2019-2020年高中物理（SWSJ）人教版選修3-1教學案：第二章 第11節(jié) 簡單的邏輯電路 含答案.doc

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2019-2020年高中物理（SWSJ）人教版選修3-1教學案：第二章 第11節(jié) 簡單的邏輯電路 含答案1.處理數字信號的電路稱為數字電路。2邏輯電路是指具有邏輯功能的數字電路，基本的邏輯電路有“與”、“或”、“非”三種門電路。3在邏輯運算中，可用真值表表示各種控制條件和控制結果；在真值表中，用邏輯值“1”表示滿足條件(或有信號輸入)，用邏輯值“0”表示條件不滿足(或沒有信號輸入)，對于輸出，用“1”表示產生結果(或有信號輸出)，用“0”表示沒有產生結果(或沒有信號輸出)。一、門電路1數字信號變化的兩個狀態(tài)“有”或者“沒有”。2數字電路(1)概念：處理數字信號的電路。(2)功能：研究電路的邏輯功能。3“門”就是一種開關，在一定條件下它允許信號通過；如果條件不滿足，信號就被阻擋在“門”外。二、“與”門1“與”邏輯關系一個事件的幾個條件都滿足后該事件才能發(fā)生。2符號，其中“&”具有“與”的意思，象征A與B兩個輸入端都是1時，輸出端Y才是1。“1”、“0”是邏輯關系中的兩種取值，不表示具體數字。3真值表輸入輸出ABY000010100111三、“或”門1邏輯關系某事件的發(fā)生有幾個條件，但只要有一個條件滿足，事件就能發(fā)生。2符號，“1”象征當1個或多于1個輸入端為1時，輸出端就是1。3真值表輸入輸出ABY000011101111四、“非”門和集成電路1“非”門(1)邏輯關系：輸出狀態(tài)和輸入狀態(tài)相反。(2)符號：，其中矩形右側小圓表示數字“0”，它與數字“1”象征著輸入端為1時，輸出端是0。(3)真值表輸入輸出AY01102集成電路(1)構成：將組成電路的元件(如電阻、電容、晶體管等)和連線集成在一塊基片上。(2)優(yōu)點：體積小、方便、可靠，適于系列化、標準化生產等。1自主思考判一判(1)“與”門電路中，只有A、B兩個輸入端都是“0”時，輸出端才是“1”。()(2)“與”門電路中，A、B兩個輸入端中只要有其中一個為“1”，輸出端就為“1”。()(3)輸入端為“1”時輸出端是“0”的門電路就是“或”門。()(4)兩個輸入端都為“1”時，輸出端為“1”的門電路就是“與”門。()2合作探究議一議圖2111(1)如圖2111，為了方便及節(jié)約用電，宿舍樓樓道里安裝有聲光控燈，這種燈在有光或沒有聲音時，不亮；而在無光又有聲音時，燈就會自動點亮。燈的控制里面有什么邏輯關系呢？提示：說明燈的控制里面有“與”邏輯關系。(2)馬路兩旁的路燈，天黑了，路燈自動接通，天亮了，路燈又自動熄滅，它體現了什么邏輯關系？提示：“非”邏輯關系。三種門電路的類比類型“與”門“或”門“非”門類比1邏輯電路的信號有兩種狀態(tài)：一是高電位狀態(tài)，用“1”表示；另一種是低電位狀態(tài)，用“0”表示，關于這里的“1”和“0”，下列說法中正確的是()A“1”表示電壓為1 V，“0”表示電壓為0 VB“1”表示電壓為大于或等于1 V，“0”表示電壓一定為0 VC“1”和“0”是邏輯關系的兩種可能的取值，不表示具體的數字D“1”表示該點與電源正極相連，“0”表示該點與電源負極相連解析：選C門電路是用來控制信號的“通過”或“截斷”的一種開關電路。根據指定條件，門電路對輸入、輸出的因果關系作出判斷。門電路的輸入、輸出信號都以電位高低來表示。