物理：2.10《简单的逻辑电路》精品学案（人教版选修3-1）
文档属性
| 名称 | 物理：2.10《简单的逻辑电路》精品学案（人教版选修3-1） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 115.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2011-08-17 17:38:41 | ||
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文档简介
第10节 简单的逻辑电路
要点一 三种基本门电路的逻辑关系的真值表
注 1表示开关闭合，0表示开关的断开；用1表示灯亮，0表示灯灭．
要点二用开关和灯泡类比门电路
1．类比“与”门
图2－10－2
如图2－10－2所示，如果把电键A闭合作为条件A满足，把电键B闭合作为条件B满足，把电灯L亮作为结果C成立，则“与”逻辑关系可以示意为： C.两个电键都闭合是灯亮的充分且必要条件．
2．类比“或”门
如图2－10－3所示，如果把电键A闭合当作条件A满足，把电键B
图2－10－3
闭合当作条件B满足，把电灯L亮当作结果C成立，则“或”逻辑关系可以示意为： ?
.两个电键都闭合是灯亮的充分但不必要条件．
3．类比“非”门
图2－10－4
如图2－10－4所示，如果把电键A闭合当作条件A满足，把电灯L亮当作结果C成立，把电灯L灭当作结果—C成立，则正常逻辑关系为：A C.而“非”逻辑关系表现为A －C.
4．说明：对于“与”门，“或”门及“非”门电路，只有从反映的逻辑关系角度理解才能抓住本质，另外运用开关与灯泡的串并联关系进行类比，能更形象地理解三种门电路.
如何进一步认识逻辑门电路？
1．逻辑门电路功能、识图和种类
由于数字电路中最基本的元件为电子开关，它只有两个状态：一是开关开；二是开关关．数字系统电路中的电子开关电路就是逻辑门电路．
逻辑门电路又叫逻辑电路，逻辑门电路的特点是只有一个输出端，而输入端可以只有一个，也可以有多个，且常常是输入端多于一个．逻辑门电路的输入端和输出端只有两种状态：一是输出高电位状态，此时用1表示，二是输出低电位状态，此时用0表示．
2．二极管“与”门电路的工作原理
图2－10－5
图2－10－5是一种由两只二极管和一只电阻组成的典型“与”门电路．A、B是两个输入端，其输入脉冲的低电势为0 V，高电势为3 V，Y是输出端．若将低电位用“0”表示，高电位用“1”表示，则该电路的输入、输出真值表见下表．你能分析该电路的工作原理吗？
表 二极管“与”门电路真值表
输入 输出
A B Y
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
解析 A、B为“与”门的两个输入端，Y为输出端．当A、B都是高电势“1”时(＋3 V)，Y端才是高电位“1”(3.7 V)，只要输入端有一个是低电平“0”(0 V)，相应的二极管导通，Y点被连接于0.7 V，其他输入端为高电平的二极管都被截止，因为Y端是低电位“0”(约0.7 V).
一、简单逻辑电路
【例1】 走廊里有一盏电灯，在走廊两端各有一个开关，我们希望不论哪一个开关接通都能使电灯点亮，那么设计的电路为( )
A．“与”门电路 B．“非”门电路
C．“或”门电路 D．上述答案都有可能
答案 C
解析 不论用哪一个开关接通都能使电灯点亮，这体现了“或”逻辑关系，故C项正确，A、B、D三项不对．
二、逻辑电路与对应的真值表
【例2】 如图2－10－6为逻辑电路图
图2－10－6
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
A B Y
0 0 0
0 1 1
1 0 X
1 1 1
答案 或 1
解析 当开关A与B都合上时，用电器才工作，为“与”门；不论开关A或开关B，只要有一个合上时，用电器就工作，为“或”门；开关合上，用电器不工作，开关断开，用电器反而工作，为“非”门．
从真值表中可以看出，只有B一个合上时，用电器工作，两个都合上时也工作，所以为“或”门，X应为1.
1.
