2019-2020年高中物理 《简单的逻辑电路》教学设计 新人教版选修3-1.doc

2019-2020年高中物理 简单的逻辑电路教学设计 新人教版选修3-1教学目标：1通过基本门电路（与门、或门和非门）的实验，观察并了解门电路的基本作用。2初步了解逻辑电路的基本原理以及它在自动控制中的应用。教学重点：“与”门、“或”门和“非”门的功能。教学难点：各种门电路的逻辑关系。教学器材：多媒体设备、晶体管二极管门电路演示板、干电池、小灯泡、电键、导线等。教学过程：一、引入课题情景1：（投影）数码相机、数码摄影机、条形码、遥控器和数字电视机图片。这些电子产品都是伴随数字技术的发展而出现的，还有信息高速公路，电脑多媒体，移动电话系统等也都运用到数字技术，为什么称之为数字技术呢？让我们先来看一下这样两类电信号。uu情景：模拟信号和数字信号（用多媒体课件演示两种信号）tt00（图1） （图2）设问：这两种信号有什么不一样？图1中的这种信号，它的电压随时间是连续变化的，比如音频电信号，我们把它叫做模拟信号。图2显示的电信号是跳跃式变化的，它们通常只有两种状态，即高电势（比如5v）和低电势（比如0v），高电势和低电势可以分别用数字“”和“”来表示，这样我们就可以用“”和“”组成的一串数字来表示这个电信号了，所以这类信号被称为数字信号。数字技术中处理数字信号的电路叫做数字电路。逻辑电路是数字电路的基本组成部分，今天我们就来学习逻辑电路中的基本门电路。二、教学过程1“与”门我们先来看一个简单的电路（图3），让学生判断两个开关的状态怎样决定了这个灯是亮还是灭（见表1）。开关S1开关S2灯泡L断断灭断合灭合断灭合合亮开关S1开关S2灯泡L000010100111S2S1L （图3） （表1） （表2）如果规定开关闭合为“1”，断开为“0”，灯泡L亮为“1”，灭为“0”，那么表中开关和灯泡所处的状态就数字化了。表2中开关S1和S2是控制条件，而灯泡L是控制的结果，我们把这种表示各种控制条件和对应控制结果的表格，叫做真值表。在门电路中也有反映类似逻辑关系的电路，叫做“与”门。它的两个输入端分别为A和B，有一个输出端Y。当输入A与输入B均是高电势时，输出Y才是高电势。直接给出“与门”的定义：输入A与输入B均是高电势时，输出Y才是高电势的逻辑电路叫做“与”门。“与”门的真值表输入输出ABY000010100111A&BY“与”门逻辑式： Y= AB教师阐述：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，就有另一个信号输出。（图4）实验演示晶体二极管“与”门电路（图4），说明此电路分为输入端和输出端以及中间的控制电路，让学生观察到只有A、B处都接1，即都输入高电势，输出端才输出电压（高电势1），认识 “与”门电路所具有的输入电势与输出电势之间的逻辑关系，知道它具有这样的逻辑关系是由于二极管具有的加正向电压被导通、加反向电压被截止的特性造成的。2“或”门开关S1开关S2灯泡L断断灭断合亮合断亮合合亮开关S1开关S2灯泡L000011101111S2S1（图5） （表3） （表4）在这个电路中（图5），两个开关的状态如何决定这个灯的亮或灭呢？类比“与”门的学习过程，指导学生自主填写表格（表3和表4），阐述：在门电路中也有反映类似逻辑关系的电路，叫做“或”门；并启发学生给出“或”门的定义。输入A与输入B中任一个或者两个都是高电势，输出Y就为高电势的逻辑电路叫做“或”门。“或”门的真值表输入输出ABY0000111011111YAB“或”门逻辑式： Y = A+B（图6）实验演示晶体二极管“或”门电路（图6），介绍该电路的输入端和输出端以及中间的控制电路，让学生观察到只要A、B处任意一个接1，即输入高电势，输出端就输出电压（高电势1），让学生知道“或”门电路所具有的输入电势与输出电势之间的逻辑关系。3“非”门S L在这个电路中（如图7），这个开关的状态如何决定这个灯的亮或灭呢？经历了“与”门、“或”门的学习过程，让学生完全自主填写表格（表5和表6），指出：在门电路中也有反映类似逻辑关系的电路，叫做“非”门，并让学生尝试给出“非”门的定义。开关S灯泡L断灭合亮开关S灯泡L断灭合亮L（图7） （表5） （表6）输入A为高电势时输出Y为低电势，输入A为低电势时输出Y为高电势的逻辑电路叫做“非”“非”门的真值表输入输出AY0110门。1AY “非”门逻辑式： Y = A 练习：下图中用电信号的方式标出了“与”门输入端A、B上的输入情况，请画出输出端Y输出的电信号。0v0v0v练习：下图中用电信号的方式标出了“或”门输入端A、B上的输入情况，请画出输出端Y输出的电信号。0v0v0v练习：下图中用电信号的方式标出了“非”门输入端A上的输入情况，请画出输出端Y输出的电信号。0v0v练习4：下图所示的电路图是一个应用“非”门构成一个简易火警报警器电路。R是可变电阻，R是一个热敏电阻（当温度较低时，热敏电阻的电阻值很大，即R远大于R；而当火警发生时，热敏电阻的电阻值就会降低，从而远小于电阻R的阻值），L是一个蜂鸣器，G是一个“非”门。请分析说明其工作原理。GR5V1LARD小结：今天我们学习的“与”门、“或”门、“非”门在工作时好像处在“是”和“非”的逻辑判断之中，因此得名逻辑电路。“与”门、“或”门、“非”门是逻辑电路中最小的结构单位，因此把它们叫做基本门电路。用这三个基本门可以组合成复合门（如“与非”门、“或非”门等）和更加复杂的逻辑电路。逻辑电路是数字电路的基本组成部分，数字电路处理的是数字信号，受外界干扰的影响小，它具有高速度、高保真等优点，因此现在一些高质量的电视机、音响、照相机、手机等都采用数字电路。教学反思：本节通过回忆以往熟知的串并联电路引入三个基本门电路的概念，重点在于学生明白不同的门电路所具有的逻辑功能即输入与输出间的因果关系。在给三种基本门电路下定义时，不拘拟教材（人教版）的做法，而是从实际门电路的功能出发让学生从被动到主动的依次了解三种基本门电路的具体定义，这样既符合学生的认知规律，又调动了他们学习的自主性。在实验演示实用门电路的功能时，重点让学生明白：“门”电路是一种条件开关，输入信号与输出信号之间通过“门”的控制作用发生一种逻辑关系，而起这种控制作用的是二极管，二极管加正向电压被导通、加反向电压被截止提供了“门”电路的工作基础；考虑到学生的知识程度和教学时间，没有必要利用稳恒电路的知识对“门”的控制作用进行具体分析。