若把高電位看做有信號，表示某個條件存在或信號能通過，且用符號“1”表示；把低電位看做無信號，表示某個條件不存在或信號不能通過，用符號“0”表示，這種邏輯關系稱為正邏輯。反之，則稱為負邏輯。在通常情況下不加說明的都指正邏輯。所以“1”和“0”只是兩個符號，是兩種變量的兩種可能的取值。C選項正確。2在登錄你的微信(或QQ)的過程中，要有兩個條件，一個是用戶名，一個是與用戶名對應的密碼，要完成這個事件(登錄成功)，它們所體現的邏輯關系為()A“與”關系B“或”關系C“非”關系 D不存在邏輯關系解析：選A當幾個條件同時具備才能出現某一結果時，這些條件與結果之間的關系稱為“與”邏輯關系。在登錄微信時，只有用戶名和對應的密碼同時正確才能成功，反映的邏輯關系是YAB，所以為“與”邏輯關系。故選A。3如圖2112所示為三個基本邏輯電路的符號，A輸入端全為“1”，B輸入端全為“0”。以下判斷正確的是()圖2112A甲為“非”邏輯電路符號，輸出為“1”B乙為“或”邏輯電路符號，輸出為“1”C乙為“與”邏輯電路符號，輸出為“0”D丙為“與”邏輯電路符號，輸出為“1”解析：選B根據門電路的符號特點可知，甲為“非”邏輯電路符號，A輸入端為1時，輸出為“0”，A錯；乙為“或”邏輯電路符號，A輸入端為“1”，B輸入端為“0”時，輸出為“1”，B對，C錯；丙為“與”邏輯電路符號，A輸入端為“1”，B輸入端為“0”時，輸出為“0”，D錯。簡單的復合門電路1“與非”門一個“與”門電路和一個“非”門電路組合在一起，組成一個復合門電路，稱為“與非”門，如圖2113所示。圖2113其真值表為輸入輸出輸入輸出A1B1Y1A2Y2000010100110001111102“或非”門一個“或”門電路和一個“非”門電路組合在一起，組成一個“或非”門，如圖2114所示。圖2114其真值表為輸入輸出輸入輸出A1B1Y1A2Y200001011101011011110典例如圖2115所示，低電位報警器由兩個基本門電路與蜂鳴器組成，圖2115該報警器只有當輸入電壓過低時蜂鳴器才會發(fā)出警報。其中()A甲是“與門”，乙是“非門”B甲是“或門”，乙是“非門”C甲是“與門”，乙是“或門”D甲是“或門”，乙是“與門”解析由“與門”和“非門”的真值表可知選項A錯。由“或門”和“非門”的真值表可判斷，選項B正確。由“與門”和“或門”的真值表可以判斷，選項C錯。由“或門”和“與門”的真值表可判斷，選項D錯。答案B復合門電路真值表的確定方法1如果A、B輸入分別經過一個“非”門電路，它們各自的輸出Y1、Y2又組成一個“與”門電路或“或”門電路，最后輸出Y，則Y的值直接取決于Y1、Y2。2判斷復合門電路的最終輸出結果時，分析思路一般是“從前向后”，先分析第一個門電路的輸出結果，再判斷第二個，依此類推。 1如圖2116是一個三輸入端復合門電路，當C端輸入“1”時，A、B端圖2116輸入為何值時輸出端Y輸出“1”()A00 B01C10 D11解析：選D此復合門電路由兩個“與門”組成，故A、B輸入都是“1”時，Y輸出“1”，故D正確。2如圖2117所示為兩個“非”門和一個“或”門組成的復合門電路，請在表中填寫該門電路的真值表。圖2117輸入輸出ABY解析：由“非”門電路和“或”門電路的真值表可以確定此復合門電路的真值表如表所示：輸入輸出ABY001101011110答案：見解析1(多選)在基本邏輯電路中，何種邏輯門電路，當所有輸入均為“0”時，輸出不是“1”()A“與”門電路B“或”門電路C“非”門電路 D都不可能解析：選AB當所有輸入都為“0”時，“與”門電路輸出為“0”，“或”門電路輸出為“0”，“非”門電路輸出為“1”，A、B對，C、D錯。