学年高中物理第4章闭合电路欧姆定律和逻辑电路第4节逻辑电路与自动控制教学案鲁科版选修31Word格式文档下载.docx
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4.集成电路的特点
(1)可靠性高,寿命长。
(2)专用性强,使用方便。
(3)体积小,功能多。
(4)应用领域广,发展前景大。
合作探究——议一议
(1)“与”门有什么特点?
它的符号是什么?
[提示] 特点:
当输入都是“0”时,输出为“0”;
当一个输入为“0”,另一个输入为“1”时,输出为“0”;
当输入都是“1”时,输出为“1”。
符号:
(2)“或”门有什么特点?
当一个输入为“0”,另一个输入为“1”时,输出为“1”;
(3)“非”门有什么特点?
当输入端为“0”时,输出端为“1”;
当输入端为“1”时,输出端为“0”。
三种门电路
三种门电路的类比理解
门电路
种类
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但不必要条件,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
1.热水器在使用时,只有在既没有熄灭又没有停水的情况下才能使热水器工作,这种情况若用逻辑关系来表示,属于哪种逻辑( )
A.“与”逻辑 B.“或”逻辑
C.“非”逻辑D.以上均不是
解析:
选A 由于要满足没熄灭、没停水两个条件,热水器才能工作,只要有任意一个条件不满足,热水器均不能工作,故为“与”逻辑关系。
2.如图441所示是逻辑电路图,其真值表见下表,此逻辑电路为________门电路,在真值表中X处的逻辑值为________。
图441
X
逻辑电路分为“或”门电路、“与”门电路和“非”门电路,本题为“或”门电路。
由图表中输入和输出的关系,得出X值应为1。
答案:
“或” 1
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442所示。
图442
真值表:
A1
B1
Z2
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443所示。
图443
1.在如图444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( )
图444
A.1和0B.0和1
C.1和1D.0和0
选C B端电信号经过一个“非”门,变为“1”,从D端输出,故D端输出为“1”;
B端的输出信号又作为输入信号与A端输入信号一起经过上面的“与”门,两者都是“1”,故C端输出为“1”。
故选C。
2.如图445所示,将两个“非”门和一个“与”门组成一个复合门电路,请在下表中填写该门电路的真值表。
图445
Y
先计算出两个非门的输出,然后将这两个输出进行逻辑“与”运算,即可得出整个复合门电路的输出结果。
两个“非”门的输入输出真值表如下:
将两个“非”门的输出作为“与”门的输入,真值表如下:
1
见解析
1.逻辑电路的信号有两种状态:
一是高电位状态,用“1”表示;
另一种是低电位状态,用“0”表示。
关于这里的“1”和“0”,下列说法中正确的是( )
A.“1”表示电压为1V,“0”表示电压为0V
B.“1”表示电压为大于或等于1V,“0”表示电压一定为0V
C.“1”和“0”是逻辑关系的两种可能取值,不表示具体的数字
D.“1”表示该点与电源正极相连,“0”表示该点与电源负极相连
选C 门电路是用来控制信号的“通过”或“截断”的一种开关电路。
根据指定条件,门电路对输入、输出的因果关系作出判断。
门电路的输入、输出信号都以电位的高低来表示。
若把高电位看做有信号,表示某个条件存在或信号能通过,且以符号“1”表示;
把低电位看做无信号,表示某个条件不存在或信号不能通过,以符号“0”表示。
这种逻辑关系称为正逻辑,反之则称为负逻辑。
在通常情况下,不加说明的都指正逻辑,所以“1”和“0”只是两个符号,是两种变量的可能的取值。
