2019-2020年高中物理 2.10《简单的逻辑电路》教案（粤教版选修3-1）.doc

2019-2020年高中物理 2.10简单的逻辑电路教案（粤教版选修3-1）一、 课 题：简单的逻辑电路 二、教学目标：知识和技能：1、知道数字电路和模拟电路的概念，了解数字电路的优点。2、知道“与”门、“或”门以及“非”门电路的特征、逻辑关系及表示法。3、初步了解“与”门、“或”门以及“非”门电路在实际问题中的应用。过程与方法：以实验教学为主体的媒体教学为辅的课堂教学模式；以对比教学为主线、联系生活实际为辅线开展课堂教学活动。情感、态度和价值观：感受数字技术对现代生活的巨大改变；体验物理知识与实践的紧密联系。三、教学重、难点：三种门电路的逻辑关系以及门电路的实际应用。四、教学过程：演示实验引入课题火警报警装置用火柴点燃放在图示位置，结果听到喇叭鸣叫。问：1、为什么会有这样的实验现象？2、中间的“黑盒子”是什么元件？实验装置图：点燃的火柴我们今天的这节课就是要来探究实验现象产生的原因以及“黑盒子”里的元件。为此让我们从稳恒电路的模拟世界进入实用的数字世界。一、数字电路和模拟电路电子电路中的信号：1、模拟信号：幅度随时间连续变化的信号例：正弦波信号、锯齿波信号等。2、数字信号：幅度不随时间连续变化,而是跳跃变化阅读材料（见附页）引：数字电路的基本单元是逻辑电路,逻辑电路中最基本的电路叫做 “门” 电路, （门电路是一种有一个或多个输入端，只有一个输出端的开关电路，是数字电路的基本单元。门电路就像一扇门，当具备开门条件时，输出端就有一个信号输出；反之，门关闭）。它们在工作时输入端和输出端的电势只有两种情况:一种为高电势 (如12V)，另一种为低电势(如0V), 电路工作好像处在一种 “是”和“非”的判断之中 ，因此叫做逻辑电路。首先来认识一下逻辑电路的种类：二、逻辑电路的种类“与”门、“或”门、“非”门以及“与非”门、“或非”门和“异或”门（符号略）今天我们主要的任务是了解“与”门、“或”门和“非”门的特点及其应用。三、逻辑电路的特点1、“与”逻辑电路（and）演示实验 （利用积件模拟教材演示实验）这是一个搭积木的过程，教师在电脑屏幕上将积木（元件）准备好，学生上讲台操作鼠标，按下其中任意一个Toggle Switch(键)，LED（灯）不亮；当按下两个Toggle Switch(键)，LED（灯）亮。此时记录实验现象：条 件结 果开关A开关B灯泡L断断熄断通熄通断熄通通亮积件简图：AY电路图：引：上述实验现象的描述能否简单化呢？用数学语言描述表中的关系，就是：开关接通定义为“1”，断开定义为“0”，灯亮定义为“1”，熄定义为“0”。这样表格可以简化为：（2） 真值表输 入结 果ABY000010100111引：根据真值表归纳得出“与”逻辑的含义。（1）含义：与逻辑：决定事件发生的各条件中，所有条件都具备，事件才会发生（成立）想想在实际生活中有没有“与”逻辑关系？如：为了保险柜的安全，安装了三把锁，那么只有当这三把锁同时被打开时保险柜才可以打开，充分体现了“与”逻辑关系。AYB&在模拟电路中我们可以相应的符号来表示元件，如：电灯- ,电阻- 等。那么现在“与”门有没有相应的符号呢？（3）符号：引：能否还用电脑积件来演示“与”门的逻辑关系演示1：按下其中任意一个Toggle Switch(键)，LED（灯）不亮演示2：按下两个Toggle Switch(键)，LED（灯）亮这样的演示对于简单电路我们都认为是可信的，但对于我们刚刚认识的“与”门电路你们不觉得怀疑吗？下面我们来看真实的演示实验：演示：晶体二极管“与”门电路让学生真正了解“与”门电路的内部。电路图：ABYR1 01 0用电器实验装置图：分析左边电路图虚线框内电路特点，即“与”门电路的内部结构，当A或B接低电位（0）时，其中的一个二极管导通，用电器两端没有电压，不工作；只有当A和B都接高电位（1）时，两个二极管都处于截止，用电器两端获得电压，用电器能正常工作。利用实验图进行实际操作，教师演示灯泡的亮、暗过程，学生演示喇叭、风扇的工作情况，学生能够通过实验感知“与”门电路的逻辑关系，有利于对知识的掌握。引：“与”门电路的逻辑关系清楚了，实际应用也体会了，运用刚才的思路我们继续来学习“或”逻辑电路。2、“或”逻辑电路（or）简单讲解教材演示实验，得出实验现象:条 件结 果开关A开关B灯泡L断断熄断通亮通断亮通通亮ABL电路图：引：上述实验现象的描述同样可以用数学语言来进行简化。由此可以得到“或”门的真值表 。（2）真值表输 入结 果ABY000010100111引：根据真值表归纳得出或逻辑的含义。（1）含义：或逻辑：决定事件发生的各条件中，有一个或一个以上的条件具备，事件就会发生（成立）“或”逻辑关系在实际生活中有吗？如：我们同学的集体宿舍，每个同学都配有钥匙，无论谁开门都能够进入宿舍。