M01N102.有一邏輯門電路的真值表如右表所示，試判斷這是一個什么類型的邏輯門電路()A“與”門 B“非”門C“或”門 D“與非”門解析：選B由該邏輯門電路的真值表可以看出輸出端與輸入端是相反的關系，故選B。3(多選)“或”門電路的邏輯關系可表示為YAB，則下列關于“或”門的邏輯關系中結果正確的是()A000 B011C101 D110解析：選ABC根據“或”門的邏輯關系可知，選項A、B、C均正確。4為了保障行駛安全，一種新型雙門電動公交車安裝了如下控制裝置：只要有一扇門沒有關緊，汽車就不能啟動。如果規(guī)定：車門關緊時為“1”，未關緊時為“0”；當輸出信號為“1”時，汽車可以正常啟動行駛，當輸出信號為“0”時，汽車不能啟動。能正確表示該控制裝置工作原理的邏輯門是()A“與”門 B“或”門C“非”門 D“與非”門解析：選A由題意知只要有一扇門沒有關緊，汽車就不能啟動，也就是說只有兩扇門都關緊，汽車才能正常啟動，所以該控制裝置工作原理的邏輯門是“與”門，故A正確。5下表是某邏輯電路的真值表，該電路是()輸入輸出001011101110解析：選D根據該邏輯電路的真值表可以判斷，該門電路是一個“與”門電路和一個“非”門電路的組合，選項D正確。6.在如圖1所示的邏輯電路中，當A端輸入電信號“1”、B端輸入電信號“0”時，則在C和D端輸出的電信號分別為()圖1A1和0 B0和1C1和1 D0和0解析：選CB、D間是“非”門，當輸入信號為“0”時D端輸出為“1”，故A、D錯誤；D、A共為“與”門的輸入端，由“與”門的真值表可知輸出端C為“1”，故B錯誤，C正確。7請根據下面所列的真值表，從四幅圖中選出與之相對應的一個門電路()輸入輸出ABY001010100110解析：選C從真值表可看出不是單一的“與”“或”關系，更不是單一的“非”關系，一定對應一個復合門電路，從真值表分析可得應為“或非”復合門電路，C選項正確。8.如圖2所示由門電路組成的電路，輸出端為“1”，指示燈L亮，輸出端為“0”，指示燈L不亮，現要使燈L亮，則A、B兩輸入端分別是()圖2A“1”、“1” B“0”、“0”C“1”、“0” D“0”、“1”解析：選B要使燈L亮，“非”門的輸出應該為“1”，故“非”門的輸入應為“0”；故“或”門的兩個輸入端都應該為“0”。9如圖3所示的電路圖是一個應用“非”門構成一個簡易火警報警電路，則圖中X框、圖3Y框中應是()AX為熱敏電阻，Y為可變電阻BX為熱敏電阻，Y為開關CX為可變電阻，Y為熱敏電阻DX、Y均為熱敏電阻解析：選C熱敏電阻受熱后，電阻減小，A端出現低電位，經過“非”門后使L兩端出現高電位，產生報警信號。10.如圖4所示為包含某邏輯電路的一個簡單電路圖，L為小燈泡。光照射電阻R時，其阻值將變得遠小于R。該邏輯電路是_(選填“與”“或”或“非”)門電路。當電阻R受到光照時，小燈泡L將_(選填“發(fā)光”或“不發(fā)光”)。圖4解析：由門電路簡化圖可知該邏輯電路是“非”門電路，電阻R受到光照時，R遠小于R，“非”門電路輸入電勢降低，輸出電勢升高，燈泡L兩端電壓升高，燈泡L發(fā)光。答案：非發(fā)光11圖5表示輸入端A、B的電勢隨時間的變化關系。圖5圖6求：圖6中輸出Y隨時間變化的關系。A(UA)B(UB)Y111100010111000111010010100解析：由題圖可以看出，輸出Y是A、B的“與”邏輯關系的輸出信號，因此，首先作出A、B、Y的真值表，然后再確定輸出Y與時間的變化關系。A、B、Y的真值表如下：答案：UY隨時間的變化如圖所示。