故C选项正确。
2.关于图1所示门电路的符号,下列说法中正确的是( )
图1
A.甲为“非”门、乙为“与”门、丙为“或”门
B.甲为“与”门、乙为“或”门、丙为“非”门
C.甲为“非”门、乙为“或”门、丙为“与”门
D.甲为“或”门、乙为“与”门、丙为“非”门
选C 根据“与”门、“或”门和“非”门的符号判断,可知C正确。
3.在基本逻辑电路中,何种逻辑门电路当所有输入均为0时,输出是1( )
A.“与”门电路 B.“或”门电路
C.“非”门电路D.都不可能
选C 根据“与”门、“或”门、“非”门的真值表可知,C正确,A、B、D错误。
4.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 走廊两端的开关,只要满足其中1个为“1”,则输出端就为“1”,即体现了“或”逻辑,故C正确。
5.(多选)两个人负责安装一个炸药包,然后起爆,两个人分别控制两个相串联的开关。
只有当两个人都撤出危险区,在安全区把开关接通时,炸药包才能爆炸。
如果有一人未撤出危险区,开关没有接通,炸药包就不能起爆,这就是“与”的概念。
如果用“0”表示不起爆,“1”表示起爆,用“×
”表示“与”的运算符号,则下列运算式正确的是( )
A.0×
0=0,表示二人都不起爆,炸药包不爆炸
B.0×
1=1,表示一人不起爆,另一人起爆,炸药包爆炸
C.1×
0=1,表示一人起爆,另一人不起爆,炸药包爆炸
D.1×
1=1,表示二人都起爆,炸药包爆炸
选AD 只有两人都接通开关时,炸药包才能爆炸,这是“与”逻辑关系,对于“与”逻辑关系,只有输入都为“1”时输出才是“1”,只要输入有一个是“0”,则输出为0,故A、D正确,B、C错误。
6.(多选)下列是逻辑门真值表中的一些数值的说法,其中正确的是( )
A.在“与”门中,当A=0、B=1时,Z=0
B.在“或”门中,当A=0、B=1时,Z=0
C.在“或”门中,当A=1、B=0时,Z=1
D.在“非”门中,当输入为“0”时,输出必为“1”
选ACD 根据逻辑门电路的特点可知,对“与”门,两事件都满足后才能成立,故A对,“或”门电路,有一个满足则成立,故C对,“非”门中两种关系相反,故D对。
7.下列逻辑电路中能让灯亮起来的是( )
选B 选项A中的门电路为“与”门电路,高电势与低电势经过“与”门电路之后输出为低电势,灯泡不会亮,选项A错误;
选项C中的门电路为“非”门电路,高电势经过门电路之后为低电势,灯泡不亮,选项C错误;
选项D中的门电路为“或”门电路,高电势与低电势经过或门之后输出高电势,但灯泡两端电势差为零,灯泡不亮,选项D错误;
同理判断选项B正确。
8.(多选)如图2所示为温度报警器的示意图,RT为一热敏电阻,下列对此电路的分析中正确的是( )
图2
A.当RT的温度升高时,RT减小,A端电势降低,Z端的电势升高,蜂鸣器就会发出报警声
B.当RT的温度升高时,RT减小,A端电势升高,Z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,Z端的电势降低,蜂鸣器就会发出报警声
D.当增大R1时,A端电势降低,Z端的电势升高,蜂鸣器就会发出报警声
选BC 当RT的温度升高时阻值会减小,其两端电势差减小,A端电势升高,Z端电势降低,蜂鸣器报警。
当R1增大时,RT上消耗的电压减小,A端电势升高,Z端电势降低,蜂鸣器报警。
9.如图3为包含某逻辑电路的一个简单电路图,L为小灯泡。
光照射电阻R′时,其阻值将变得远小于R,小灯泡L发光。
则该逻辑门是( )
图3
A.“与”门
B.“或”门
C.“非”门
D.“与非”门
选C 当电阻R′受到光照时,其阻值将变得远小于R。
则R两端的电势差大,R′两端的电势差小,则输入端为低电势,因为小灯泡发光,则输出端为高电势,可知输入状态与输出状态相反,该逻辑门为“非”门。
10.请根据下面所列的真值表,从下列的四幅图中选出与之相对应的一个门电路( )