AYB1（3）符号：引：在清楚了基本知识之后，我们也来进行演示实验，体会“或”门的逻辑关系。演示：晶体二极管“或”门电路电路图：B1 01 0用电器AYR实验装置图：分析左边电路图虚线框内电路特点，即“或”门电路的内部结构，当A和B接低电位（0）时，二极管截止，用电器两端没有电压，不工作；当A或B接高电位（1）时，就有一个二极管导通，用电器两端即获得电压，用电器能正常工作。该实验由学生来分析和操作，课堂互动效果很好，另外实验现象比较明显，课堂气氛可以调节。引：对于“非”门电路的学习我想请学生仔细阅读教材，并根据前面知识得出相应内容：3、“非”逻辑电路（not）讲解教材演示实验，得出实验现象:条件结 果开关A灯泡L断亮通暗电路图：AY引：上述实验现象的描述同样可以用数学语言来进行简化。由此可以得到“非”门的真值表 。（2）真值表条件结 果AY0110引：根据真值表归纳得出“非”逻辑的含义。（1）含义：非逻辑：决定事件发生的条件只有一个，条件不具备时事件发生（成立），条件具备时事件不发生。AY1（3）符号强调符号与前面两个符号的不同点引：三个门电路的知识我们学了，下面我们回到本节课的开始：火警报警演示实验。进入例题一例题1、如图，一个火警报警装置的逻辑电路图。Rt是一个热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，R是一个阻值较小的分压电阻。（1）要做到低温时电铃不响，火警时产生高温，电铃响起。在图中虚线处应接入怎样的元件？（2）为什么温度高时电铃会被接通？（3）为了提高该电路的灵敏度，即报警稳定调的稍底些，R的值应大一些还是小一些？火警报警装置RXRt+5V电铃0VPD电路图：分析：略。利用实验器材进行演示，并揭开本节课开始引入的实验中黑盒子原来是“非”门元件。其中的第三小问题作为科学探究的第一个作业题。例题2、某同学设计了一个路灯自动控制门电路，天黑了，让路灯自动接通，天亮了，让路灯自动熄灭。图中RG是一个光敏电阻，当有光线照射时，光敏电阻的阻值会显著地减小。R是可调电阻，起分压作用。J为路灯总开关控制继电器。1、请在虚线框内填入需要的门电路.2、如果路灯开关自动接通时天色还比较亮，现要调节自动控制装置，使得它在天色较暗时才会自动接通开关，应如何调节R？说明道理。电路图：自然光模拟路灯 RRGJ分析：略。利用实验器材让学生进行操作，用手电筒来控制光敏电阻，感受路灯的自动控制情况。其中的第二小问题作为科学探究的第二个作业题。四、基本逻辑关系的扩展学生参阅教材“问题与练习”第四小题与逻辑电路的种类相呼应五、集成门电路介绍“科学漫步”，并讲述集成电路在科技、生活中的广泛应用阅读材料（见附页）布置第三个科学探究课题：集成电路的历史、现在以及未来。总结全课内容，布置作业：问题与练习：1、2。板书设计悟理 含义 “门”电路 真值表 符号 科学探究1 含义简单的逻辑电路 “或”电路 真值表 科学探究2 实际应用 符号 含义 科学探究3“非”电路 真值表 符号附：阅读材料模拟信号与数字信号的特点模拟信号的特点：抗干扰能力较弱；对模拟信号进行处理；可能产生非线性失真，特别是在信号比较强的情况下；模拟信号记录载体在记录和重放时都是靠转动机构动转；因此无法避免抖晃现象；难以压缩。数子信号的特点：抗干扰能力强，无噪声积累；便于加密处理；与计算机联网，便于用计算机对数字信号进行存储、处理和交换，可使通信网的管理、维护实现自动化、智能化；设备便于集成化、微型化；便于构成综合数字网和综合业务数字网；占用信道频带较宽。一路模拟电话的频带为4kHz，一路数字电话约占64kHz，这是模拟通信目前仍有生命力的主要原因。 周期性的模拟信号可以看作是一系列按正弦函数变化的信号的叠加，如图（a）所示。 数字信号是将模拟信号以一定的时间间隔，取出信号的大小，经过采样和处理后换成二进制数的信号，如图（b）所示。 (a)模拟信号 （b）数字信号集成电路发展“年谱”1906年，美国物理学家德福列斯特研制成功了世界上第一根三极电子管，实现了电子技术的第一次重大突破，1947年，美国人巴丁和布拉塔因一起发明了晶体管，实现了电子技术的第二次重大突破。1958年9月，美国的杰克基尔发明了第一个锗集成电路，这一发明具有划时代的意义，它揭开了半导体科学与技术史上全新篇章，是人类在20世纪电子技术领域的第三次重大突破，为此，基尔比在xx年获得了诺贝尔物理奖。集成电路的发展历史经历了以下阶段：1962年，制造出包含12个晶体管的小规模集成电路。1966年，发展到集成度为1001000个晶体管一中规模集成电路。19671973年，研制出1000100000个晶体管的大规模集成电路。1977年，研制出在30mm2的硅晶片上集成度为15万个晶体管的超大规模集成电路，这是电子技术的第四次重大突破，从此真正迈入了微电子技术时代。从1993年至今，集成度已由1000万个达到10亿个，称为超级大规模电路，并以每18个月翻一番的速度发展