学年高中物理人教版选修31教学案第二章 第11节 简单的逻辑电路 含答案Word格式.docx

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某事件的发生有几个条件，但只要有一个条件满足，事件就能发生。

，“≥1”象征当1个或多于1个输入端为1时，输出端就是1。

四、“非”门和集成电路

1．“非”门

（1）逻辑关系：

输出状态和输入状态相反。

（2）符号：

，其中矩形右侧小圆表示数字“0”，它与数字“1”象征着输入端为1时，输出端是0。

（3）真值表

2．集成电路

（1）构成：

将组成电路的元件（如电阻、电容、晶体管等）和连线集成在一块基片上。

（2）优点：

体积小、方便、可靠，适于系列化、标准化生产等。

1．自主思考——判一判

（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。

2．合作探究——议一议

图2111

（1）如图2111，为了方便及节约用电，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。

灯的控制里面有什么逻辑关系呢？

提示：

说明灯的控制里面有“与”逻辑关系。

（2）马路两旁的路灯，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？

“非”逻辑关系。

三种门电路的类比

类型

“与”门

“或”门

“非”门

类比

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0V

B．“1”表示电压为大于或等于1V，“0”表示电压一定为0V

C．“1”和“0”是逻辑关系的两种可能的取值，不表示具体的数字

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

解析：

选C　门电路是用来控制信号的“通过”或“截断”的一种开关电路。

根据指定条件，门电路对输入、输出的因果关系作出判断。

门电路的输入、输出信号都以电位高低来表示。

若把高电位看做有信号，表示某个条件存在或信号能通过，且用符号“1”表示；

把低电位看做无信号，表示某个条件不存在或信号不能通过，用符号“0”表示，这种逻辑关系称为正逻辑。

反之，则称为负逻辑。

在通常情况下不加说明的都指正逻辑。

所以“1”和“0”只是两个符号，是两种变量的两种可能的取值。

C选项正确。

2．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，要完成这个事件（登录成功），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

选A　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。

在登录微信时，只有用户名和对应的密码同时正确才能成功，反映的逻辑关系是Y＝A×

B，所以为“与”逻辑关系。

故选A。

3．如图2112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2112

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”

选B　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。

简单的复合门电路

1．“与非”门

一个“与”门电路和一个“非”门电路组合在一起，组成一个复合门电路，称为“与非”门，如图2113所示。

图2113

其真值表为

A1

B1

Y1

A2

Y2

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2114所示。

图2114

[典例]　如图2115所示，低电位报警器由两个基本门电路与蜂鸣器组成，

图2115

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”

[解析]　由“与门”和“非门”的真值表可知选项A错。

由“或门”和“非门”的真值表可判断，选项B正确。

由“与门”和“或门”的真值表可以判断，选项C错。

由“或门”和“与门”的真值表可判断，选项D错。

[答案]　B

复合门电路真值表的确定方法

1．如果A、B输入分别经过一个“非”门电路，它们各自的输出Y1、Y2又组成一个“与”门电路或“或”门电路，最后输出Y，则Y的值直接取决于Y1、Y2。

2．判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，再判断第二个，依此类推。

1．如图2116是一个三输入端复合门电路，当C端输入“1”时，A、B端

图2116

输入为何值时输出端Y输出“1”（　　）

A．0　0B．0　1

C．1　0D．1　1

选D　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。

2．如图2117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。

图2117

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：

答案：

见解析

1．（多选）在基本逻辑电路中，何种逻辑门电路，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

选AB　当所有输入都为“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对，C、D错。

M

N

2.有一逻辑门电路的真值表如右表所示，试判断这是一个什么类型的逻辑门电路（　　）

A．“与”门B．“非”门

C．“或”门D．“与非”门

选B　由该逻辑门电路的真值表可以看出输出端与输入端是相反的关系，故选B。

3．（多选）“或”门电路的逻辑关系可表示为Y＝A＋B，则下列关于“或”门的逻辑关系中结果正确的是（　　）

A．0＋0＝0B．0＋1＝1

C．1＋0＝1D．1＋1＝0

选ABC　根据“或”门的逻辑关系可知，选项A、B、C均正确。

4．为了保障行驶安全，一种新型双门电动公交车安装了如下控制装置：

只要有一扇门没有关紧，汽车就不能启动。

如果规定：

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。

能正确表示该控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

选A　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，所以该控制装置工作原理的逻辑门是“与”门，故A正确。

