2024-2025高中物理第二章恒定电流第11节简单的逻辑电路讲义+习题含解析新人教版选修3-1

PAGEPAGE11第11节简洁的逻辑电路1．知道数字电路和逻辑电路的概念，了解数字电路的优点。2．知道“与”门、“或”门、“非”门电路的特征、逻辑关系及表示法。3．初步了解“与”门、“或”门、“非”门电路在实际问题中的应用。一、门电路1．数字信号改变的两个状态：“eq\o(□,\s\up3(01))有”或者“eq\o(□,\s\up3(02))没有”。2．几个概念处理eq\o(□,\s\up3(03))数字信号的电路叫数字电路。具有eq\o(□,\s\up3(04))逻辑功能的数字电路叫做逻辑电路。eq\o(□,\s\up3(05))门电路是最基本的逻辑电路。3．“门”就是一种eq\o(□,\s\up3(06))开关，在肯定条件下它允许信号通过；假如条件不满意，信号就被阻挡在“门”外。“1”“0”是逻辑关系中的两种取值，不表示详细数字。二、几种门电路1．“与”门“与”逻辑关系：一个事务的几个条件eq\o(□,\s\up3(01))都满意后，该事务才能发生。符号：，其中“&”具有“eq\o(□,\s\up3(02))与”的意思，象征A与B两个输入端eq\o(□,\s\up3(03))都是1时，输出端Y才是1。2．“或”门“或”逻辑关系：某事务的发生有几个条件，但只要有eq\o(□,\s\up3(04))一个条件满意，事务就能发生。符号：eq\o(□,\s\up3(05))，“≥1”象征当1个或多于1个输入端为1时，输出端就是1。3．“非”门“非”逻辑关系：输出状态和输入状态eq\o(□,\s\up3(06))相反。符号：，其中矩形右侧小圆可看做数字“0”，它与数字“1”象征着输入端为eq\o(□,\s\up3(07))1时，输出端是eq\o(□,\s\up3(08))0。三、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eq\o(□,\s\up3(01))基片上。2．优点：eq\o(□,\s\up3(02))体积小、重量轻、便利、牢靠，适于系列化、标准化生产等。(1)如图，为了便利及节约用电，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。灯的限制是什么逻辑关系呢？提示：灯的限制是“与”逻辑关系。(2)公路两旁的路灯，天黑了，路灯自动接通，天亮了，路灯又自动熄灭，它体现了什么逻辑关系？提示：“非”逻辑关系。(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)输入端为“1”时输出端是“0”的门电路就是“或”门。()(4)两个输入端都为“1”时，输出端为“1”的门电路就是“与”门。()提示：(1)×(2)×(3)×(4)×课堂任务三种门电路细致视察下列图片，细致参加“师生互动”。说明：开关“通”记为1，“断”记为0。灯“亮”记为1，“熄”记为0。活动1：甲图中两个开关A、B怎样灯泡才能亮(为1)?提示：两个开关必需都通(都为1)，灯泡才能亮(为1)。活动2：乙图中两个开关A、B怎样灯泡才能亮(为1)?提示：两个开关A、B只要有一个接通(任一个为1或两个都为1)，灯泡都会亮(为1)。活动3：丙图中开关A怎样灯泡才能亮(为1)?提示：开关A不接通(为0)灯泡就能亮(为1)。A接通(为1)灯泡反而不亮(为0)。活动4：探讨、沟通、展示，得出结论。(1)几种门电路对比续表(2)特点“与”门特点：有零为零，全一为一。“或”门特点：有一为一，全零为零。“非”门特点：入一出零，入零出一。例1在登录你的微信(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，要完成这个事务(登录胜利)，它们所体现的逻辑关系为()A．“与”关系B．“或”关系C．“非”关系D．不存在逻辑关系用户名和对应的密码相当于什么？提示：相当于两个串联的开关，必需同时为“通过”状态才能登录上。[规范解答]当几个条件同时具备才能出现某一结果时，这些条件与结果之间的关系称为“与”逻辑关系。在登录微信(或QQ)时，只有用户名和对应的密码同时正确才能胜利，反映的是“与”逻辑关系。故选A。[完备答案]A要看生活中的事务相当于什么“门”，除了分析其条件和结果的关系，还必需清晰各个“门”的特点。eq\a\vs4\al([变式训练1])如图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”。以下推断正确的是()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解析依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错误；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正确，C错误；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错误。课堂任务简洁的复合门电路细致视察下列图片，细致参加“师生互动”。活动1：如图三种门电路逻辑关系很简洁，假如将它们两两排列组成一个新元件，从数学上看有哪些可能？提示：最简洁的3个门电路两两排列，由数学组合排列分析知，有6种排列可能：与或、或与、与非、非与、或非、非或。活动2：考虑门电路的物理结构，实际可行的有哪几种？提示：从物理结构上看，“与”门和“或”门都有两个输入端，而输出端只有一个，它们之间无法组合(除非有更多的门电路)；另外“非”门只有一个输入端和输出端。所以以上6种状况，实际可行的只有2种：与非、或非。活动3：探讨、沟通、展示，得出结论。(1)“与非”门①概念：一个“与”门和一个“非”门组成的复合门电路。②符号：可简化为。③其真值表为输入输出输入输出A1B1Y1A2Y200001010011000111110(2)“或非”门①概念：一个“或”门和一个“非”门组成的复合门电路。②符号：可简化为。③其真值表为输入输出输入输出A1B1Y1A2Y200001011101011011110拓展：上面介绍的“与非”门和“或非”门是最简洁的复合门电路，比较常用。