12在車門報警電路中，兩個按鈕開關分別裝在汽車的兩扇門上，只要有開關處于斷開狀態(tài)，報警燈就發(fā)光。能實現此功能的電路是()解析：選DB、C選項電路中，當開關斷開后，沒有電流通過燈泡，故不正確。A選項電路中，是“與門”電路，兩個開關同時斷開，燈才發(fā)光，不正確。D選項的電路是“或”門電路，只要有一個斷開，燈泡就亮，D正確。第二章恒定電流(時間：50分鐘滿分：100分)一、選擇題(本題共8小題，每小題6分，共48分，第15小題只有一個選項符合題意，第68小題有多個選項符合題意，全選對的得6分，選對但不全的得3分，有選錯的得0分)1如圖1為一邏輯電路。其真值表中輸出端從上到下排列的結果正確的是()圖1輸入輸出00011011A0010B0011C1010 D0001解析：選A只有A輸入為1，同時B輸入為0，與門電路的輸入才能均為1，C輸出為1。2兩個用同種材料制成的均勻導體A、B，其質量相同，當它們接入電壓相同的電路時，其電流之比IAIB14，則橫截面積之比SASB為()A12 B21C14 D41解析：選A由R可知，在U一定時，I與R成反比，即RARB41。又根據電阻定律R可知，當、V一定時，R，即有，所以。3某小燈泡的伏安特性曲線如圖2中的AB段(曲線)所示，由圖可知，燈絲的電阻因溫度的影響改變了()圖2A5 B10 C1 D6 解析：選B由電阻的定義式R知，A點對應燈泡的電阻RA 30 ，B點對應燈泡的電阻RB 40 ，所以燈絲的電阻改變了10 ，故B正確。4一電流表(表頭)并聯一個分流電阻后就改裝成一個大量程的電流表，當把它和標準電流表串聯后去測某電路中的電流時，發(fā)現標準電流表讀數為1 A時，改裝電流表的讀數為1.1 A，稍微偏大一些，為了使它的讀數準確，應()A在原分流電阻上再并聯一個較大的電阻B在原分流電阻上再串聯一個較小的電阻C在原分流電阻上再串聯一個較大的電阻D在原分流電阻上再并聯一個較小的電阻解析：選A改裝電流表的讀數比標準電流表讀數稍微偏大一些，說明改裝電流表的內阻稍微偏大一些，要使內阻稍微變小一些，需要在原分流電阻上再并聯一個較大的電阻，故A正確，B、C、D錯誤。5.用多用電表探測圖3所示黑箱發(fā)現：用直流電壓擋測量，E、G兩點間和F、G兩點間均有電壓，E、F兩點間無電壓；用歐姆擋測量，黑表筆(與電表內部電源的正極相連)接E點，紅表筆(與電表內部電源的負極相連)接F點，阻值很小，但反接阻值很大。那么，該黑箱內元件的接法可能是下圖中的()圖3解析：選B黑表筆接E點，紅表筆接F點，電阻很小，此時二極管導通，電源電流從黑表筆流出，通過二極管從紅表筆流進，電流方向從E到F，故B正確。6鋰電池因能量高、環(huán)保無污染而廣泛使用在手機等電子產品中。現用充電器為一手機鋰電池充電，等效電路如圖4所示，充電器電源的輸出電壓為U，輸出電流為I，手機電池的內阻為r，下列說法正確的是()圖4A電能轉化為化學能的功率為UII2rB充電器輸出的電功率為UII2rC電池產生的熱功率為I2rD充電器的充電效率為100%解析：選AC電能轉化為化學能的功率為UII2r，充電器輸出的電功率為UI，選項A正確，選項B錯誤；電池產生的熱功率為I2r，選項C正確；充電器的充電效率為100%，選項D錯誤。