选D 从真值表可看出不是单一的“与”、“或”关系,更不是单一的“非”关系,一定对应一个复合门电路,从真值表分析可得应为“与非”复合门电路,D选项正确。
11.如图4所示为包含某逻辑电路的一个简单电路图,L为小灯泡。
光照射电阻R′时,其阻值将变得远小于R,该逻辑电路是______(填“与”“或”或“非”)门电路。
当电阻R′受到光照时,小灯泡L将________(填“发光”或“不发光”)。
图4
由图示符号可知本题为“非”门电路,当电阻R′受到光照时,其阻值要远小于R的阻值。
由电路特点知R′两端电压很小,由“非”门特点知,其输出电压大,故灯泡L将发光。
非 发光
12.图5所示是一个应用某逻辑电路制作的简单车门报警电路。
图中的两个按钮开关处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,列表分析开关状态与发光二极管的发光状态,并指出是何种门电路,在图中虚线框内画出这种门电路的符号。
图5
车主离开汽车后,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。
这是因为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车门或两个车门时,S1或S2或都处于断开状态,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。
开关闭合及二极管不发光状态记为“0”,开关断开及二极管发光状态记为“1”,则开关状态及发光二极管发光状态的对应关系如下表,虚线框中的门电路符号如图所示。
S1
S2
发光状态
闭合电路的综合应用
1.下列认识正确的是( )
A.路端电压随外电阻的增大而减小
B.外电阻无穷大时路端电压为零
C.外电阻为零时路端电压等于电源电动势
D.当外电路短路时电流为
选D 由闭合电路的欧姆定律得I=
,则外电压U=IR=
=
,显然外电阻越大路端电压越大,A错误;
R→∞,I→0,由U=E-Ir知U→E,故B错误;
外电阻为零相当于外电路短路,则路端电压为零,C错误;
当外电路短路时,R=0,I=
,D正确。
2.在如图1所示的电路中,当开关S1断开、开关S2闭合时,电压表的读数为3V;
当开关S1、S2均闭合时,电压表的读数为1.8V,已知电压表为理想电表,外接电阻为R、电源内阻为r。
由以上数据可知
为( )
A.
B.
C.
D.
选D 当开关S1断开、开关S2闭合时,电压表的示数等于电源的电动势,即E=3V。
当开关S1、S2均闭合时,U外=1.8V,所以U内=E-U外=1.2V,因U外=IR,U内=Ir,所以R∶r=U外∶U内=1.8∶1.2=3∶2。
3.如图2所示,用两节干电池点亮几个灯泡,当逐一闭合开关,接入灯泡增多时,以下说法错误的是( )
A.灯少时各灯较亮,灯多时各灯较暗
B.灯多时各灯两端的电压较低
C.灯多时通过干电池的电流较大
D.灯多时通过各灯的电流较大
选D 由于灯泡并联在电路中,所以接入电路的灯泡越多,总电阻越小,电路的总电流越大,电池的内电压越大,路端电压越低,流过每个灯泡的电流越小,每个灯泡越暗,故选项A、B、C正确,选项D错误。
4.(多选)如图3所示的电路中,电源内阻r≠0,R1和R2是两个定值电阻。
当滑动变阻器R的滑片向a移动时,电路中电流I1、I2的变化情况是( )
A.I1不变
B.I1变小
C.I2变大
D.I2变小
选BC 当滑动变阻器R的滑片向a移动时,滑动变阻器接入电路的电阻变小,外电路的电阻变小,总电阻变小,干路电流I变大,路端电压U=E-Ir变小,I1变小,选项A错误,B正确;
干路电流I变大,I1变小,I2=I-I1变大,选项C正确,D错误。
5.如图4所示,电源电动势为E,内电阻为r。
两电压表可看做理想电表,当闭合开关,将滑动变阻器的滑片由右端向左滑动时,下列说法中正确的是( )
A.小灯泡L1、L2均变暗
B.小灯泡L1变亮,V1的读数变大
C.小灯泡L2变亮,V2的读数不变
D.小灯泡L1变暗,V1的读数变小
