高中物理第二章电路第六七节走进门电路了解集成电路教学案粤教版选修31Word格式.docx

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S

“非”门符号是：

二、门电路的实验探究

1．与门电路的逻辑功能

图261

图261是一个集成与门Sn7408实验电路，它具有四个与门。

实验时将此集成电路的第14脚接5V电源的正极，第7脚接地（电源负极），第1和第2脚为两个输入端，第3脚为输出端。

输入为高电平时，用真值“1”表示；

输入为低电平时，用真值“0”表示；

输出为高电平时，二极管发光，用真值“1”表示；

输出为低电平时，二极管不发光，用真值“0”表示。

若输入端1、2输入均为“1”状态时，输出才为“1”状态，发光二极管发光。

2．或门电路的逻辑功能

用一个集成或门电路Sn7432替换图261中的集成与门电路，它具有四个或门。

当输入端1、2输入“1”状态的个数大于等于1时，输出为“1”状态，发光二极管发光。

3．非门电路的逻辑功能

将2－6－1中的集成与门电路换为集成非门电路Sn7404。

集成非门电路的第14脚接5V电源的正极，第7脚接地（电源负极），第1脚为输入端，第2脚为输出端。

当输入端1输入“1”状态时，输出端为“0”状态，发光二极管不发光。

三、集成电路概述

1．概述

集成电路是指把晶体管、电阻、电容等元件，按电路结构的要求，制作在一块硅或陶瓷基片上，再加以封装而成的、具有一定功能的整体电路。

2．分类

集成电路按功能分类可分为三类：

数字集成电路、模拟集成电路和微波集成电路。

（1）数字集成电路以高或低电平来对应“1”或“0”两个二进制数字，进行数字的运算、存储、传输及转换。

（2）模拟集成电路是处理模拟信号的电路。

它又分为线性集成电路和非线性集成电路两类。

（3）微波集成电路是指工作频率高于1000MHz的集成电路，应用于导航、雷达和卫星通信等方面。

1．自主思考——判一判

（1）数字信号在变化中只有两个对应的状态，“有”或者“没有”，常用“1”或者“0”表示。

（√）

（2）处理模拟信号的电路叫数字电路。

（×

）

（3）在小汽车的四个车门只要有一扇门没关好就会有报警提示，其逻辑关系属于“或”电路。

（4）现代银行管理系统中都有自动取款机，若能取出钱款，账号、密码必须都正确，它反映的逻辑关系是“与”电路。

（5）将一灯泡与开关并联，开关的通断与灯的发光关系属于“非”电路。

2．合作探究——议一议

（1）由三位数字构成的密码锁，安全性较高且使用方便，因此得到众多用户的喜爱。

想一想这种密码锁属于什么逻辑关系？

提示：

属于“与”逻辑关系。

（2）一个人到超市买东西，他付现金或者使用信用卡才能把要买的东西拿走，在这里付现金及使用信用卡和拿走所买的东西之间体现了什么样的逻辑关系？

体现了“或”逻辑关系。

（3）十字路口的红绿灯体现了什么逻辑关系？

红绿灯中红灯亮时，绿灯必然熄灭；

绿灯亮时，红灯必然熄灭，这种现象体现了“非”逻辑关系。

对逻辑关系的理解

[典例]　如图262所示，表示输入端A、B的电势随时间的变化关系，完成下题。

求：

图262

（1）开关“与”电路的输出电压Y随时间变化的关系；

（2）开关“或”电路的输出电压Y随时间变化的关系。

[思路点拨]

（1）“与”逻辑关系是当两个输入端都有信号输入时，输出端才有信号输出。

（2）“或”逻辑关系是当两个输入端的任意一个有信号输入时，输出端均有信号输出。

[解析]　