图2－10－7
如图2－10－7所示电路为( )
A．“与”门电路
B．“或”门电路
C．“非”门电路
D．无法判定
答案 C
2．某寝室的4名同学每人都配了一把门钥匙，各人都可以单独开门，这体现了( )
A．“或”逻辑 B．“非”逻辑
C．“与”逻辑 D．以上都不是
答案 A
3．如图2－10－8是一个组合逻辑电路，
图2－10－8
A、B、C为输入端，Y为输出端，则在真值表中Y空格从上到下依次填写都正确的是( )
A B C Y
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
A.00010101 B．00000010
C．00101010 D．以上答案都不正确
答案 C
题型一 逻辑原理
两个人负责安装一个炸药包，然后启爆，两个人分别控制两个相串联的开关．只有当两个人都撤出危险区，在安全区把开关接通时，炸药包才能爆炸．如果有一个人未撤出危险区，开关没有接通，炸药包就不能启爆，这就是“与”的概念．如果用“0”表示不启爆，“1”表示启爆，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，表示二人都不启爆，炸药包不爆炸
B．0×1＝1，表示一人不启爆，另一人启爆，炸药包爆炸
C．1×0＝1，表示一人启爆，另一人不启爆，炸药包爆炸
D．1×1＝1，表示二人都启爆，炸药包爆炸
思维步步高“与门”、“或门”、“非门”的逻辑关系分别是什么？怎样起爆才最安全？“与”逻辑关系中怎样满足条件输出端才是“1”？
解析 “与”逻辑关系表示所有条件都满足，输出端才能达到目的．
答案 AD
拓展探究或门电路的逻辑关系可表示为：Z＝A＋B，则下列结果正确的是( )
A．0＋0＝0 B．0＋1＝1
C．1＋0＝1 D．1＋1＝0
答案 ABC
能够用类比的方式找出几种逻辑电路的逻辑关系.
题型二 复杂逻辑电路
在如图1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1
A．1和0 B．0和1 C．1和1 D．0和0
思维步步高两个电路分别是什么逻辑电路？在上面的逻辑电路中，其中一个输入端是A，另一个输入端是什么？输出端的两个点的逻辑值是什么？
解析 当在B端输入的信号是“0”时，通过非门后信号变成了“1”，所以D端的输出为“1”．当与门的所有输入信号都是“1”时，输出在C端也是“1”．
答案 C
拓展探究如图2所示是一个三输入端复合门电路，当C端输入“0”时，A、B端输入为何时输出端Y输出“1”( )
图2
A．0 0 B．0 1 C．1 0 D．1 1
答案 D
复杂逻辑电路都是由简单逻辑电路组成的，研究该类问题先分析简单逻辑电路的输入端和输出端之间的关系，然后再进一步的找出最终的输出情况.
一、选择题
1．在基本逻辑电路中，何种逻辑门当所有输入均为0时，输出不是1( )
A．与门电路 B．或门电路
C．非门电路 D．都不可能
答案 AB
2．在数字电路中，利用的是晶体管的( )
A．放大作用 B．开关作用
C．放大和开关作用 D．以上都不是
答案 B
3．如图3所示为温度报警器的示意图，下列对此电路的分析正确的是( )
图3
A．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势降低，Y端的电势升高，蜂鸣器就会发出报警声
B．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势升高，Y端的电势降低，蜂鸣器就会发出报警声
C．当增大R1时，A端电势升高，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端的电势升高，蜂鸣器就会发出报警声
答案 BC
4．如图4所示为一个简单的报警器电路图，下列说法正确的是( )
图4
A．S1、S2都合上时报警器发声
B．S1断开，S2合上时报警器发声
C．S1、S2都断开时报警器发声
D．S1闭合，S2断开时报警器发声
答案 D
解析
题目中给了“与”门的符号，表示为“与”门电路，那么只有输入端均为“1”时，报警器才发声．在电路的输入端标上字母AB，如右图所示，当S1闭合时，A接+5 V，为高电势，即A输入为“1”，当S1断开时，R1无电流通过，A点电势为0 V，输入为“0”；同理，S2断开，R2无电流，电势为+5 V，为高电势，B输入“1”，S2闭合，B输入为“0”，由真值表可看出，只有A、B输入均是“1”时，输出才是“1”，这样，S1应闭合，S2应断开，报警器才会响.
