第2章11 简单的逻辑电路高中物理选修31学案.docx
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第2章11简单的逻辑电路高中物理选修31学案
11 简单的逻辑电路
素养目标定位
※
了解最基本的逻辑电路——门电路
※
掌握几种基本门电路及它们的表示符号
※
认识集成电路
素养思维脉络
知识点1 逻辑电路
1．数字信号
数字信号在变化中只有两个对应状态__有__或者__没有__。
2．逻辑电路
处理数字信号的电路叫做__数字__电路，具有__逻辑功能__的数字电路叫做逻辑电路。
3．“门”
就是一种__开关__，在一定条件下它允许信号通过；如果条件不满足，信号就被阻挡在“门”外。
知识点2 “与”门
1．逻辑关系
一个事件的几个条件__同时满足__时事件才能发生。
2．符号
__
__，其中“&”具有“__与__”的意思，象征A与B两个输入端__都是1__时，输出端才是1。
3．真值表
输入
输出
A
B
Y
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
知识点3 “或”门
1．逻辑关系
某事件发生有几个条件，但只要有__一个条件__满足事件就能发生。
2．符号
__
__，“≥1”象征当1个或多于1个输入端为1时，输出端就是1。
3．真值表
输入
输出
A
B
Y
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
知识点4 “非”门
1．逻辑关系
输出状态和输入状态__相反__。
2．符号
__
__，其中矩形右侧小圆表示数字“0”，它与数字“1”象征着输入端为__1__时，输出端是__0__。
3．真值表
输入
输出
A
Y
0
1
1
0
知识点5 集成电路
1．构成
将组成电路的元件（如电阻、电容、晶体管等）和连线集成在一块__硅片__上。
2．优点
__体积__小、方便、可靠，适用于__系列化__、标准化生产等。
思考辨析
『判一判』
（1）逻辑电路可存在两种以上的状态。
（ × ）
（2）如果一个事件的几个条件都满足后，该事件才能发生，这种关系叫作“与”逻辑关系。
（ √ ）
（3）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。
（ √ ）
（4）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，应设计“非”门电路。
（ × ）
（5）集成电路中必须同时存在三种门电路。
（ × ）
『选一选』
如图所示为三个门电路符号，A输入端全为“1”，B输入端全为“0”。
下列判断正确的是（ C ）
A．甲为“非”门，输出为“1”
B．乙为“与”门，输出为“0”
C．乙为“或”门，输出为“1”
D．丙为“与”门，输出为“1”
解析：
甲为“非”门，输出为“0”；乙为“或”门，输出为“1”，丙为“与”门，输出为“0”，则只有选项C正确。
『想一想』
如图，为了方便及节约用电，宿舍楼楼道里安装有声光控灯，这种灯在有光或没有声音时，不亮；而在无光又有声音时，灯就会自动点亮。
灯的控制电路里面有什么逻辑关系呢？
解析：
两个条件同时满足灯才会亮，这说明灯的控制电路存在“与”逻辑关系。
探究一 对三种门电路的理解
S
1
某同学可以从前门进教室，也可以经后门进教室，这体现了一种什么逻辑关系？
提示：
该同学走前门或后门，都可以实现进入教室这一结果，这体现了“或”逻辑关系。
G
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
两个电键都闭合是灯亮的充分必要条件，逻辑关系可示意为Y＝A×B
“或”门
两个电键都闭合是灯亮的充分但不是必要条件，逻辑关系可示意为Y＝A＋B
“非”门
逻辑关系表示为Y＝－A，A表示结果成立，－A表示结果不成立
特别提醒：
（1）上述类比中都是电键闭合作为满足条件，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。
D
典例1如图是一个应用某逻辑电路制作的简单车门报警电路图。
图中的两个按钮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。
则该逻辑电路是__“或”__门电路，并在图中画出这种门电路的符号；当S1、S2都闭合时，A、B的输入都为__0__，Y端输出为__0__；当S1断开时，__A__端的输入为1，Y端输出为__1__。