7如圖5所示，平行金屬板中帶電質點P原處于靜止狀態(tài)，不考慮電流表和電壓表對電路的影響，當滑動變阻器R4的滑片向b端移動時，則()圖5A電壓表讀數減小 B電流表讀數減小C質點P將向上運動 DR3上消耗的功率減小解析：選AD根據電路圖，電阻R2與滑動變阻器R4接入電路的部分串聯后，再與R3組成并聯電路，最后并聯部分再與電阻R1串聯接入電源兩端，電壓表測量滑動變阻器R4接入電路部分的電壓，電流表測量流過電阻R2的電流，電容器兩極板間的電壓等于并聯部分的電壓，當滑動變阻器R4的滑片向b端移動時，變阻器接入電路的電阻變小，并聯部分的電阻R并減小，干路電流I增大，并聯部分電壓U并EI(rR1)減小，所以電容器兩極板間的電壓減小，極板間場強減小，電場力小于重力，質點向下運動，選項C錯誤；電阻R3兩端電壓減小，流過R3的電流I3減小，R3上消耗的功率P3IR3減小，選項D正確；流過R3的電流I3減小，流過R2的電流I2II3增大，所以電流表讀數增大，選項B錯誤；流過R2的電流I2增大，R2兩端的電壓U2I2R2增大，而并聯部分的電阻R并減小，所以，滑動變阻器R4接入電路部分的電壓U4U并U2減小，選項A正確。8.如圖6所示，當滑動變阻器R3的滑動片向右移動時，兩電壓表示數變化的絕對值分別是U1和U2，則下列結論正確的是()圖6AU1U2B電阻R1的功率先增大后減小C電阻R2的功率一定增大D電源的輸出功率先增大后減小解析：選AC因為滑片右移，R3變小，總電阻變小，干路電流增大，內電壓增大，路端電壓變小，即V1的示數變小，V2的示數變大，所以V1變小的部分應該等于V2增大的部分加上內阻的電壓增大的值，即U1U2，故A正確。由A分析知，干路電流增大，所以通過R2的電流變大，即功率增大；V1的示數變小，即通過R1的電流減小，所以R1的功率變小，故B錯誤。由B分析知，干路電流增大，所以通過R2的電流變大，電阻R2的功率一定增大，C正確。利用結論當外電阻等于內阻時，電源的輸出功率最大；當滑片右移動時，總電阻減小，但無法判斷外電阻與內阻的關系，所以電源的輸出功率無法判斷，故D錯誤。二、實驗題(本題共2小題，共20分)9(8分)在“描述小燈泡的伏安特性曲線”實驗中，需要用伏安法測定小燈泡兩端的電壓和通過小燈泡的電流，除開關、導線外，還有如下器材：A小燈泡“6 V3 W”B直流電源68 VC電流表(量程3 A，內阻0.2 )D電流表(量程0.6 A，內阻1 )E電壓表(量程6 V，內阻20 k)F電壓表(量程20 V，內阻60 k)G滑動變阻器(020 、2 A)H滑動變阻器(01 k、0.5 A)(1)把實驗所用到的器材按字母的先后順序填入空中：_。(2)在下面的虛線框內畫出最合理的實驗原理圖。解析：(1)燈泡額定電流I0.5 A，電流表應選D；燈泡額定電壓6 V，電壓表應選E；為方便實驗操作，滑動變阻器應選G。(2)描繪燈泡伏安特性曲線實驗中滑動變阻器應采用分壓接法；燈泡正常工作時電阻為R12 ，12，1666.7，電流表應采用外接法，實驗電路圖如圖所示。答案：(1)ABDEG(2)見解析圖10(12分)某同學通過查找資料自己動手制作了一個電池。該同學想測量一下這個電池的電動勢E和內阻r，但是從實驗室只借到一個開關、一個電阻箱(最大阻值為999.9 ，可當標準電阻用)、一個電流表(量程Ig0.6 A，內阻rg0.1 )和若干導線。(1)請根據測定電動勢E和內阻r的要求，設計圖7中器件的連接方式，畫線把它們連接起來。圖7(2)接通開關，逐次改變電阻箱的阻值R，讀出與R對應的電流表的示數I，并作記錄。當電阻箱的阻值R2.6 時，其對應的電流表的示數如圖8所示。處理實驗數據時，首先計算出每個電流值I的倒數，再制作R坐標圖，如圖9所示。圖中已標注出了(，R)的幾個與測量對應的坐標點，請你將與圖8所示實驗數據對應的坐標點也標注在圖上。圖8圖9(3)在圖上把描繪出的坐標點連成圖線。(4)根據圖中描繪出的圖線可得出這個電池的電動勢E_V，內阻r_。