A B Z
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
二、判断分析题
5．楼梯过道中的电灯往往采用如图5所示的电路控制．设高电压为“1”，低电压为“0”，试讨论灯泡L的亮暗情况，列出真值表．
图5
输入 输出
A B Y
答案 见解析
解析 设高电压为“1”低电压为“0”，由题图，可知A接低，B接低，灯不亮；A接低，B接高，灯亮；A接高，B接低，灯亮；A接高，B接高，灯不亮，列出真值表如下.
输入 输出
A B Y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
6.在北京奥运会中，中国举重队取得了优异的成绩，与跳水队、体操队、乒乓球队构成了中国四大“梦之队”．在举重比赛中，有甲、乙、丙三名裁判，其中甲为主裁判，乙、丙为副裁判，当主裁判和一名以上(包括一名)副裁判认为运动员上举合格后，才可发出合格信号．试列出真值表．
答案 见解析
解析 本题主要考查逻辑关系的应用．设甲、乙、丙三名裁判的裁决意见为逻辑变量A、B、C.裁决结果为Y，并且对于A、B、C，设判上举合格为逻辑“1”，不合格为逻辑“0”，对于Y，设上举合格为逻辑“1”，不合格为逻辑“0”．根据题意及上述假设列出真值表如下表所示.
A B C Y
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 0
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 1
7.如图6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灯亮时记“1”，不亮时记“0”，试完成真值表．
图6
输入 输出
A B C P
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
答案 见解析
解析 由图可知，开关A、B、C只要有一个闭合，灯泡便亮，所以是“或”门电路，其真值如下表所示.
输入 输出
A B C P
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 1
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 1
8.在铁路与公路的交叉路口，安装有自动控制的信号灯．当火车来的时候信号灯亮，火车过去时信号灯灭．图7是这种信号灯的控制电路图．S1、S2为两个光控开关，光照到时接通，没照到时断开．只有两个开关都接通时，信号灯才是灭的．请在方框内画出符号要求的门电路符号．
图7
答案 见解析
解析 开关闭合时输入为高电势，灯亮时输出为高电势．所以开关闭合为“1”，断开为“0”，灯亮为“1”，灯灭为“0”，则此时门电路的真值表应为：
A B Y
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
这是与非门真值表，所以框内应为
要点一 三种基本门电路的逻辑关系的真值表
注 1表示开关闭合，0表示开关的断开；用1表示灯亮，0表示灯灭．
要点二用开关和灯泡类比门电路
1．类比“与”门
图2－10－2
如图2－10－2所示，如果把电键A闭合作为条件A满足，把电键B闭合作为条件B满足，把电灯L亮作为结果C成立，则“与”逻辑关系可以示意为： C.两个电键都闭合是灯亮的充分且必要条件．
2．类比“或”门
如图2－10－3所示，如果把电键A闭合当作条件A满足，把电键B
图2－10－3
闭合当作条件B满足，把电灯L亮当作结果C成立，则“或”逻辑关系可以示意为： ?
.两个电键都闭合是灯亮的充分但不必要条件．
3．类比“非”门
图2－10－4
如图2－10－4所示，如果把电键A闭合当作条件A满足，把电灯L亮当作结果C成立，把电灯L灭当作结果—C成立，则正常逻辑关系为：A C.而“非”逻辑关系表现为A －C.
4．说明：对于“与”门，“或”门及“非”门电路，只有从反映的逻辑关系角度理解才能抓住本质，另外运用开关与灯泡的串并联关系进行类比，能更形象地理解三种门电路.