选D 将滑动变阻器的滑片由右端向左滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻变小,滑动变阻器与小灯泡L1并联的电阻变小,外电路总电阻减小,路端电压减小,V1的读数变小;
由闭合电路的欧姆定律可知,流过电源的电流增大,小灯泡L2变亮,电压表V2的读数变大;
小灯泡L1的电压U1=E-I(r+RL2)减小,小灯泡L1变暗。
故选D。
6.在如图5所示的电路中,电源电动势为12V,内电阻为1.0Ω,电路中的电阻R0为1.5Ω,小型直流电动机M的内阻为0.5Ω,闭合开关S后,电动机转动,电流表的示数为2.0A。
则以下判断中正确的是( )
A.电动机的输出功率为14W
B.电动机两端的电压为7.0V
C.电动机产生的热功率为4.0W
D.电源输出的功率为24W
选B 电动机两端的电压UM=E-I(r+R0)=7.0V,B正确。
电动机输出的功率P出=UMI-I2rM=12W,A错误。
电动机产生的热功率P热=I2rM=2.0W,C错误。
电源输出的功率P=EI-I2r=20W,D错误。
7.(多选)如图6所示电路中,电流表、电压表均为理想电表,若电阻R1开路,则下列说法中正确的是( )
图6
A.电流表示数变小
B.电压表示数变大
C.电源内电路消耗的功率变大
D.R3消耗的功率变大
选BD R1开路,外电路总电阻增大,总电流减小,内电压减小,从而使路端电压增大,流过R2、R3的电流增大,即电流表示数变大,A错误。
电压表示数也变大,B正确。
由于总电流减小,由P=I2r知,电源的内耗功率减小,C错误。
因为流过R3的电流增大,所以R3消耗的功率变大,D正确。
8.如图7为某电源的路端电压随电流的变化规律,图中的三点为该电源正常工作时的三个不同状态,且连线Ob与横轴的夹角α与图线和横轴的夹角β相等。
则下列选项正确的是( )
图7
A.在状态b时外电路消耗的功率最大
B.在状态b时整个电路消耗的总功率最大
C.从状态a变化到状态b,整个电路消耗的总功率和外电路消耗的功率将增大
D.若Ob连线的倾角增大,从状态b变化到状态c,整个电路消耗的总功率和外电路消耗的功率将增大
选A 在b点,外接电阻的阻值与电源内阻大小相等,所以此时电源的输出功率最大,即外电路消耗的功率最大,A正确;
从a到b过程中,电源外接电阻的阻值不断增大,但总小于电源内阻,所以电源的输出功率不断增大,但总功率P=EI不断减小,B、C错误;
从b到c过程中,电源外接电阻阻值不断增大,且始终大于电源内阻,所以电源输出功率不断减小,总功率P=EI不断减小,D错误。
9.在输液时,药液有时会从针口流出体外,为了及时发现,设计了一种报警装置,电路如图8所示。
M是贴在针口处的传感器,接触到药液时其电阻RM发生变化,导致S两端电压U增大,装置发出警报,此时( )
图8
A.RM变大,且R越大,U增大越明显
B.RM变大,且R越小,U增大越明显
C.RM变小,且R越大,U增大越明显
D.RM变小,且R越小,U增大越明显
选C 当传感器接触药液时,其阻值发生变化,导致S两端电压U增大,则M两端电压减小,可知RM应变小;
R与RM构成并联电路,其并联总电阻为R并=
,可知当R越大,RM减小相同值时,R并减小得越多,因此S两端电压增大越明显,选项C正确。
10.在如图9所示的电路中,开关闭合后,灯泡L能正常发光。
当滑动变阻器的滑片向右移动时,下列判断正确的是( )
图9
A.滑动变阻器R的阻值变小
B.灯泡L变亮
C.电源消耗的总功率增大
D.电容器C所带的电荷量增大
选D 当滑动变阻器的滑片向右移动时,滑动变阻器R的阻值变大,灯泡L变暗,选项A、B错误;
电源输出电流减小,消耗的总功率减小,路端电压增大,电容器C所带的电荷量增大,选项C错误,D正确。
11.将一电阻箱与一内阻不可忽略的电源通过开关连接在一起,理想电压表用来测量路端电压,电路如图10所示。
当电阻箱的阻值调为R1=2Ω时,电压表的示数为U1=4V;
当电阻箱的阻值调为R2=5Ω时,电压表的示数为U2=5V。
则:
图10
(1)该电源的电动势以及内阻分别为多少?