（门电路有输入电压或有输出电压都记为1，无输入电压或无输出电压都记为0）
解题指导：
在“或”门电路两个条件中，只要满足其中一个条件，结果就会发生。
解析：
驾驶员离开汽车后，两个车门均处于关闭状态，与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。
当有其他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。
当S1、S2都闭合时，A、B的输入都为0时，Y端输出为0，当S1断开时，A端的输入为1，Y端输出为1。
答案：
〔对点训练1〕如表所示是某逻辑电路的真值表，则该电路是（ B ）
输入
输出
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
解析：
由题中真值表可知，只有两输入端均为“1”时，输出端才为“1”，故该逻辑电路为“与”逻辑关系，故选项B正确。
探究二 复合门电路
S
2
某种逻辑关系的符号如图所示，请思考：
（1）该逻辑关系是“非”门或是“或”门吗？
（2）该逻辑关系到底是什么逻辑关系？
提示：
（1）不是。
（2）该逻辑关系是“或非”逻辑关系。
G
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
D
典例2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（ C ）
A．1和0 B．0和1
C．1和1 D．0和0
解题指导：
注意门电路结构，尤其是由B端输入之后进入与门的信号。
解析：
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”。
所以C项正确，其他选项均不对。
答案为C。
〔对点训练2〕一个门电路的两个输入端A、B与输出端Y的波形如图所示，则可知该门电路是（ C ）
A．“与”门B．“或”门
C．“与非”门D．“或非”门
解析：
由图象可知，当A、B均有输入时，输出与其相反，当有一端有输入时，无输出，故为“与非”门，C正确，A、B、D均错误。
门电路与光敏电阻、热敏电阻等相结合的综合问题
在门电路的问题分析中，门电路往往要和一些常用的电学元件（如电阻、电键、热敏电阻、光敏电阻、二极管等）一起构成电路，通过电路中某一部分的变化（电键的通断、电阻的变化等）实现门电路输入端的电压变化，即电势的高低变化，从而通过门电路的输出端达到控制电路的目的。
分析这类问题时，除熟练掌握各种门电路的逻辑关系外，还要熟练地掌握对电路动态变化规律的分析，准确判断出电路中，尤其是门电路部分的电势高低的变化，从而达到正确解决问题的目的。
案例如图所示是一个火警报警装置的逻辑电路图。
Rt是一个热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，R是一个阻值较小的分压电阻。
（1）要做到低温时电铃不响，火警时产生高温，电铃响起，在图中虚线处应接入怎样的元件？
（2）为什么温度高时电铃会响起？
（3）为了提高该电路的灵敏度，即报警温度调得稍低些，R的值应大一些还是小一些？
答案：
（1）“非”门
（2）见解析 （3）R大一些，反应较灵敏
解析：
（1）温度较低时Rt的阻值很大，R比Rt小得多，因此P、X之间电压较大。
要求此时电铃不发声，表明输出给电铃的电压应该较小，输入与输出相反，可见虚线处元件是“非”门。
（2）当高温时Rt阻值减小，P、X之间电压降低，输入低电压时，从“非”门输出高电压，电铃响起。
（3）由前面分析可知，若R较大，由于它的分压作用，Rt两端的电压不太高，即外界温度不太高时，就能使P、X之间电压降到低电压输入，电铃就能发声。
因此R大一些，反应较灵敏。
1．（2019·四川省三台中学实验中学高二上学期检测）为了保障行驶安全，一种新型双门电动公交车安装了如下控制装置：
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门是（ B ）
A．“非”门B．“与”门
C．“或”门D．“与非”门
解析：
汽车可以正常启动行驶这个事件要想发生，车门关闭这个条件要同时满足，故该事件为与逻辑关系，为“与”门电路。
故选B。
2．（2019·甘肃省平凉高二检测）如图所示，由基本门电路组成的四个电路，其中能使小灯泡发光的是（ D ）
解析：
要使小灯泡发光，就得使它两端的电压为高电压。
A图为“非”门，“1”经它输出0；B图是“与”门，“1”与“0”经它输出“0”；C图为“或”门，“0”与“0”经它输出“0”；D图中，“1”与“0”经它输出“1”，小灯泡两端得到高电压，
