高中物理第二章恒定电流11简单的逻辑电路学案选修31讲解.docx

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高中物理第二章恒定电流11简单的逻辑电路学案选修31讲解

11　简单的逻辑电路

[学习目标]　1.初步了解简单的逻辑电路及表示符号.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，会用真值表表示一些简单的逻辑关系.3.初步了解集成电路的作用及发展情况.

一、“与”门

[导学探究]　如图1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：

图1

（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

（3）如果把开关的“通”记为1，“断”记为0，把灯“亮”记为“1”，“熄”记为0，把上面表格用1、0表示.

答案　

（1）两个条件都满足　

（2）熄　熄　熄　亮

（3）

输入

输出

A

B

Y

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

[知识梳理]

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，我们把这种关系叫做“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.

[即学即用]　判断下列说法的正误.

（1）“与”门电路中，只有A、B两个输入端都是“0”时，输出端才是“1”.（×）

（2）“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”.（×）

（3）“与”门电路中，A、B两个输入端都为“1”时，输出端才是“1”.（√）

二、“或”门

[导学探究]　如图2所示，两个开关A、B并联，控制同一灯泡Y，在这个电路中，“A闭合”或“B闭合”时，灯泡Y亮.

图2

（1）条件A、条件B满足几个时，事件就能发生？

（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

（3）如果把开关的“通”记为1、“断”记为0，把灯“亮”记为“1”、“熄”记为0，把上面表格用1、0表示.

答案　

（1）至少满足两个条件中的一个

（2）熄　亮　亮　亮

（3）

输入

输出

A

B

Y

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

[知识梳理]

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，这种关系叫做“或”逻辑关系.

2.“或”门：

具有“或”逻辑关系的电路叫做“或”门.

3.符号：

，“≥1”象征着：

当1个或多于1个输入端为1时，输出端就是1.

[即学即用]　判断下列说法的正误.

（1）“或”门电路中，A、B两个输入端都是“1”时，输出端才是“1”.（×）

（2）“或”门电路中，A、B两个输入端有一个是“0”时，输出端就是“0”.（×）

（3）“或”门电路中，A、B两个输入端有一个是“1”时，输出端就是“1”.（√）

三、“非”门

[导学探究]　如图3所示，当开关A接通时，灯泡Y被短路而不亮；当开关A断开时，灯泡Y是通路而被点亮.

图3

（1）条件A和事件Y之间的关系如何？

（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

灯泡Y

断

通

（3）如果把开关的“通”记为1、“断”记为0，把灯“亮”记为“1”、“熄”记为0，把上面表格用1、0表示.

答案　

（1）条件A满足，事件Y不发生，二者总是相反关系.　

（2）亮　熄

（3）

输入

输出

A

Y

0

1

1

0

[知识梳理]

1.“非”逻辑关系：

输出状态和输入状态相反的逻辑关系叫做“非”逻辑关系.

2.“非”门：

具有“非”逻辑关系的电路叫做“非”门.

3.符号为

，其中矩形右侧小圆可以看作数字“0”，它与数字“1”象征着：

输入端为1时，输出端是0.

[即学即用]　下面为一逻辑门电路的真值表，该类型的逻辑门电路为“非”门电路.

输入

M

0

1

输出

N

1

0

一、三种门电路的理解

例1

　联合国安理会每个常任理事国都拥有否决权，当每个理事国都通过时，提案才可通过.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”，通不过为“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

答案　A

解析　根据联合国常任理事会表决情况可知，即每个理事会都通过才为通过，只要有一个出反对票，则提案不通过，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.

例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（　　）

答案　D

解析　能实现此功能的电路是“或”门电路，选项D正确.

针对训练1　如图4所示为三个基本逻辑电路的符号，A输入端全为“1”，B输入端全为“0”.以下判断正确的是（　　）

图4

A.甲为“非”逻辑电路符号，输出为“1”

B.乙为“或”逻辑电路符号，输出为“1”

C.乙为“与”逻辑电路符号，输出为“0”

D.丙为“与”逻辑电路符号，输出为“1”

答案　B

解析　根据门电路的符号特点可知，甲为“非”逻辑电路符号，A输入端为“1”时，输出为“0”，A错；乙为“或”逻辑电路符号，A输入端为“1”，B输入端为“0”时，输出为“1”，B对，C错；丙为“与”逻辑电路符号，A输入端为“1”，B输入端为“0”时，输出为“0”，D错.

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5所示.

图5

其真值表为

输入

输出

A1

B1

Y2

0

0

1

0

1

1

1

0

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6所示.

图6

其真值表为

输入

输出

A1

B1

Y2

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0

例3

　在如图7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7

A.1和0B.0和1C.1和1D.0和0

答案　C

解析　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.