（1）对“与”电路，先做出A、B、Y的真值表，然后再确定输出电压Y与时间的变化关系。

A（UA）

B（UB）

Y

所以UY随时间变化关系如图所示：

（2）对“或”电路，先做出A、B、Y的真值表，然后再确定输出电压Y与时间的变化关系。

所以UY随时间变化如图所示：

[答案]　见解析

一般情况下，用“1”表示高电势，“0”表示低电势，只有正确地列出真值表，找出A、B的逻辑关系，才能列出Y的真值表，画出UY随时间的变化关系。

1．在登录你的电子邮箱（或“QQ”）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　只有当两个条件（用户名和密码）都满足时，事件（登录成功）才能发生，所以是一种“与”逻辑关系，A对。

2．走廊里有一盏电灯，在走廊两端各有一个开关，我们希望不论哪一个开关接通都能使电灯点亮，那么设计的电路为（　　）

A．“与”门电路B．“非”门电路

C．“或”门电路D．上述答案都有可能

选C　不论用哪一个开关接通都能使电灯点亮，这体现了“或”逻辑关系，故C项正确，A、B、D三项不对。

3．如图263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像，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像是（　　）

图263

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。

逻辑电路的设计与应用

[典例]　电动机的自动控制电路如图264所示，其中RH为热敏电阻，RL为光敏电阻。

当温度升高时，RH的阻值远小于R1；

当光照射RL时，其阻值远小于R2。

为使电动机在温度升高或受到光照时能自动启动，电路中虚线框内应选________门逻辑电路；

若要提高光照时电动机启动的灵敏度，可以________（填“增大”或“减小”）R2的阻值。

图264

[思路点拨]　解答本题时应把握以下两点：

（1）要求温度升高或受到光照时电动机均能自动启动。

（2）提高光照时电动机启动的灵敏度，即有较弱光照时电动机就能自动启动。

[解析]　为使电动机在温度升高或受到光照时能自动启动，即热敏电阻或光敏电阻的电阻值小时，输入为“1”，输出为“1”，所以虚线框内应选“或”门。

若要提高光照时电动机启动的灵敏度，需要在光照较弱即光敏电阻阻值较大时输入为“1”，输出为“1”，所以要增大R2的阻值。

[答案]　“或”　增大

解答此类问题时要把握三点：

一是认真审题，找出题中所给的有用信息，判断出它们之间的逻辑关系；

二是认真分析电路的结构，弄清电势的高低；

三是掌握三种基本逻辑电路的特点和规律。

1．如图265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（　　）

图265

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

选B　若甲是“与”门，乙是“非”门，不管输入电压为低电压（0）还是高电压

（1），经过“与”门后输出为（0）低电压，经过“非”门后输出高电压

（1），蜂鸣器都会发出警报，故A错误。

若甲是“或”门，乙是“非”门，当输入电压为低电压（0），经过“或”门输出为低电压（0），经过“非”门输出为高电压

（1），蜂鸣器发出警报，当输入为高电压

（1），经过“或”门输出为高电压

（1），经过“非”门输出为低电压（0），蜂鸣器不发出警报，故B正确。

乙不会是“或”门和“与”门，故C、D错误。

2.如图266为监控汽车安全带使用情况的报警电路，S为汽车启动开关，汽车启动时S闭合。

Rt为安全带使用情况检测传感器，驾驶员系好安全带时Rt阻值变得很大，驾驶员未系好安全带时Rt阻值很小。

要求当驾驶员启动汽车但未系好安全带时蜂鸣器报警。

则在图中虚线框内应接入的元件是（　　）

图266

A．“与”门B．“或”门

C．“非”门D．“与非”门

选A　未系安全带时要求蜂鸣器报警，则要求蜂鸣器两端有高电压，即输出端为高电势，蜂鸣器两个输入端已有一个是高电势，另一个输入端的电势高低看Rt阻值的大小，未系安全带时Rt阻值很小，Rt两端的电势差很小，即输入端为高电势，另一输入端已为高电势，此时蜂鸣器报警，知输出端为高电势。

若系安全带，Rt阻值大，两端电势差也大，即输入端为低电势，此时蜂鸣器不报警，知输出端为低电势，所以该元件是“与”门。

故A对，B、C、D错误。

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”，投赞成或弃权时输入“1”，提案通过为“1”，通不过为“0”，则这个表决器应具有哪种逻辑关系（　　）