如何进一步认识逻辑门电路？
1．逻辑门电路功能、识图和种类
由于数字电路中最基本的元件为电子开关，它只有两个状态：一是开关开；二是开关关．数字系统电路中的电子开关电路就是逻辑门电路．
逻辑门电路又叫逻辑电路，逻辑门电路的特点是只有一个输出端，而输入端可以只有一个，也可以有多个，且常常是输入端多于一个．逻辑门电路的输入端和输出端只有两种状态：一是输出高电位状态，此时用1表示，二是输出低电位状态，此时用0表示．
2．二极管“与”门电路的工作原理
图2－10－5
图2－10－5是一种由两只二极管和一只电阻组成的典型“与”门电路．A、B是两个输入端，其输入脉冲的低电势为0 V，高电势为3 V，Y是输出端．若将低电位用“0”表示，高电位用“1”表示，则该电路的输入、输出真值表见下表．你能分析该电路的工作原理吗？
表 二极管“与”门电路真值表
输入 输出
A B Y
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
解析 A、B为“与”门的两个输入端，Y为输出端．当A、B都是高电势“1”时(＋3 V)，Y端才是高电位“1”(3.7 V)，只要输入端有一个是低电平“0”(0 V)，相应的二极管导通，Y点被连接于0.7 V，其他输入端为高电平的二极管都被截止，因为Y端是低电位“0”(约0.7 V).
一、简单逻辑电路
【例1】 走廊里有一盏电灯，在走廊两端各有一个开关，我们希望不论哪一个开关接通都能使电灯点亮，那么设计的电路为( )
A．“与”门电路 B．“非”门电路
C．“或”门电路 D．上述答案都有可能
答案 C
解析 不论用哪一个开关接通都能使电灯点亮，这体现了“或”逻辑关系，故C项正确，A、B、D三项不对．
二、逻辑电路与对应的真值表
【例2】 如图2－10－6为逻辑电路图
图2－10－6
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
A B Y
0 0 0
0 1 1
1 0 X
1 1 1
答案 或 1
解析 当开关A与B都合上时，用电器才工作，为“与”门；不论开关A或开关B，只要有一个合上时，用电器就工作，为“或”门；开关合上，用电器不工作，开关断开，用电器反而工作，为“非”门．
从真值表中可以看出，只有B一个合上时，用电器工作，两个都合上时也工作，所以为“或”门，X应为1.
1.
图2－10－7
如图2－10－7所示电路为( )
A．“与”门电路
B．“或”门电路
C．“非”门电路
D．无法判定
答案 C
2．某寝室的4名同学每人都配了一把门钥匙，各人都可以单独开门，这体现了( )
A．“或”逻辑 B．“非”逻辑
C．“与”逻辑 D．以上都不是
答案 A
3．如图2－10－8是一个组合逻辑电路，
图2－10－8
A、B、C为输入端，Y为输出端，则在真值表中Y空格从上到下依次填写都正确的是( )
A B C Y
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
A.00010101 B．00000010
C．00101010 D．以上答案都不正确
答案 C
题型一 逻辑原理
两个人负责安装一个炸药包，然后启爆，两个人分别控制两个相串联的开关．只有当两个人都撤出危险区，在安全区把开关接通时，炸药包才能爆炸．如果有一个人未撤出危险区，开关没有接通，炸药包就不能启爆，这就是“与”的概念．如果用“0”表示不启爆，“1”表示启爆，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，表示二人都不启爆，炸药包不爆炸
B．0×1＝1，表示一人不启爆，另一人启爆，炸药包爆炸
C．1×0＝1，表示一人启爆，另一人不启爆，炸药包爆炸
D．1×1＝1，表示二人都启爆，炸药包爆炸
思维步步高“与门”、“或门”、“非门”的逻辑关系分别是什么？怎样起爆才最安全？“与”逻辑关系中怎样满足条件输出端才是“1”？
解析 “与”逻辑关系表示所有条件都满足，输出端才能达到目的．
答案 AD
拓展探究或门电路的逻辑关系可表示为：Z＝A＋B，则下列结果正确的是( )
A．0＋0＝0 B．0＋1＝1
C．1＋0＝1 D．1＋1＝0
答案 ABC
能够用类比的方式找出几种逻辑电路的逻辑关系.
题型二 复杂逻辑电路
在如图1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1
A．1和0 B．0和1 C．1和1 D．0和0
思维步步高两个电路分别是什么逻辑电路？在上面的逻辑电路中，其中一个输入端是A，另一个输入端是什么？输出端的两个点的逻辑值是什么？
解析 当在B端输入的信号是“0”时，通过非门后信号变成了“1”，所以D端的输出为“1”．当与门的所有输入信号都是“1”时，输出在C端也是“1”．
答案 C
拓展探究如图2所示是一个三输入端复合门电路，当C端输入“0”时，A、B端输入为何时输出端Y输出“1”( )
图2
A．0 0 B．0 1 C．1 0 D．1 1
答案 D
复杂逻辑电路都是由简单逻辑电路组成的，研究该类问题先分析简单逻辑电路的输入端和输出端之间的关系，然后再进一步的找出最终的输出情况.