5．下表是某逻辑电路的真值表，该电路是（　　）

选D　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.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0B．0和1

C．1和1D．0和0

选C　B、D间是“非”门，当输入信号为“0”时D端输出为“1”，故A、D错误；

D、A共为“与”门的输入端，由“与”门的真值表可知输出端C为“1”，故B错误，C正确。

7．请根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（　　）

选C　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，一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选项正确。

8.如图2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（　　）

图2

A．“1”、“1”B．“0”、“0”

C．“1”、“0”D．“0”、“1”

选B　要使灯L亮，“非”门的输出应该为“1”，故“非”门的输入应为“0”；

故“或”门的两个输入端都应该为“0”。

9．如图3所示的电路图是一个应用“非”门构成一个简易火警报警电路，则图中X框、

图3

Y框中应是（　　）

A．X为热敏电阻，Y为可变电阻

B．X为热敏电阻，Y为开关

C．X为可变电阻，Y为热敏电阻

D．X、Y均为热敏电阻

选C　热敏电阻受热后，电阻减小，A端出现低电位，经过“非”门后使L两端出现高电位，产生报警信号。

10.如图4所示为包含某逻辑电路的一个简单电路图，L为小灯泡。

光照射电阻R′时，其阻值将变得远小于R。

该逻辑电路是______（选填“与”“或”或“非”）门电路。

当电阻R′受到光照时，小灯泡L将________（选填“发光”或“不发光”）。

图4

由门电路简化图可知该逻辑电路是“非”门电路，电阻R′受到光照时，R′远小于R，“非”门电路输入电势降低，输出电势升高，灯泡L两端电压升高，灯泡L发光。

非　发光

11．图5表示输入端A、B的电势随时间的变化关系。

图5　　　　　　　　　　　　　图6

求：

图6中输出Y随时间变化的关系。

A（UA）

B（UB）

由题图可以看出，输出Y是A、B的“与”逻辑关系的输出信号，因此，首先作出A、B、Y的真值表，然后再确定输出Y与时间的变化关系。

A、B、Y的真值表如下：

UY随时间的变化如图所示。

12．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（　　）

选D　B、C选项电路中，当开关断开后，没有电流通过灯泡，故不正确。

A选项电路中，是“与门”电路，两个开关同时断开，灯才发光，不正确。

D选项的电路是“或”门电路，只要有一个断开，灯泡就亮，D正确。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第二章　恒定电流

（时间：

50分钟　满分：

100分）

一、选择题（本题共8小题，每小题6分，共48分，第1～5小题只有一个选项符合题意，第6～8小题有多个选项符合题意，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分）

1．如图1为一逻辑电路。

其真值表中输出端从上到下排列的结果正确的是（　　）

A．0　0　1　0　　　　　B．0　0　1　1

C．1　0　1　0D．0　0　0　1

选A　只有A输入为1，同时B输入为0，与门电路的输入才能均为1，C输出为1。

2．两个用同种材料制成的均匀导体A、B，其质量相同，当它们接入电压相同的电路时，其电流之比IA∶IB＝1∶4，则横截面积之比SA∶SB为（　　）

A．1∶2B．2∶1

C．1∶4D．4∶1

选A　由R＝

可知，在U一定时，I与R成反比，即RA∶RB＝4∶1。

又根据电阻定律R＝ρ

＝ρ

可知，当ρ、V一定时，R∝

，即有

＝

，所以

。

3．某小灯泡的伏安特性曲线如图2中的AB段（曲线）所示，由图可知，灯丝的电阻因温度的影响改变了（　　）

A．5ΩB．10Ω

C．1ΩD．6Ω

选B　由电阻的定义式R＝

知，A点对应灯泡的电阻RA＝

Ω＝30Ω，B点对应灯泡的电阻RB＝

Ω＝40Ω，所以灯丝的电阻改变了10Ω，故B正确。

4．一电流表（表头）并联一个分流电阻后就改装成一个大量程的电流表，当把它和标准电流表串联后去测某电路中的电流时，发现标准电流表读数为1A时，改装电流表的读数为1.1A，稍微偏大一些，为了使它的读数准确，应（　　）