针对训练2　在如图8所示的复合电路中，A、B、C为门电路的输入端，现欲使Y输出“0”，如果C输入端为“0”，则A、B两端分别输入（　　）

图8

A.0　0B.0　1C.1　0D.1　1

答案　A

解析　当C端输入“0”，“非”门输出“1”，输出端Y输出“0”时，可知“或”门的输出端必须为“0”，则A、B端的输入分别为0,0，A正确.

1.在登录你的电子信箱（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

答案　A

解析　必须是用户名和用户名对应的密码都正确，才能登录成功，所以它们的逻辑关系为“与”关系，A正确.

2.在集成电路中，经常用若干基本门电路组成复合门电路，如图9所示，为两个基本门电路组合的逻辑电路，根据真值表，判断虚线框内门电路类型及真值表内x的值（　　）

A

B

Z

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

x

图9

A.“与门”，1B.“与门”，0

C.“或门”，1D.“或门”，0

答案　D

3.如图10所示是一个三输入端复合门电路，当C端输入1，输出端Y输出0时，A、B端的输入分别是（　　）

图10

A.0、0B.0、1

C.1、0D.1、1

答案　A

解析　当C端输入1，输出端Y输出0时，可知或门的输出端为0，则A、B端的输入分别为0,0.故A正确，B、C、D错误.故选A.

4.由门电路构成的一简单控制电路如图11所示，其中R′为光敏电阻，光照时电阻很小，R为变阻器，L为小灯泡.其工作情况是：

当光敏电阻受到光照时小灯泡L不亮；不受光照时，小灯泡L亮.该逻辑电路是________________门电路，该控制电路可以用在______________________控制系统中（举一个例子）.

图11

答案　“非”　城市路灯

解析　光照时光敏电阻阻值减小，门电路的输入端电势升高，灯不亮，说明门电路输出端电势降低，输出状态与输入状态相反，故为“非”门电路.

一、选择题（1～7题为单选题）

1.下列关于逻辑电路的说法中正确的是（　　）

A.如果一个事件的几个条件都满足后，该事件才能发生，这种关系叫“与”逻辑关系

B.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“与”逻辑关系

C.一个门上有三把钥匙，每把钥匙都能单独开门，它体现了“与”逻辑关系

D.输出状态和输入状态相反的逻辑关系，叫做“或”逻辑关系

答案　A

2.隧道里有一个警报器，在隧道的两端各有一个开关，在出现危险时要求不论接通哪一个开关都能使警报器报警，那么应设计的电路为（　　）

A.“与”门电路B.“或”门电路

C.“非”门电路D.上述答案都有可能

答案　B

解析　要求不论接通哪一个开关都能使警报器报警，这体现了“或”逻辑关系，故只有B项正确.A、C、D三项都不对.

3.如图1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（　　）

图1

答案　A

解析　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.

4.下列由基本门电路组成的电路中，能使蜂鸣器发出声音的是（　　）

答案　B

5.如图2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2

A.“1”、“1”B.“0”、“0”

C.“1”、“0”D.“0”、“1”

答案　B

解析　要使灯L亮，“非”门的输出应该为“1”，故“非”门的输入为“0”；故“或”门的两个输入端都应该为0.

6.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

答案　D

解析　根据该逻辑电路的真值表可以判断，该门电路是一个“与”门电路和一个“非”门电路的组合，选项D正确.

7.如图3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.驾驶员未系安全带时开关S′闭合，系好安全带时S′断开.要求当驾驶员启动汽车但未系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3

A.“非”门B.“或”门

C.“与”门D.“与非”门

答案　C

解析　只有当驾驶员启动汽车且未系安全带时蜂鸣器才报警，体现了一种“与”的逻辑关系，故选C.

二、非选择题

8.电动机的自动控制电路如图4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，电路中的虚线框内应选______________门逻辑电路；若要提高光照时电动机启动的灵敏度，可以______________R2的阻值（填“增大”或“减小”）.

图4

答案　“或”　增大

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，所以是“或”门电路.

因为若要提高光照时电动机启动的灵敏度，需要在光照较小即光敏电阻较大时输入为1，输出为1，所以要增大R2的阻值.

9.图5为某报警装置示意图，该报警装置在一扇门、两扇窗上各装有一个联动开关，门、窗未关上时，开关不闭合，只要有一个开关未闭合，报警器就会报警.该报警装置中用了两个串联的逻辑电路，虚线框甲内应选用____________门电路，虚线框乙内应选用____________门电路.（选填“与”“非”“或”）

图5

答案　“或”　“或”

解析　由题意知，一扇门、两扇窗只要一个不闭合，报警器就会报警，符合只要满足一个条件，结果就能发生的特点，所以甲、乙框内电路都应该是“或”门.