[精品]2019学年高中物理第二章直流电路第8节逻辑电路和控制电路教学案教科版选修

第8节逻辑电路和控制电路1．逻辑电路是指输出与输入之间存在一定逻辑关系的电路。

2．如果要求输出P为1，只有输入A和输入B都为1才能实现，否则输出为0，这就是“与”逻辑电路。

3．如果要求输出P为1，只要输入A和B有一个为1就能实现，这就是“或”逻辑电路。

4．如果要求输出P为1，则输入A应为0，即输入与输出的逻辑关系是相反的，这就是“非”逻辑电路。

一、常见的逻辑电路1．开关“与”电路电路图和真值表图2­8­12．开关“或”电路电路图和真值表图2­8­23．开关“非”电路电路图和真值表图2­8­3 二、逻辑电路的应用 1．几个控制电路实例 (1)自动门控制电路要求：有人从门外要进门或从门内要出门时门会自动打开，同时有人从门外和门内走来时，门也会自动打开。

电路图和真值表图2­8­4(2)举重裁判控制器要求：三个裁判A (主裁判)、B (副裁判)、C (副裁判)，只有当主裁判和至少一个副裁判同时按下自己面前的按钮，指示杠铃稳当举起的灯泡P 才亮。

电路图和真值表图2­8­5(3)楼梯开关电路要求：不论从楼上、楼下均可开、关楼梯灯。

电路图图2­8­62．用二极管实现“与”电路和“或”电路(1)有触点开关的缺点：触点易磨损、金属疲劳以及运动部件的动作速度慢导致可靠性较差。

(2)晶体管的优点：没有运动部件、动作速度快，可靠性高。

3．集成电路与电子计算机(1)第一台电子计算机诞生于1946年，主要由电子管和继电器组成。

(2)1956年研制成晶体管计算机成为第二代电子计算机的开端。

(3)1958年研制成第一个半导体集成电路，1964年生产出的由混合集成电路作为主要电子器件的第三代电子计算机，运算速度达每秒几百万次。

(4)1975年以后采用大规模和超大规模集成电路制成的第四代电子计算机，运算速度达每秒几百万次到几亿次。

今天更达到每秒1015次。

(5)2015年，中国的“天河二号”超级计算机已连续六次世界第一，其运算速度达到每秒3.386亿亿次。

1．自主思考——判一判(1)数字信号在变化中只有两个对应的状态，“有”或者“没有”，常用“1”或者“0”表示。

(√) (2)处理模拟信号的电路叫数字电路。

(×)(3)在小汽车的四个车门只要有一扇门没关好就会有报警提示，其逻辑关系属于“或”电路。

(×)(4)现代银行管理系统中都有自动取款机，若能取出钱款，账号、密码必须都正确，它反映的逻辑关系是“与”电路。

(√)(5)将一灯泡与开关并联，开关的通断与灯的发光关系属于“非”电路。

(√) 2．合作探究——议一议(1)由三位数字构成的密码锁，安全性较高且使用方便，因此得到众多用户的喜爱。

想一想这种密码锁属于什么逻辑关系？提示：属于“与”逻辑关系。

(2)一个人到超市买东西，他付现金或者使用信用卡才能把要买的东西拿走，在这里付现金及使用信用卡和拿走所买的东西之间体现了什么样的逻辑关系？提示：体现了“或”逻辑关系。

(3)十字路口的红绿灯体现了什么逻辑关系？提示：红绿灯中红灯亮时，绿灯必然熄灭；绿灯亮时，红灯必然熄灭，这种现象体现了“非”逻辑关系。

1．对“与”电路的理解(1)如果一个事件和几个条件相联系，当这几个条件都满足后，该事件才能发生，这种关系叫“与”逻辑关系。

具有这种逻辑关系的电路称为“与”电路。

如图2­8­7所示，如果把开关A 闭合作为条件A 满足，把开关B 闭合作为条件B 满足，把电灯L 亮作为结果P 成立，则“与”逻辑关系可以示意：⎭⎪⎬⎪⎫A B ⇒P ，或A ×B ＝P 。

图2­8­7(2)“与”电路的特点①开关之间是串联关系。

②当A、B输入都为“0”或A、B中有一个输入为“0”时，输出为“0”，当A、B输入都为“1”时，输出为“1”。

2．对“或”电路的理解(1)如果一个事件和几个条件相联系，当这几个条件中有一个满足，事件就会发生，这种关系叫“或”逻辑关系。

具有这种逻辑关系的电路称为“或”电路。

如图2­8­8所示，如果把开关A闭合当作条件A满足，把开关B闭合当作条件B满足，把电灯L亮当作结果P成立，则“或”逻辑关系可以示意为图2­8­8(2)“或”电路的特点①开关之间是并联关系。

