“减小”）。
【解析】
（1）逻辑电路中,只有一个输入端且输入与输出信号相反,是“非”门;
（2）①图乙中,当RT附近发生火情时,RT温度升高,由题意可知其RT电阻值变小,热敏电阻的分压减小,输入端A处为高电势,“非”门的输出端Y为低电势,蜂鸣器响报警;图乙是正常状态报警,故选图乙;
②要使报警器在更高一些温度时才报警,就是温度稍高时,RT处阻值稍小,但A处为高电势,即R1分担的电压仍然较大,所以要调小阻值。
答案:
（1）“非”门
（2）①乙 ②减小
情境·模型·素养
马路两旁的路灯,天黑了,路灯自动接通,天亮了,路灯又自动熄灭。
探究:
它体现了什么逻辑关系?
【解析】“非”逻辑关系。
答案:
见解析
如图所示,两个开关A、B串联起来控制同一灯泡Y,显然,只有A“与”B同时闭合时,灯泡Y才会亮。
在这个事件中,“A闭合”、“B闭合”是条件,“灯泡Y亮”是结果。
那么:
探究:
（1）事件的两个条件需满足几个,事件才能发生?
（2）在下表中填写对应条件下事件的结果（灯泡Y是亮还是熄）。
条件
结果
开关A
开关B
灯泡Y
断
断
断
通
通
断
通
通
【解析】
（1）两个条件都满足时,事件才发生。
（2）表格中依次填熄,熄,熄,亮。
答案:
见解析
课堂检测·素养达标
1.（教材二次开发·P77【问题与练习】T1变式）如图所示为某一门电路符号及输入端A、B的电势随时间变化关系的图象,则下列选项中能正确反映该门电路输出端电势随时间变化关系的图象是（ ）
【解析】选A。
题图为“与”门电路,所以A、B输入端都是高电势时,输出端才为高电势,故A正确。
2.为了保障行驶安全,一种新型双门电动公交车安装了双门控制装置:
只要有一扇门没有关紧,汽车就不能启动。
如果规定:
车门关紧时为“1”,未关紧时为“0”;当输出信号为“1”时,汽车可以正常启动行驶;当输出信号为“0”时,汽车不能启动。
能正确表示该控制装置工作原理的逻辑电路是（ ）
A.“与”电路 B.“或”电路
C.“非”电路D.“与非”电路
【解析】选A。
因为输入“1,0”“0,1”“0,0”输出都为“0”,而输入“1,1”输出为“1”,知该逻辑门是“与”门,故A项正确,B、C、D项错误。
3.（2020·成都高二检测）现代数字电路的基本单元是逻辑电路,逻辑电路中最基本的电路是门电路。
如图所示,两个开关A、
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