A．“与”门　　　　　　　B．“非”门

C．“或”门D．“与非”门

选A　联合国规定，只要常任理事国有一个反对，提案就不能通过。

这和“与”门的逻辑关系一致。

2.两只晶体二极管组成如图1所示电路，A、B为输入端，Y为输出端，分析该电路属于（　　）

图1

A．“与”门电路

B．“或”门电路

C．“非”门电路

D．都不可能

选B　根据二极管的特点，只要在二极管上加上正向电压，则二极管即可导通。

由题图中电路结构可知，D1、D2两个二极管只要有一个导通，或者两个都导通，则整个电路就会导通，因此该电路是符合“或”逻辑关系的门电路。

3．有一逻辑开关电路的真值表如下，试判断这是一个什么类型的逻辑电路（　　）

M

N

A.开关“与”电路B．开关“非”电路

C．开关“或”电路D．以上都不是

选B　由该逻辑电路的真值表可以看出输出端与输入端是相反的关系，故选B。

4．下表是某逻辑电路的真值表，该电路是（　　）

选D　根据三种门电路的特点可知选项D正确。

5．如图2所示是由“与”门、“或”门和“非”门三个基本逻辑电路组成的一个组合逻辑电路，A、B、C为输入端，Z为输出端，在完成真值表时，输出端Z空格中从上到下依次填写都正确的是（　　）