一、选择题
1．在基本逻辑电路中，何种逻辑门当所有输入均为0时，输出不是1( )
A．与门电路 B．或门电路
C．非门电路 D．都不可能
答案 AB
2．在数字电路中，利用的是晶体管的( )
A．放大作用 B．开关作用
C．放大和开关作用 D．以上都不是
答案 B
3．如图3所示为温度报警器的示意图，下列对此电路的分析正确的是( )
图3
A．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势降低，Y端的电势升高，蜂鸣器就会发出报警声
B．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势升高，Y端的电势降低，蜂鸣器就会发出报警声
C．当增大R1时，A端电势升高，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端的电势升高，蜂鸣器就会发出报警声
答案 BC
4．如图4所示为一个简单的报警器电路图，下列说法正确的是( )
图4
A．S1、S2都合上时报警器发声
B．S1断开，S2合上时报警器发声
C．S1、S2都断开时报警器发声
D．S1闭合，S2断开时报警器发声
答案 D
解析
题目中给了“与”门的符号，表示为“与”门电路，那么只有输入端均为“1”时，报警器才发声．在电路的输入端标上字母AB，如右图所示，当S1闭合时，A接+5 V，为高电势，即A输入为“1”，当S1断开时，R1无电流通过，A点电势为0 V，输入为“0”；同理，S2断开，R2无电流，电势为+5 V，为高电势，B输入“1”，S2闭合，B输入为“0”，由真值表可看出，只有A、B输入均是“1”时，输出才是“1”，这样，S1应闭合，S2应断开，报警器才会响.
A B Z
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
二、判断分析题
5．楼梯过道中的电灯往往采用如图5所示的电路控制．设高电压为“1”，低电压为“0”，试讨论灯泡L的亮暗情况，列出真值表．
图5
输入 输出
A B Y
答案 见解析
解析 设高电压为“1”低电压为“0”，由题图，可知A接低，B接低，灯不亮；A接低，B接高，灯亮；A接高，B接低，灯亮；A接高，B接高，灯不亮，列出真值表如下.
输入 输出
A B Y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
6.在北京奥运会中，中国举重队取得了优异的成绩，与跳水队、体操队、乒乓球队构成了中国四大“梦之队”．在举重比赛中，有甲、乙、丙三名裁判，其中甲为主裁判，乙、丙为副裁判，当主裁判和一名以上(包括一名)副裁判认为运动员上举合格后，才可发出合格信号．试列出真值表．
答案 见解析
解析 本题主要考查逻辑关系的应用．设甲、乙、丙三名裁判的裁决意见为逻辑变量A、B、C.裁决结果为Y，并且对于A、B、C，设判上举合格为逻辑“1”，不合格为逻辑“0”，对于Y，设上举合格为逻辑“1”，不合格为逻辑“0”．根据题意及上述假设列出真值表如下表所示.
A B C Y
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 0
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 1
7.如图6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灯亮时记“1”，不亮时记“0”，试完成真值表．
图6
输入 输出
A B C P
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
答案 见解析
解析 由图可知，开关A、B、C只要有一个闭合，灯泡便亮，所以是“或”门电路，其真值如下表所示.
输入 输出
A B C P
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 1
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 1
8.在铁路与公路的交叉路口，安装有自动控制的信号灯．当火车来的时候信号灯亮，火车过去时信号灯灭．图7是这种信号灯的控制电路图．S1、S2为两个光控开关，光照到时接通，没照到时断开．只有两个开关都接通时，信号灯才是灭的．请在方框内画出符号要求的门电路符号．
图7
答案 见解析
解析 开关闭合时输入为高电势，灯亮时输出为高电势．所以开关闭合为“1”，断开为“0”，灯亮为“1”，灯灭为“0”，则此时门电路的真值表应为：
A B Y
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
这是与非门真值表，所以框内应为