解析：(1)先設計實驗電路圖，然后根據電路圖連線。由閉合電路歐姆定律得EI(Rrrg)，故只要知道兩組外電阻和電流值，就可以求出電池的電動勢和內阻。因此，直接將電阻箱和電流表串聯在電路中即可。(2)由電流表示數可讀出此時電流為0.50 A，則坐標為(2,2.6)，在坐標紙上描出該點。(3)剔除明顯有誤差的點，將其他點用直線連接起來，使較多的點落在直線上，不在直線上的點均勻分布在直線的兩側。(4)由EI(Rrrg)得R(rrg)，由此式可知，外電阻和電流的倒數呈線性關系。將圖中的直線延長，與縱坐標軸的交點的縱坐標值為(rrg)0.4 ，則內阻r0.4 rg0.3 ，直線的斜率kE V1.5 V。答案：(1)(2)(3)如圖所示(4)1.5(1.461.54)0.3(0.250.35)三、計算題(本題共2小題，共32分)11(14分)一個允許通過最大電流為2 A的電源和一個滑動變阻器，接成如圖10甲所示的電路?；瑒幼冏杵髯畲笞柚禐镽022 ，電源路端電壓U隨外電阻R變化的規(guī)律如圖乙所示，圖中U12 V的直線為圖線的漸近線，試求：圖10(1)電源電動勢E和內阻r；(2)A、B空載時輸出電壓的范圍；(3)若要保證滑動變阻器的滑片任意滑動時，干路電流不能超過2 A，A、B兩端所接負載電阻至少多大。解析：(1)由乙圖可知，當R時，E12 V，而當U6 V時，應有rR2 。(2)當滑片滑至上端時，UAB最大UmaxE11 V當滑片滑至下端時，UAB為零，因此，A、B空載時輸出電壓范圍為011 V。(3)A、B兩端接某一負載電阻后，滑動變阻器滑片移至上端時，干路電流最大。此時I，為了電源不過載，應保證I2 A，代入數據得Rx4.9 ，即所接負載電阻最小值為4.9 。答案：(1)12 V2 (2)011 V(3)4.912(18分)如圖11所示，光滑絕緣斜面高度h0.45 m，斜面底端與光滑絕緣水平軌道圓弧連接，水平軌道邊緣緊靠平行板中心軸線。平行板和三個電阻構成如圖所示電路，平行板板長為l0.9 m，板間距離d0.6 m，R13 ，R23 ， R36 。可以看為質點的帶電小球，電量q0.01 C，質量m0.03 kg，從斜面頂端靜止下滑。圖11(1)若S1、S2均斷開，小球剛好沿平行板中心軸線做直線運動，求電源電動勢E。(2)若S1斷開，S2閉合，小球離開平行板右邊緣時，速度偏向角tan ，求電源內阻r。(3)若S1、S2均閉合，判斷小球能否飛出平行板？解答：(1)小球下滑過程機械能守恒，由機械能守恒定律得：mghmv，解得：v03 m/s，對S1、S2均斷開時，極板電勢差即為電源電動勢E，由平衡條件得：mgq，解得：E18 V。(2)當S1斷開，S2閉合時，帶電小球做類平拋運動，水平方向：lv0t，豎直方向分速度：vyat，vyv0tan ，對帶電小球，由牛頓第二定律得：mgqE1ma1，其中：UCE1d，代入數據解得：a14 m/s2，E118 N/C，UC10.8 V，當S1斷開，S2閉合時，R1與R3串聯，電容器與R3并聯，電容器兩端電壓：UCUR3由部分電路歐姆定律：UR3I1R3由閉合電路歐姆定律：EI1(R1R3r)代入數據解得：r1 。(3)當S1、S2均閉合時，R2與R3并聯，并聯電阻：R23 2 ，電路電流：I2 A3 A，電壓：U2I2R236 V，對小球，由牛頓第二定律得：mgqE2ma2，其中電壓：U2E2d，聯立求解：a2 m/s2對帶電小球類平拋運動分析，有：lv0t，yat2聯立求解：y0.3 m，y0.3 m，帶電小球恰好從右側極板邊緣飛出。答案：(1)18 V(2)1 (3)能飛出