图2

A

B

C

Z

A.0　0　0　1　0　1　0　1

B．0　0　0　0　0　0　1　0

C．0　0　1　0　1　0　1　0

D．以上选项都不正确

选C　假设“或”门的输出记为Y1，“非”门的输出记为Y2，由“或”门电路的特点及表中值可知Y1分别为00111111；

由“非”门电路的特点及表中值可知Y2分别为10101010，由“与”门电路的特点知Z分别为00101010，故C正确。

6.（多选）如图3所示，为温度报警器的示意图，R0为一热敏电阻，下列对此电路的分析正确的是（　　）

图3

A．当R0的温度升高时，R0减小，A端电势降低，Y端的电势升高，蜂鸣器就会发出报警声

B．当R0的温度升高时，R0减小，A端电势升高，Y端的电势降低，蜂鸣器就会发出报警声

C．当增大R1时，A端电势升高，Y端的电势降低，蜂鸣器就会发出报警声

D．当增大R1时，A端的电势降低，Y端的电势升高，蜂鸣器就会发出报警声

选BC　当R0的温度升高时其电阻会减小，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会报警；

当R1增大时，R0上消耗的电压减小，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器报警。

7.如图4所示是由基本逻辑电路构成的一个公路路灯自动控制电路，图中虚线框M中是一只感应元件，虚线框N中使用的是逻辑电路。

要求天黑时L发光，则（　　）

图4

A．M为光敏电阻，N为开关“与”电路

B．M为光敏电阻，N为开关“非”电路

C．M为热敏电阻，N为开关“非”电路

D．M为热敏电阻，N为开关“或”电路

选B　因为光的变化影响L的发光与否，所以M为光敏电阻，即无光照时电阻变大，N的输入电压变小。

要求N的输出电压变高时L发光，再根据虚线框N只有一个输入端就可判断出N为开关“非”电路，所以选项B正确，选项A、C、D错误。

8.如图5所示的电路图是一个应用“非”门构成一个简易火警报警电路，则图中X框、Y框中应是（　　）

图5

A．X为热敏电阻，Y为可变电阻

B．X为热敏电阻，Y为开关

C．X为可变电阻，Y为热敏电阻

D．X、Y均为热敏电阻

选C　热敏电阻受热后，电阻减小，A端出现低电位，经过“非”门后使L两端出现高电位，产生报警信号。

9.如图6所示的逻辑电路中，当A端和B端都输入电信号“1”时，在C端和D端输出的电信号分别为（　　）

图6

A．1和0B．0和0

C．0和1D．1和1

选A　B端输入电信号“1”时，通过“非”门在D端输出电信号“0”，该电信号与A端输入的电信号“1”通过“或”门，则在C端输出电信号“1”，选项A正确。

10.如图7所示由门电路组成的电路，输出端为1，指示灯L亮，输出端为0，指示灯L不亮，现要使灯L亮，则A、B两输入端分别是（　　）

图7

A．1、1B．0、0

C．1、0D．0、1

选B　要使灯L亮，“非”门的输出应该为1，故“非”门的输入为0，因此“或”门的两个输入端都应该为零。

11.如图8所示是一种应用逻辑电路制作的简易走廊灯电路图，R0是一个光敏电阻，当走廊里光线较暗时或是将手动开关S接通时，灯都会亮。

则在电路图的虚线框内的门电路应是________门。

当有光照到光敏电阻R0上时，门电路的输入端B是________电势。

图8

手动开关接通时，在A端输入高电位；

有光线照射时，光敏电阻的阻值较小，与R1串联后分得的电压小，B端输入低电位。

所以S闭合，A输入“1”。

断开S，A输入“0”，光照射强时，B输入“0”，光照射弱时，B输入“1”。

电路要求光线较暗或手动开关S接通时，灯都会亮，因此为“或”门。

答案：

或　低

12.如图9是一个应用某逻辑电路制成的简单车门报警电路图。

图中的两个按钮开关S1、S2分别装在汽车的两道门上。

只要其中任何一个开关处于开路状态，发光二极管（报警灯）就发光。

请你根据报警装置的要求，试分析这是何种门电路，在图中画出这种门电路的符号。

图9

驾驶员离开汽车时，两个车门均处于关闭状态，跟两个车门对应的开关S1和S2均闭合，这时发光二极管不会发光报警。

因为S1和S2闭合后，电流不通过发光二极管。

当有人打开了某一个门时，S1或S2就处于断开状态。

这时就有电流通过发光二极管，使其发光报警。

可见，这一装置实际上是一个“或”门电路。

符号为

“或”门电路　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　电学实验问题　　　　　　

1．

（1）用多用电表的欧姆挡测量阻值约几十千欧的电阻Rx，以下给出的是可能的实验操作步骤，其中S为选择开关，P为欧姆调零旋钮。

把你认为正确步骤前的字母按合理的顺序填写在下面的横线上。

a．将两表笔短接，调节P使指针对准刻度盘上欧姆挡的0刻度，断开两表笔；

b．将两表笔分别连接到被测电阻的两端，读出Rx的阻值后，断开两表笔；

c．旋转S使其尖端对准欧姆挡“×

1k”；

d．旋转S使其尖端对准欧姆挡“×

100”；

e．旋转S使其尖端对准交流“500V”挡，并拔出两表笔。

正确的步骤是____________。

根据如图1所示的指针位置，此被测电阻的阻值约为________Ω。

（2）下述关于用多用电表欧姆挡测电阻的说法中正确的是________。

A．测量电阻时如果指针偏转过大，应将选择开关S拨至倍率较小的挡位，重新调零后测量

B．测量电阻时，如果红、黑表笔分别插在负、正插孔，则会影响测量结果

C．测量电路中的某个电阻时，应该使该电阻与电路断开

D．测量阻值不同的电阻时都必须重新调零

（1）使用欧姆表的步骤是：

选挡、欧姆调零、测量、读数、将选择开关拨在交流电压的最高挡或“OFF”挡。

根据被测电阻的阻值知，应选“×

1k”挡，根据欧姆表的读数规则知读数为30×

1kΩ＝30kΩ。

（2）测量电阻时，若指针偏角过大，说明被测电阻较小，应选用倍率较小的挡位，A项正确；

测量时按规定红、黑表笔应分别插在正、负插孔，但表笔只是两个测量的引线，本身并没有正负，故调换位置不会影响测量结果，B项错误；

根据欧姆表的使用规则，C项正确；

换挡后必须重新调零，但若测不同电阻时不换挡，则不需要重新调零，D项错误。

（1）cabe　30k（或30000）　

（2）AC

2．（2015·

天津高考）用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组（电动势约4.5V，内电阻约1Ω）的电动势和内电阻，除待测电池组、电键、导线外，还有下列器材供选用：

