高中物理第二章恒定电流11简单的逻辑电路教案新人教版选修3_1

11 简单的逻辑电路
[学科素养与目标要求]
物理观念：初步了解简单的逻辑电路及表示符号．
科学探究：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．
科学态度与责任：初步了解集成电路的发展对社会进步的意义．
一、“与”门
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.
二、“或”门
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.
三、“非”门
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.
1．判断下列说法的正误．
(1)“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”．(×)
(2)“与”门电路中，A、B两个输入端都为“1”时，输出端才是“1”．(√)
(3)“或”门电路中，A、B两个输入端有一个是“0”时，输出端就是“0”．(×)
(4)“或”门电路中，A、B两个输入端有一个是“1”时，输出端就是“1”．(√)
2．下面为一逻辑门电路的真值表，该类型的逻辑门电路为________门电路.
答案“非”
一、三种基本门电路
1．“与”门电路
如图所示，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：
(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).
答案(1)两个条件都满足(2)熄熄熄亮
(1)“与”门是指一个事件的几个条件都满足时，事件才能发生，即“与”门的输入端都是“1”时，输出端才是“1”．
(2)“与”门电路的真值表：
2．“或”门电路
如图所示，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．
(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).
答案(1)至少满足两个条件中的一个(2)熄亮亮亮
(1)“或”门是指一个事件的几个条件只要有一个满足，该事件就会发生．当输入端只要有一个或一个以上为“1”时，输出端就是“1”．
(2)“或”门电路的真值表
3.“非”门电路
如图所示，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．
(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).
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
(1)“非”门是指输出和输入总是相反，即输入端为“1”时，输出端为“0”；输入端为“0”时，输出端为“1”．
(2)“非”门电路的真值表
例1 如图1所示，试判断这是一个什么逻辑门电路．A、B、C闭合时记“1”，断开时记“0”；P灯亮记“1”，不亮记“0”．试完成如下真值表．
图1
答案“或”门如下表所示
例2 监控系统控制电路如图2所示，开关S闭合时，系统白天和晚上都工作，开关S断开时，系统仅晚上工作．在电路中虚框处分别接入光敏电阻(受光照时阻值减小)和定值电阻，则电路中( )
图2
A．C是“与”门，A是光敏电阻
B．C是“与”门，B是光敏电阻
C．C是“或”门，A是光敏电阻
D．C是“或”门，B是光敏电阻
答案 D
解析开关S闭合后，C门的一个输入端是1，系统不管白天和晚上都工作，说明与另一端的逻辑值无关，这说明C门是“或”门．开关S断开时，C门的一个输入端是0，要让系统工作，另一个输入端必须是1，也就是高电压，所以B是光敏电阻，D正确．
[学科素养] 提出判断这是一个什么逻辑门电路这样一个问题，在解答问题的过程中，锻炼了学生基于证据得出结论并做出解释，以及对实验探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力，这体现了“实验探究”的学科素养．
针对训练 1 如图3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3
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4所示．
图4
其真值表为
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5所示．
图5
其真值表为
例3 在如图6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6
A．1和0 B．0和1 C．1和1 D．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7所示的复合门电路中，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7
A．0 0 B．0 1
C．1 0 D．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．(逻辑电路)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．
2．(逻辑电路)如图8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8
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．3．(逻辑电路)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
4．(复合门电路)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( )
图9
A.“与门”，1 B．“与门”，0
C．“或门”，1 D．“或门”，0
答案 D
5．(复合门电路)下表是某逻辑电路的真值表，该电路是( )
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．
6．(门电路的应用)如图10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10
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.。