18学年高中物理第二章直流电路第8节逻辑电路和控制电路教学案教科版选修31.docx
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18学年高中物理第二章直流电路第8节逻辑电路和控制电路教学案教科版选修31
第8节逻辑电路和控制电路
1．逻辑电路是指输出与输入之间存在一定逻辑关
系的电路。
2．如果要求输出P为1，只有输入A和输入B都
为1才能实现，否则输出为0，这就是“与”
逻辑电路。
3．如果要求输出P为1，只要输入A和B有一个
为1就能实现，这就是“或”逻辑电路。
4．如果要求输出P为1，则输入A应为0，即输
入与输出的逻辑关系是相反的，这就是“非”
逻辑电路。
一、常见的逻辑电路
1．开关“与”电路
A
B
P
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
1
1
电路图和真值表
图281
2．开关“或”电路
电路图和真值表
A
B
P
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
1
1
图282
3．开关“非”电路
电路图和真值表
A
P
0
1
1
0
图283
二、逻辑电路的应用
1．几个控制电路实例
（1）自动门控制电路
要求：
有人从门外要进门或从门内要出门时门会自动打开，同时有人从门外和门内走来时，门也会自动打开。
电路图和真值表
A
B
P
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
1
1
图284
（2）举重裁判控制器
要求：
三个裁判A（主裁判）、B（副裁判）、C（副裁判），只有当主裁判和至少一个副裁判同时按下自己面前的按钮，指示杠铃稳当举起的灯泡P才亮。
A
B
C
P
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
1
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
电路图和真值表
图285
（3）楼梯开关电路
要求：
不论从楼上、楼下均可开、关楼梯灯。
电路图
图286
2．用二极管实现“与”电路和“或”电路
（1）有触点开关的缺点：
触点易磨损、金属疲劳以及运动部件的动作速度慢导致可靠性较差。
（2）晶体管的优点：
没有运动部件、动作速度快，可靠性高。
3．集成电路与电子计算机
（1）第一台电子计算机诞生于1946年，主要由电子管和继电器组成。
（2）1956年研制成晶体管计算机成为第二代电子计算机的开端。
（3）1958年研制成第一个半导体集成电路，1964年生产出的由混合集成电路作为主要电子器件的第三代电子计算机，运算速度达每秒几百万次。
（4）1975年以后采用大规模和超大规模集成电路制成的第四代电子计算机，运算速度达每秒几百万次到几亿次。
今天更达到每秒1015次。
（5）2015年，中国的“天河二号”超级计算机已连续六次世界第一，其运算速度达到每秒3.386亿亿次。
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？
提示：
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？
提示：
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
1．对“与”电路的理解
（1）如果一个事件和几个条件相联系，当这几个条件都满足后，该事件才能发生，这种关系叫“与”逻辑关系。
具有这种逻辑关系的电路称为“与”电路。
如图287所示，如果把开关A闭合作为条件A满足，把开关B闭合作为条件B满足，把电灯L亮作为结果P成立，则“与”逻辑关系可以示意：
⇒P，或A×B＝P。
图287
（2）“与”电路的特点
①开关之间是串联关系。
②当A、B输入都为“0”或A、B中有一个输入为“0”时，输出为“0”，当A、B输入都为“1”时，输出为“1”。
2．对“或”电路的理解
（1）如果一个事件和几个条件相联系，当这几个条件中有一个满足，事件就会发生，这种关系叫“或”逻辑关系。
具有这种逻辑关系的电路称为“或”电路。
如图288所示，如果把开关A闭合当作条件A满足，把开关B闭合当作条件B满足，把电灯L亮当作结果P成立，则“或”逻辑关系可以示意为
图288
（2）“或”电路的特点
①开关之间是并联关系。
②A、B输入都为“0”时，输出为“0”；A、B输入都为“1”或A、B中有一个输入为“1”时，输出为“1”。
3．对“非”电路的理解
（1）如果条件A满足时，另一个条件B则不满足，条件A不满足时，另一个条件B则满足，它们的逻辑关系是相反的，这种关系叫“非”逻辑关系。
具有这种逻辑关系的电路叫“非”电路。
如图289所示。
图289
（2）“非”电路的特点
①单刀双掷开关。
②当A输入为“1”时，B输入为“0”；当A输入为“0”时，B输入为“1”。
4．门电路的符号（仅作了解）
[典例] 如图2810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2810
（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
0
1
0
1
0
0
0
1
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
0
1
0
1
0
0
0
1
0
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。
A（UA）
B（UB）
Y
0
1
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
1
0
1
1
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
解析：
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2811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2811
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。
逻辑电路的设计与应用
[典例] 电动机的自动控制电路如图2812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2812
[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2813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2813
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 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2814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2814
A．“与”门B．“或”门
C．“非”门D．“与非”门
解析：
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
解析：
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
解析：
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
0
