2024-2025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学案鲁科版选修3-1

PAGE8-第4节逻辑电路与自动限制[学习目标]1．初步了解简洁的逻辑电路及表示符号。(物理观念)2．通过试验理解“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洁的逻辑关系。(科学思维)3．初步了解集成电路的作用及其发展状况。(科学看法与责任)一、简洁逻辑电路1．“与”门(1)“与”逻辑：假如要求输出Z为1，只有输入A和B都为1才能实现，否则输出为0。(2)“与”门的符号：。(3)“与”门的真值表：输入输出ABZ0000101001112．“或”门(1)“或”逻辑：假如要求输出Z为1，只要输入A或B有一个是1就能实现。(2)“或”门的符号：。(3)“或”门的真值表：输入输出ABZ0000111011113．“非”门(1)“非”逻辑：输出Z是输入A的否定。(2)“非”门的符号：。(3)“非”门的真值表：输入输出AZ0110二、逻辑电路的应用及集成电路1．逻辑电路是自动限制电路的核心，在生产、生活中有着非常广泛的运用。2．实例：恒温热水器、火警自动报警器等。3．半导体集成电路电子产品已经广泛深化到人们生活的方方面面，这与半导体集成电路的发展密不行分。如今，集成电路技术的发展，已经成为一个国家电子技术发展的重要标记。4．集成电路的特点(1)牢靠性高，寿命长。(2)专用性强，运用便利。(3)体积小，功能多。(4)应用领域广，发展前景大。1．思索推断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)假如一个事务的几个条件都满意后，该事务才能发生，这种关系叫“与”逻辑关系。 (√)(2)一个门上有三把钥匙，每把钥匙都能单独开门，它体现了“或”逻辑关系。 (√)(3)逻辑电路中的两个状态，“1”和“0”是逻辑关系的两种可能的取值，不表示详细的数字。 (√)(4)逻辑电路中的两个状态，“1”表示该点与电源正极相连，“0”表示该点与电源负极相连。 (×)[提示]逻辑电路中“1”和“0”是表示逻辑信号的两种状态。(5)集成电路的特点体积小，功能多，但专用性不强。 (×)[提示]集成电路的特点之一是专用性强。2．隧道里有一个警报器，在隧道的两端各有一个开关，在出现险情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．上述选项都可以B[要求无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，故选项B正确。]3．某同学在设计逻辑电路时，要求从输出端输出的信号为“1”时，输入端至少有一个信号为“1”。则下列满意要求的是()A．“与”门电路B．“或”门电路C．“非”门电路 D．都不行能B[要求输出为“1”时，输入信号中至少有一个为“1”，则就要求是“1＋1＝1”或是“1＋0＝1”，所以满意要求的是“或”门电路。故B正确。]三种“门”电路的理解1．三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eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(A,B))＝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2．逻辑1和0的确定1和0分别代表两种相反状态的代码，例如开关断开代表0状态，接通代表1状态。对逻辑电路的输入、输出来说，一般是高电平为1，低电平为0。对详细的数字电路来说，电压高于某一值时为1，低于某一值时为0。【例1】如图是逻辑电路图及其真值表，此逻辑电路为________门电路，在真值表中X处的逻辑值为________。输入输出ABZ00001110X111[解析]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。由题图及表中输入和输出的关系，得出X值应为1。[答案]“或”1逻辑电路分析的三点留意(1)熟记“与”“或”“非”三种门电路的逻辑关系。(2)精确分析条件与结果之间的逻辑关系。(3)依据门电路的特点正确填写真值表。[跟进训练]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0VB．“1”表示电压为大于或等于1V，“0”表示电压肯定为0VC．“1”和“0”是逻辑关系的两种可能取值，不表示详细的数字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C[门电路是用来限制信号的“通过”或“截断”的一种开关电路。依据指定条件，门电路对输入、输出的因果关系作出推断。门电路的输入、输出信号都以电位的凹凸来表示。若把高电位看作有信号，表示某个条件存在或信号能通过，且以符号“1”表示；把低电位看作无信号，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。在通常状况下，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。]简洁的复合门电路1．“与非”门一个“与”门电路和一个“非”门电路组合在一起，做成一个复合门电路，称为“与非”门，如图所示。可简化为其真值表为输入输出输入输出A1B1Z1A2Z2000010100110001111102．“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。可简化为其真值表为输入输出输入输出A1B1Z1A2Z200001011101011011110【例2】如图所示，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()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”B[由“与门”和“非门”的真值表可知选项A错。由“或门”和“非门”的真值表可推断，选项B正确。由“与门”和“或门”的真值表可以推断，选项C错。由“或门”和“与门”的真值表可推断，选项D错。]复合门电路真值表的确定方法(1)假如A、B输入分别经过一个“非”门电路，它们各自的输出Z1、Z2又组成一个“与”门电路或“或”门电路，最终输出Z，则Z的值干脆取决于Z1、Z2。(2)推断复合门电路的最终输出结果时，分析思路一般是“从前向后”，先分析第一个门电路的输出结果，再推断其次个，依此类推。[跟进训练]2．如图所示为两个“非”门和一个“或”门组成的复合门电路，请在表中填写该门电路的真值表。输入输出ABZ[解析]由“非”门电路和“或”门电路的真值表可以确定此复合门电路的真值表，如表所示：输入输出ABZ001101011110[答案]见解析课堂小结知识脉络3个门电路：“与”门、“或”门、“非”门2种状态表示：1、01个表格：真值表1．(多选)两个人负责安装一个炸药包，然后起爆，两个人分别限制两个串联的开关。只有当两个人都撤出危急区，在平安区把开关接通时，炸药包才能爆炸。假如有一个人未撤出危急区，开关没有接通，炸药包就不能起爆，这就是“与”的概念。假如用“0”表示不起爆，“1”表示起爆，用符号“×”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AD[“与”逻辑关系表示全部条件都满意时，输出端才能达到目的，本题中只要有一个人不起爆，炸药包就不爆炸。故选项A、D正确。]2．如图是一个三输入端复合门电路，当C端输入“1”时，A、B端输入为何值时输出端Z输出“1”()A．00B．01C．10D．11D[此复合门电路由两个“与门”组成，故A、B输入都是“1”时，Z输出“1”，故D正确。]3．如图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。(均选填“与”“非”或“或”)[解析]由题意知只要有一个开关未闭合，报警器就会报警，结合“或”门的特点知，虚线框甲内应选用“或”门；虚线框乙内也应选用“或