(2)当电阻箱消耗的功率最大时,其阻值为多少?
最大的输出功率为多少?
(1)由闭合电路的欧姆定律得:
E=U1+
r,E=U2+
r
联立以上两式并代入数据解得:
E=6V,r=1Ω
(2)电功率表达式:
P=
R
将上式变形:
由上式可知当R=r=1Ω时,P有最大值,Pm=
=9W。
(1)6V 1Ω
(2)1Ω 9W
12.在如图11所示的电路中,电源的电动势E=10V、内阻r=1Ω,电阻的阻值分别为R1=R3=5Ω、R2=4Ω,电容器的电容为C=100μF。
当开关K断开时,一带负电的液滴刚好静止在平行板之间。
求:
图11
(1)开关K闭合后电路达到稳定时液滴的加速度;
(2)从开关K闭合到电路达到稳定时,通过定值电阻R3的电荷量。
(1)K断开,带电液滴恰好处于静止状态,设电容器两极板间距离为d,有UC=
E=4V,
=mg
K闭合后电路达到稳定时,UC′=
E=8V
设带电液滴加速度为a,则
-mg=ma
解得a=g,方向竖直向上。
(2)K闭合后,流过R3的总电荷量等于电容器上电荷量的增加量ΔQ=C(UC′-UC)=4×
10-4C。
(1)g,竖直向上
(2)4×
10-4C
电学实验
1.关于多用电表的使用,正确的说法是( )
A.用电阻挡测量电阻时,应选择合适的量程,尽量使指针指向中间的位置
B.用电阻挡测量电阻时,应选择合适的量程,尽量使指针指向最左边的位置
C.用电阻挡测量电阻时,应选择合适的量程,尽量使指针指向最右边的位置
D.以上说法都正确
选A 用多用电表测电阻时,在指针指向中间的位置时,精确度最高,故选项A正确。
2.(2015·
浙江高考)图1甲是小红同学在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验的实物连接图。
(1)根据图甲画出实验电路图;
(2)调节滑动变阻器得到了两组电流表与电压表的示数如图乙中的①、②、③、④所示,电流表量程为0.6A,电压表量程为3V。
所示读数为:
①________、②________、③________、④________。
两组数据得到的电阻分别为________和________。
(1)实验电路图如图所示。
(2)电流表量程为0.6A,每一小格代表0.02A,读数时估读到精度的本位即可;
电压表量程为3V,每一小格代表0.1V,读数时估读到精度的下一位。
读数分别为:
①0.10A、②0.24A、③2.00V、④0.27V。
应用R=
求电阻时,电流为0.10A时对应的电压为0.27V;
电流为0.24A时对应的电压为2.00V,求得的两组数据对应的电阻分别为2.7Ω和8.3Ω。
(1)见解析图
(2)①0.10A ②0.24A ③2.00V ④0.27V
2.7(±
0.1)Ω 8.3(±
0.1)Ω[如填为8.3(±
0.1)Ω 2.7(±
0.1)Ω也行]
3.为了测量一微安表头A的内阻,某同学设计了如图2所示的电路。
图中,A0是标准电流表,R0和RN分别是滑动变阻器和电阻箱,S和S1分别是单刀双掷开关和单刀开关,E是电池。
完成下列实验步骤中的填空:
(1)将S拨向接点1,接通S1,调节________,使待测表头指针偏转到适当位置,记下此时________的读数I;
(2)将S拨向接点2,调节________,使____________,记下此时RN的读数;
(3)多次重复上述过程,计算RN读数的________,此即为待测微安表头内阻的测量值。
本题考查利用等效替代法测电流表的内阻。
先与待测表头连接,调节