1
N
1
0
A.开关“与”电路B．开关“非”电路
C．开关“或”电路D．以上都不是
解析：
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（ ）
输入
输出
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
解析：
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
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
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
解析：
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
解析：
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
解析：
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
解析：
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
解析：
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
解析：
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
解析：
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
解析：
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
。
答案：
“或”门电路
第二章 直流电路
（时间：
50分钟 满分：
100分）
一、选择题（本题共8小题，每小题6分，共48分，第1～5小题中只有一个选项符合题意，第6～8小题中有多个选项符合题意，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分）
1．手机已是我们生活中普遍的通信工具，如图1所示是一种手机电池外壳上的文字说明，由此可知此电池的电动势和待机状态下平均工作电流分别是（ ）
图1
A．4.2V,14.66mA B．4.2V,700mA
C．3.7V,14.66mAD．3.7V,700mA
解析：
选C 由手机电池外壳上的文字说明可知，4.2V是充电电压，电池的电动势是3.7V,1700mAh是电池的容量，即放电电流与时间的乘积，所以待机状态下平均工作电流I＝
≈14.66mA，故C正确。
2.如图2所示均匀的长薄片合金电阻板abcd，ab边长为L1，ad边长为L2，当端点1、2或3、4接入电路中时，R12∶R34为（ ）
图2
A．L1∶L2 B．L2∶L1
C．1∶1D．L
∶L
解析：
选D 设长薄片合金电阻板厚度为h，根据电阻定律R＝ρ
，R12＝ρ
，R34＝ρ
，
＝
，故选D。
3．小灯泡通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图3所示，P为图线上一点，PN为图线在P点的切线，PQ为U轴的垂线，PM为I轴的垂线，则下列说法中不正确的是（ ）
图3
A．随着所加电压的增大，小灯泡的电阻增大
B．对应P点，小灯泡的电阻为R＝
C．对应P点，小灯泡的电阻为R＝
D．对应P点，小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围面积大小
解析：
选C 根据IU图线可知，随着所加电压的增大，小灯泡的电阻增大，选项A正确；对应P点，小灯泡两端的电压为U1，电流为I2，根据欧姆定律可知，灯泡的电阻为R＝
，选项B正确，C错误；对应P点，小灯泡的功率为：
P＝I2U1，此值是图中矩形PQOM所围面积大小，选项D正确；故选C。
4．一个直流电动机线圈内阻为R，当所加电压为U时，它恰好正常工作，通过的电流为I，下述说法中正确的是（ ）
A．电动机的输出功率为
B．电动机的发热功率为I2R
C．电动机的输出功率为UI
D．电动机的功率可写作UI＝I2R＝
解析：
选B 电动机的总功率为P总＝UI，电动机的热功率为P热＝I2R，所以电动机的输出功率为P输出＝UI－I2R，因为电动机是非纯电阻电路，所以总功率和热功率不同，故B正确。
5.用多用电表探测图4所示黑箱发现：
用直流电压挡测量，E、G两点间和F、G两点间均有电压，E、F两点间无电压；用欧姆挡测量，黑表笔（与电表内部电源的正极相连）接E点，红表笔（与电表内部电源的负极相连）接F点，阻值很小，但反接阻值很大。
那么，该黑箱内元件的接法可能是下图中的（ ）
图4
解析：
选B 黑表笔接E点，红表笔接F点，电阻很小，此时二极管导通，电源电流从黑表笔流出，通过二极管从红表笔流进，电流方向从E到F，故B正确。
6.如图5直线A为某电源的UI曲线，曲线B为某小灯泡L1的UI图线的一部分，用该电源和小灯泡L1串联起来组成闭合回路时灯泡L1恰能正常发光，则下列说法中正确的是（ ）
A．
图5
此电源的内电阻为
Ω
B．灯泡L1的额定电压为3V，额定功率为6W
C．把灯泡L1换成阻值恒为1Ω的纯电阻，电源的输出功率将变大
D．由于小灯泡L1的UI图线是一条曲线，所以灯泡发光过程中欧姆定律不适用
解析：
选BC 由图像知，电源的内阻为r＝
＝
Ω＝0.5Ω，A错误；因为灯L1正常发光，故灯L1的额定电压为3V，额定功率为P＝UI＝3×2W＝6W，B正确；正常工作时，灯L1的电阻为R1＝
＝1.5Ω，换成R2＝1Ω的纯电阻后，该电阻更接近电源内阻r，故电源的输出功率将变大，C正确；虽然灯泡L1的UI图线是一条曲线，但由于小灯泡为纯电阻，所以欧姆定律仍适用，D错误。
7.某同学将一直流电源的总功率P总、输出功率P出和电源内部的发热功率P内随电路总电流I变化的图线画在了同一坐标系上，如图6中的a、b、c。
以下判断正确的是（ ）
图6
A．直线a表示电源的总功率
B．曲线c表示电源的输出功率
C．电源的电动势E＝3V，内阻r＝1Ω
D．电源的最大输出功率Pm＝9W
解析：
选ABC 电源总功率为P总＝IE，电源总功率P总随电流I变化的图线为a，电源内部发热功率为P内＝I2r，电源内部的发热功率P内随电流I变化的图线为b，电源输出功率P出随电流I变化的图线为c。
由图线可知，I＝3A时，P内＝P总，外电路短路，则r＝1Ω，E＝3V。
当电路内外电阻相等时，输出功率最大，Pm＝
＝2.25W。
8.如图7所示电路中，R1、R2为定值电阻，电源的内电阻为r。
闭合开关S，电压表显示有读数，调节可变电阻R的阻值，电压表示数增大量为ΔU。
对此过程，下列判断正确的是（ ）
图7
A．可变电阻R阻值增大，流过它的电流增大
B．电阻R2两端的电压减小，减小量小于ΔU
C．通过电阻R2的电流减小，减小量等于
D．路端电压一定增大，增大量小于ΔU
解析：
选BD 调节可变电阻R的阻值，电压表示数增大量为ΔU。
可变电阻R阻值增大，流过它的电流减小，选项A错误。
电阻R2两端的电压减小，电源内阻电压减小，二者减小量之和等于ΔU，所以电阻R2两端的电压的减小量小于ΔU，选项B正确。
通过电阻R2的电流减小，减小量小于
，选项C错误。
路端电压一定增大，增大量小于ΔU，选项D正确。
二、实验题（本题共2小题，共20分）
9．（8分）在“描述小灯泡的伏安特性曲线”实验中，需要用伏安法测定小灯泡两端的电压和通过小灯泡
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