除此之外也可以由三个门电路或更多个门电路组成更困难的逻辑电路，由于比较困难，就不介绍了。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”门三个门电路的特点是什么？提示：“与”门特点：有0为0，全1为1。“或”门特点：有1为1，全0为0。“非”门特点：入1出0，入0出1。[规范解答]若甲是“与”门，乙是“非”门，不管输入电压为低电压还是高电压，经过“与”门后输出为低电压，经过“非”门后输出高电压，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，经过“或”门输出为低电压，经过“非”门输出为高电压，蜂鸣器发出警报；当输入为高电压，经过“或”门输出为高电压，经过“非”门输出为低电压，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。[完备答案]B复合门电路真值表的确定方法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。eq\a\vs4\al([变式训练2])下表是某逻辑电路的真值表，该电路是()输入输出001011101110答案D解析依据该逻辑电路的真值表可以推断，该门电路是一个“与”门电路和一个“非”门电路的组合，D正确。A组：合格性水平训练1．(数字信号)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的取值，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答案C解析逻辑电路用“1”和“0”分别表示高电位和低电位，它只表示电位是高还是低，不是电位的详细值，也不表示该点是与电源正极还是负极相连，A、B、D错误，C正确。2．(逻辑关系)(多选)下列关于逻辑电路的说法中正确的是()A．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B．假如几个条件中，只要有一个条件得到满意，某事务就会发生，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“或”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AC解析由“与”逻辑关系和“或”逻辑关系的定义可知，A、C正确，B错误；输出状态和输入状态相反的逻辑关系叫做“非”逻辑关系，D错误。3．(三种门电路)隧道里有一个警报器，在隧道的两端各有一个开关，在出现危急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B项正确，A、C、D三项错误。4．(三种门电路)(多选)在基本逻辑电路中，何种逻辑门电路，当全部输入均为“0”时，输出不是“1”()A．“与”门电路B．“或”门电路C．“非”门电路D．都不行能答案AB解析当全部输入都为“0”时，“与”门电路输出为“0”，“或”门电路输出为“0”，“非”门电路输出为“1”，A、B正确，C、D错误。5．(门电路)为了保障行驶平安，一种新型双门电动公交车安装了如下限制装置：只要有一扇门没有关紧，汽车就不能启动。假如规定：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。能正确表示该限制装置工作原理的逻辑门是()A．“与”门B．“或”门C．“非”门D．“与非”门答案A解析由题意知只要有一扇门没有关紧，汽车就不能启动，也就是说只有两扇门都关紧，汽车才能正常启动，所以该限制装置工作原理的逻辑门是“与”门，故A正确。6．(应用)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，D正确。7．(应用)(多选)如图所示，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()A．当R0的温度上升时，R0减小，A端电势降低，Y端的电势上升，蜂鸣器就会发出报警声B．当R0的温度上升时，R0减小，A端电势上升，Y端的电势降低，蜂鸣器就会发出报警声C．当增大R1时，A端电势上升，Y端的电势降低，蜂鸣器就会发出报警声D．当增大R1时，A端电势降低，Y端的电势上升，蜂鸣器就会发出报警声答案BC解析R0为热敏电阻，当R0的温度上升时其电阻会减小，A端电势上升，Y端电势降低，蜂鸣器发出报警声；当R1增大时，R0上的电压减小，A端电势上升，Y端电势降低，蜂鸣器报警。8.(应用)由门电路构成的一简洁限制电路如图所示，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。其工作状况是：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，该限制电路可以用在________限制系统中(举一个例子)。答案“非”城市路灯解析光照时间敏电阻阻值减小，门电路的输入端电势上升，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。

B组：等级性水平训练9.(复合门电路)如图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()A．“1”“1”B．“0”“0”C．“1”“0”D．“0”“1”答案B解析要使灯L亮，“非”门的输出应当为“1”，故“非”门的输入为“0”；故“或”门的两个输入端都应当为“0”。10．(真值表)请依据下面所列的真值表，从四幅图中选出与之相对应的一个门电路()输入输出ABY001010100110答案C解析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，肯定对应一个复合门电路，从真值表分析可得应为“或非”复合门电路，C正确。11．(复合门电路)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Y输出“1”()A．00B．01C．10D．11答案D解析此复合门电路由两个“与”门组成，故A、B输入都是“1”时，Y输出“1”，故D正确。12．(