A．电流表：

量程0.6A，内电阻约1Ω

B．电流表：

量程3A，内电阻约0.2Ω

C．电压表：

量程3V，内电阻约30kΩ

D．电压表：

量程6V，内电阻约60kΩ

E．滑动变阻器：

0～1000Ω，额定电流0.5A

F．滑动变阻器：

0～20Ω，额定电流2A

（1）为了使测量结果尽量准确，电流表应选用________，电压表应选用________，滑动变阻器应选用________（均填仪器的字母代号）。

（2）图2为正确选择仪器后，连好的部分电路。

为了使测量误差尽可能小，还需在电路中用导线将__________和________相连、________和________相连、__________和________相连（均填仪器上接线柱的字母代号）。

（3）实验时发现电流表坏了，于是不再使用电流表，剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器，重新连接电路，仍能完成实验。

实验中读出几组电阻箱的阻值R和对应电压表的示数U。

用图像法处理采集到的数据，为在直角坐标系中得到的函数图像是一条直线，则可以________为纵坐标，以________为横坐标。

（1）为了使测量更准确，电流表选量程为0.6A的电流表A，电池组的电动势约4.5V，故电压表选D，为了便于调节滑动变阻器应选F。

（2）为了使测量误差尽可能小，测量电源电动势和内电阻的原理图如图甲所示，因此将a、d相连，c、g相连，f、h相连。

（3）用电阻箱和电压表测量电源电动势和内电阻的实验原理图如图乙所示，根据闭合电路欧姆定律，得

E＝U＋

r

所以

＝

＋

·

，

因此可作出

图像处理数据。

（1）A　D　F　

（2）a　d　c　g　f　h　（3）

（横纵坐标互换亦可）

3.如图3所示，一个黑箱有A、B、C三个接线柱，已知黑箱内的电器元件只有两个，某同学利用多用电表电压挡测量，各接线间电压均为零，利用欧姆挡依次进行6次测量，将每次红、黑表笔的位置及测得的阻值都填入下表。

黑表笔

红表笔

阻值（kΩ）

0.3

2

3

∞

回答下列问题：

（1）画出黑箱中的电路图。

（2）电路中定值电阻阻值大小为________Ω。

（3）若先测RBC再测RAC时，挡位选择由“×

1k”挡换为“×

100”挡，接着要完成的操作是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（1）用电压挡测量电压均为零，所以电路中无电源。

欧姆挡正反接的阻值不同，说明存在二极管。

A、C正反接阻值相同，说明其间是纯电阻电路。

由于二极管正向电阻是非线性的，因此RBC≠RBA＋RAC。

（2）由RAC＝RCA知，定值电阻R＝2kΩ＝2000Ω。

（3）欧姆表换挡后，要进行欧姆凋零。

（1）电路图如图所示。

（2）2000

（3）欧姆表换挡后，先将两表笔短接，调节调零电阻，使指针指向欧姆挡零刻线

4．某同学准备把量程为0～500μA的电流表改装成一块量程为0～2.0V的电压表。

他为了能够更精确地测量电流表的内阻，设计了如图4甲所示的实验电路，图中各元件及仪表的参数如下：

A．电流表G1（量程0～1.0mA，内电阻约100Ω）

B．电流表G2（量程0～500μA，内电阻约200Ω）

C．电池组E（电动势为3.0V，内电阻未知）

D．滑动变阻器R（0～25Ω）

E．电阻箱R1（总阻值9999Ω）

F．保护电阻R2（阻值约100Ω）

G．单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2

（1）实验中该同学先合上开关S1，再将开关S2与a相连，调节滑动变阻器R，当电流表G2有某一合理的示数时，记下电流表G1的示数I；

然后将开关S2与b相连，保持________不变，调节________，使电流表G1的示数仍为I时，读取电阻箱的读数r。

（2）由上述测量过程可知，电流表G2内阻的测量值rg＝________。

（3）若该同学通过测量得到电流表G2的内阻值