A．在原分流电阻上再并联一个较大的电阻

B．在原分流电阻上再串联一个较小的电阻

C．在原分流电阻上再串联一个较大的电阻

D．在原分流电阻上再并联一个较小的电阻

选A　改装电流表的读数比标准电流表读数稍微偏大一些，说明改装电流表的内阻稍微偏大一些，要使内阻稍微变小一些，需要在原分流电阻上再并联一个较大的电阻，故A正确，B、C、D错误。

5.用多用电表探测图3所示黑箱发现：

用直流电压挡测量，E、G两点间和F、G两点间均有电压，E、F两点间无电压；

用欧姆挡测量，黑表笔（与电表内部电源的正极相连）接E点，红表笔（与电表内部电源的负极相连）接F点，阻值很小，但反接阻值很大。

那么，该黑箱内元件的接法可能是下图中的（　　）

选B　黑表笔接E点，红表笔接F点，电阻很小，此时二极管导通，电源电流从黑表笔流出，通过二极管从红表笔流进，电流方向从E到F，故B正确。

6．锂电池因能量高、环保无污染而广泛使用在手机等电子产品中。

现用充电器为一手机锂电池充电，等效电路如图4所示，充电器电源的输出电压为U，输出电流为I，手机电池的内阻为r，下列说法正确的是（　　）

A．电能转化为化学能的功率为UI－I2r

B．充电器输出的电功率为UI＋I2r

C．电池产生的热功率为I2r

D．充电器的充电效率为

×

100%

选AC　电能转化为化学能的功率为UI－I2r，充电器输出的电功率为UI，选项A正确，选项B错误；

电池产生的热功率为I2r，选项C正确；

充电器的充电效率为

100%，选项D错误。

7．如图5所示，平行金属板中带电质点P原处于静止状态，不考虑电流表和电压表对电路的影响，当滑动变阻器R4的滑片向b端移动时，则（　　）

图5

A．电压表读数减小B．电流表读数减小

C．质点P将向上运动D．R3上消耗的功率减小

选AD　根据电路图，电阻R2与滑动变阻器R4接入电路的部分串联后，再与R3组成并联电路，最后并联部分再与电阻R1串联接入电源两端，电压表测量滑动变阻器R4接入电路部分的电压，电流表测量流过电阻R2的电流，电容器两极板间的电压等于并联部分的电压，当滑动变阻器R4的滑片向b端移动时，变阻器接入电路的电阻变小，并联部分的电阻R并减小，干路电流I增大，并联部分电压U并＝E－I（r＋R1）减小，所以电容器两极板间的电压减小，极板间场强减小，电场力小于重力，质点向下运动，选项C错误；

电阻R3两端电压减小，流过R3的电流I3减小，R3上消耗的功率P3＝I

R3减小，选项D正确；

流过R3的电流I3减小，流过R2的电流I2＝I－I3增大，所以电流表读数增大，选项B错误；

流过R2的电流I2增大，R2两端的电压U2＝I2R2增大，而并联部分的电阻R并减小，所以，滑动变阻器R4接入电路部分的电压U4＝U并－U2减小，选项A正确。

8.如图6所示，当滑动变阻器R3的滑动片向右移动时，两电压表示数变化的绝对值分别是ΔU1和ΔU2，则下列结论正确的是（　　）

图6

A．ΔU1＞ΔU2

B．电阻R1的功率先增大后减小

C．电阻R2的功率一定增大

D．电源的输出功率先增大后减小

选AC　因为滑片右移，R3变小，总电阻变小，干路电流增大，内电压增大，路端电压变小，即V1的示数变小，V2的示数变大，所以V1变小的部分应该等于V2增大的部分加上内阻的电压增大的值，即ΔU1＞ΔU2，故A正确。

由A分析知，干路电流增大，所以通过R2的电流变大，即功率增大；

V1的示数变小，即通过R1的电流减小，所以R1的功率变小，故B错误。

由B分析知，干路电流增大，所以通过R2的电流变大，电阻R2的功率一定增大，C正确。

利用结论当外电阻等于内阻时，电源的输出功率最大；

当滑片右移动时，总电阻减小，但无法判断外电阻与内阻的关系，所以电源的输出功率无法判断，故D错误。

二、实验题（本题共2小题，共20分）

9．（8分）在“描述小灯泡的伏安特性曲线”实验中，需要用伏安法测定小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流，除开关、导线外，还有如下器材：