小灯泡发光，D正确。
3．（2019·山东省青州实验中学高二月考）如图所示的“与”门电路为报警的电路图，则下列说法正确的是（ A ）
A．仅闭合S1警铃就会发出声音
B．仅闭合S2警铃就会发出声音
C．当S1、S2都断开时警铃会发出声音
D．只有S1、S2均闭合警铃才会发出声音
解析：
该门电路为“与”门，输出端为高电位时，报警器工作，此时输入端均为高电位，分析电路图可知S1需要闭合，S2需要断开，A正确。
[练案19]
一、选择题（1～5题为单选题，6题为多选题）
1．逻辑电路的信号有两种状态：
一是高电位状态，用“1”表示；二是低电位状态，用“0”表示。
关于这里的“1”和“0”，下列说法中正确的是（ D ）
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的取值，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
解析：
“1”表示该点与电源正极相连，“0”表示该点与电源负极相连。
2．夜间，居民楼的楼道里只是偶尔有人经过，“长明灯”会造成浪费。
科研人员利用“光敏”材料制成“光控开关”——天黑时自动闭合，天亮时自动断开；利用“声敏”材料制成“声控开关”——当有人走动发出声音时自动闭合，无人走动时自动断开。
若将这两种开关配合使用，就可以使楼道里的灯变的“聪明”。
这种“聪明”的电路是图中的（ D ）
解析：
在白天时，一般不需要灯照明；天黑以后，特别是夜深人静时，一般也不需要灯照明的，也就是说天黑且人在楼道里走动时需要。
对于选项A，“声控开关”闭合时，发生短路；对于选项B，不管是“光控开关”，还是“声控开关”各自都能让灯发光，节能目的达不到；对于选项C，“光控开关”闭合时，发生短路；对于选项D，“光控开关”与“声控开关”同时闭合时，灯才亮，所以达到节能的目的。
3．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（ D ）
解析：
灯泡与低电压端相连，故该门电路输出高电平报警灯发光，B、C错误；能实现此功能的电路是或门电路，选项D正确，A错误。
4．如图，低电位报警器由两个基本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（ B ）
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：
由题图知乙为“非”门，如果蜂鸣器发出警报表明乙的输入端为低电压，即甲的输出端为低电压，而此时甲的输入端为低电压，故甲为“或”门或“与”门。
若甲为“与”门，则甲的输入端为高电压时，蜂鸣器也发出警报，与题意不符，故甲为“或”门电路，故B正确。
5．下面的门电路中，它们的输出结果正确的是（输入信号如图所示）（ D ）
解析：
选项A中，“与”门输出“0”，“非”门输出“0”，则“或”门输出“0”，选项A错误；选项B中，“与”门输出“1”，“非”门输出“0”，则“或”门输出“1”，选项B错误；选项C中，“或”门输出“1”，非门输出“1”，则“与”门输出“1”，选项C错误；选项D中，“或”门输出“1”，“非”门输出“1”，则“与”门输出“1”，选项D正确。
6.如图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。
那么当电阻R′受到光照射时，下列说法正确的是（ AC ）
A．小灯泡L将发光B．小灯泡L将不发光
C．a点电势高D．b点电势高
解析：
该逻辑电路是非门电路；当电阻R′受到光照时，其阻值将变得远小于R，则R′分压较小，即非门的输入端为0，输出为1，（1即为高电势），小灯泡L发光，故A、C正确。
二、非选择题
7．电动机的自动控制电路如图所示，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__或__门逻辑电路；若要提高光照时电动机启动的灵敏度，可以__增大__R2的阻值（选填“增大”或“减小”）。
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减小时，输入为1，输出为1，所以是“或”门。
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。
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