②A、B输入都为“0”时，输出为“0”；A、B输入都为“1”或A、B中有一个输入为“1”时，输出为“1”。

3．对“非”电路的理解(1)如果条件A满足时，另一个条件B则不满足，条件A不满足时，另一个条件B则满足，它们的逻辑关系是相反的，这种关系叫“非”逻辑关系。

具有这种逻辑关系的电路叫“非”电路。

如图2­8­9所示。

图2­8­9(2)“非”电路的特点①单刀双掷开关。

②当A输入为“1”时，B输入为“0”；当A输入为“0”时，B输入为“1”。

4．门电路的符号(仅作了解)[典例] 如图2­8­10所示，表示输入端A、B的电势随时间的变化关系，完成下题。

求：图2­8­10(1)开关“与”电路的输出电压Y随时间变化的关系；(2)开关“或”电路的输出电压Y随时间变化的关系。

[思路点拨](1)“与”逻辑关系是当两个输入端都有信号输入时，输出端才有信号输出。

(2)“或”逻辑关系是当两个输入端的任意一个有信号输入时，输出端均有信号输出。

[解析] (1)对“与”电路，先做出A、B、Y的真值表，然后再确定输出电压Y与时间的变化关系。

所以U Y随时间变化关系如图所示：(2)对“或”电路，先做出A、B、Y的真值表，然后再确定输出电压Y与时间的变化关系。

00011 101 110 101 1Y[答案] 见解析一般情况下，用“1”表示高电势，“0”表示低电势，只有正确地列出真值表，找出A、B的逻辑关系，才能列出Y的真值表，画出U Y随时间的变化关系。

1．在登录你的电子邮箱(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，要完成这个事件(登录成功)，它们体现的逻辑关系为( )A．“与”关系B．“或”关系C．“非”关系 D．不存在逻辑关系解析：选A 只有当两个条件(用户名和密码)都满足时，事件(登录成功)才能发生，所以是一种“与”逻辑关系，A对。

2．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．上述答案都有可能解析：选C 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。

3．如图2­8­11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像，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像是( )图2­8­11解析：选A 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。

逻辑电路的设计与应用[典例] 电动机的自动控制电路如图2­8­12所示，其中R H为热敏电阻，R L为光敏电阻。

当温度升高时，R H的阻值远小于R1；当光照射R L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，电路中虚线框内应选________门逻辑电路；若要提高光照时电动机启动的灵敏度，可以________(填“增大”或“减小”)R2的阻值。

图2­8­12[思路点拨] 解答本题时应把握以下两点：(1)要求温度升高或受到光照时电动机均能自动启动。

(2)提高光照时电动机启动的灵敏度，即有较弱光照时电动机就能自动启动。

[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小时，输入为“1”，输出为“1”，所以虚线框内应选“或”门。

若要提高光照时电动机启动的灵敏度，需要在光照较弱即光敏电阻阻值较大时输入为“1”，输出为“1”，所以要增大R2的阻值。

[答案] “或”增大解答此类问题时要把握三点：一是认真审题，找出题中所给的有用信息，判断出它们之间的逻辑关系；二是认真分析电路的结构，弄清电势的高低；三是掌握三种基本逻辑电路的特点和规律。

1．如图2­8­13所示，低电位报警器由两个基本的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( )图2­8­13A．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：选B 若甲是“与”门，乙是“非”门，不管输入电压为低电压(0)还是高电压(1)，经过“与”门后输出为(0)低电压，经过“非”门后输出高电压(1)，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(0)，经过“或”门输出为低电压(0)，经过“非”门输出为高电压(1)，蜂鸣器发出警报，当输入为高电压(1)，经过“或”门输出为高电压(1)，经过“非”门输出为低电压(0)，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。

2．如图2­8­14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。

R t为安全带使用情况检测传感器，驾驶员系好安全带时R t阻值变得很大，驾驶员未系好安全带时R t阻值很小。

要求当驾驶员启动汽车但未系好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2­8­14A．“与”门B．“或”门C．“非”门 D．“与非”门解析：选A 未系安全带时要求蜂鸣器报警，则要求蜂鸣器两端有高电压，即输出端为高电势，蜂鸣器两个输入端已有一个是高电势，另一个输入端的电势高低看R t阻值的大小，未系安全带时R t阻值很小，R t两端的电势差很小，即输入端为高电势，另一输入端已为高电势，此时蜂鸣器报警，知输出端为高电势。

若系安全带，R t阻值大，两端电势差也大，即输入端为低电势，此时蜂鸣器不报警，知输出端为低电势，所以该元件是“与”门。

故A对，B、C、D错误。

1．联合国安理会每个常任理事国都拥有否决权，假设设计一个表决器，常任理事国投反对票时输入“0”，投赞成或弃权时输入“1”，提案通过为“1”，通不过为“0”，则这个表决器应具有哪种逻辑关系( ) A．“与”门B．“非”门C．“或”门 D．“与非”门解析：选A 联合国规定，只要常任理事国有一个反对，提案就不能通过。