A．小灯泡“6V　3W”

B．直流电源6～8V

C．电流表（量程3A，内阻0.2Ω）

D．电流表（量程0.6A，内阻1Ω）

E．电压表（量程6V，内阻20kΩ）

F．电压表（量程20V，内阻60kΩ）

G．滑动变阻器（0～20Ω、2A）

H．滑动变阻器（0～1kΩ、0.5A）

（1）把实验所用到的器材按字母的先后顺序填入空中：

____________。

（2）在下面的虚线框内画出最合理的实验原理图。

（1）灯泡额定电流I＝

＝0.5A，电流表应选D；

灯泡额定电压6V，电压表应选E；

为方便实验操作，滑动变阻器应选G。

（2）描绘灯泡伏安特性曲线实验中滑动变阻器应采用分压接法；

灯泡正常工作时电阻为R＝

＝12Ω，

＝12，

≈1666.7，

＞

，电流表应采用外接法，实验电路图如图所示。

（1）ABDEG　

（2）见解析图

10．（12分）某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池。

该同学想测量一下这个电池的电动势E和内阻r，但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱（最大阻值为999.9Ω，可当标准电阻用）、一个电流表（量程Ig＝0.6A，内阻rg＝0.1Ω）和若干导线。

（1）请根据测定电动势E和内阻r的要求，设计图7中器件的连接方式，画线把它们连接起来。

图7

（2）接通开关，逐次改变电阻箱的阻值R，读出与R对应的电流表的示数I，并作记录。

当电阻箱的阻值R＝2.6Ω时，其对应的电流表的示数如图8所示。

处理实验数据时，首先计算出每个电流值I的倒数

，再制作R

坐标图，如图9所示。

图中已标注出了（

，R）的几个与测量对应的坐标点，请你将与图8所示实验数据对应的坐标点也标注在图上。

图8

图9

（3）在图上把描绘出的坐标点连成图线。

（4）根据图中描绘出的图线可得出这个电池的电动势E＝________V，内阻r＝________Ω。

（1）先设计实验电路图，然后根据电路图连线。

由闭合电路欧姆定律得E＝I（R＋r＋rg），故只要知道两组外电阻和电流值，就可以求出电池的电动势和内阻。

因此，直接将电阻箱和电流表串联在电路中即可。

（2）由电流表示数可读出此时电流为0.50A，则坐标为（2,2.6），在坐标纸上描出该点。

（3）剔除明显有误差的点，将其他点用直线连接起来，使较多的点落在直线上，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧。

（4）由E＝I（R＋r＋rg）得R＝

－（r＋rg），由此式可知，外电阻和电流的倒数呈线性关系。

将图中的直线延长，与纵坐标轴的交点的纵坐标值为－（r＋rg）＝－0.4Ω，则内阻r＝0.4Ω－rg＝0.3Ω，直线的斜率k＝E＝

V＝1.5V。

（1）

（2）

（3）如图所示

（4）1.5（1.46～1.54）　0.3（0.25～0.35）

三、计算题（本题共2小题，共32分）

11．（14分）一个允许通过最大电流为2A的电源和一个滑动变阻器，接成如图10甲所示的电路。

滑动变阻器最大阻值为R0＝22Ω，电源路端电压U随外电阻R变化的规律如图乙所示，图中U＝12V的直线为图线的渐近线，试求：

图10

（1）电源电动势E和内阻r；

（2）A、B空载时输出电压的范围；

（3）若要保证滑动变阻器的滑片任意滑动时，干路电流不能超过2A，A、B两端所接负载电阻至少多大。

（1）由乙图可知，当R→∞时，E＝12V，而当U＝6V时，应有r＝R＝2Ω。

（2）当滑片滑至上端时，UAB最大Umax＝

E＝11V当滑片滑至下端时，UAB为零，因此，A、B空载时输出电压范围为0～11V。

（3）A、B两端接某一负载电阻后，滑动变阻器滑片移至上端时，干路电流最大。

此时I＝

，为了电源不过载，应保证I≤2A，代入数据得Rx≥4.9Ω，即所接负载电阻最小值为4.9Ω。

（1）12V　2Ω　

（2）0～11V　（3）4.9

12．（18分）如图11所示，光滑绝缘斜面高度h＝0.45m，斜面底端与光滑绝缘水平轨道圆弧