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2019-2020年高中物理 《簡(jiǎn)單的邏輯電路》教學(xué)設(shè)計(jì) 新人教版選修3-1 教學(xué)目標(biāo)： 1．通過(guò)基本門電路（與門、或門和非門）的實(shí)驗(yàn)，觀察并了解門電路的基本作用。 2．初步了解邏輯電路的基本原理以及它在自動(dòng)控制中的應(yīng)用。 教學(xué)重點(diǎn)：“與”門、“或”門和“非”門的功能。 教學(xué)難點(diǎn)：各種門電路的邏輯關(guān)系。 教學(xué)器材：多媒體設(shè)備、晶體管二極管門電路演示板、干電池、小燈泡、電鍵、導(dǎo)線等。 教學(xué)過(guò)程： 一、引入課題 情景1：（投影）數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝影機(jī)、條形碼、遙控器和數(shù)字電視機(jī)圖片。 這些電子產(chǎn)品都是伴隨數(shù)字技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的，還有信息高速公路，電腦多媒體，移動(dòng)電話系統(tǒng)等也都運(yùn)用到數(shù)字技術(shù)，為什么稱之為數(shù)字技術(shù)呢？讓我們先來(lái)看一下這樣兩類電信號(hào)。 u u 情景２：模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)（用多媒體課件演示兩種信號(hào)） t t 0 0 （圖1） （圖2） 設(shè)問(wèn)：這兩種信號(hào)有什么不一樣？ 圖1中的這種信號(hào)，它的電壓隨時(shí)間是連續(xù)變化的，比如音頻電信號(hào)，我們把它叫做模擬信號(hào)。 圖2顯示的電信號(hào)是跳躍式變化的，它們通常只有兩種狀態(tài)，即高電勢(shì)（比如5v）和低電勢(shì)（比如0v），高電勢(shì)和低電勢(shì)可以分別用數(shù)字“１”和“０”來(lái)表示，這樣我們就可以用“１”和“０”組成的一串?dāng)?shù)字來(lái)表示這個(gè)電信號(hào)了，所以這類信號(hào)被稱為數(shù)字信號(hào)。數(shù)字技術(shù)中處理數(shù)字信號(hào)的電路叫做數(shù)字電路。邏輯電路是數(shù)字電路的基本組成部分，今天我們就來(lái)學(xué)習(xí)邏輯電路中的基本門電路。 二、教學(xué)過(guò)程 1．“與”門 我們先來(lái)看一個(gè)簡(jiǎn)單的電路（圖3），讓學(xué)生判斷兩個(gè)開關(guān)的狀態(tài)怎樣決定了這個(gè)燈是亮還是滅（見表1）。 開關(guān)S1 開關(guān)S2 燈泡L 斷 斷 滅 斷 合 滅 合 斷 滅 合 合 亮 開關(guān)S1 開關(guān)S2 燈泡L 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 S2 S1 L （圖3） （表1） （表2） 如果規(guī)定開關(guān)閉合為“1”，斷開為“0”，燈泡L亮為“1”，滅為“0”，那么表中開關(guān)和燈泡所處的狀態(tài)就數(shù)字化了。 表2中開關(guān)S1和S2是控制條件，而燈泡L是控制的結(jié)果，我們把這種表示各種控制條件和對(duì)應(yīng)控制結(jié)果的表格，叫做真值表。 在門電路中也有反映類似邏輯關(guān)系的電路，叫做“與”門。它的兩個(gè)輸入端分別為A和B，有一個(gè)輸出端Y。當(dāng)輸入A與輸入B均是高電勢(shì)時(shí)，輸出Y才是高電勢(shì)。 直接給出“與門”的定義： 輸入A與輸入B均是高電勢(shì)時(shí)，輸出Y才是高電勢(shì)的邏輯電路叫做“與”門。 “與”門的真值表 輸入 輸出 A B Y 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 A & B Y “與”門邏輯式： Y= AB 教師闡述：門電路就像一扇門，當(dāng)具備開門條件時(shí)，輸出端就有一個(gè)信號(hào)輸出；反之，門關(guān)閉，就有另一個(gè)信號(hào)輸出。 （圖4） 實(shí)驗(yàn)演示晶體二極管“與”門電路（圖4），說(shuō)明此電路分為輸入端和輸出端以及中間的控制電路，讓學(xué)生觀察到只有A、B處都接1，即都輸入高電勢(shì)，輸出端才輸出電壓（高電勢(shì)1），認(rèn)識(shí) “與”門電路所具有的輸入電勢(shì)與輸出電勢(shì)之間的邏輯關(guān)系，知道它具有這樣的邏輯關(guān)系是由于二極管具有的加正向電壓被導(dǎo)通、加反向電壓被截止的特性造成的。 2．“或”門 開關(guān)S1 開關(guān)S2 燈泡L 斷 斷 滅 斷 合 亮 合 斷 亮 合 合 亮 開關(guān)S1 開關(guān)S2 燈泡L 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 S2 S1 （圖5） （表3） （表4） 在這個(gè)電路中（圖5），兩個(gè)開關(guān)的狀態(tài)如何決定這個(gè)燈的亮或滅呢？類比“與”門的學(xué)習(xí)過(guò)程，指導(dǎo)學(xué)生自主填寫表格（表3和表4），闡述：在門電路中也有反映類似邏輯關(guān)系的電路，叫做“或”門；并啟發(fā)學(xué)生給出“或”門的定義。 輸入A與輸入B中任一個(gè)或者兩個(gè)都是高電勢(shì)，輸出Y就為高電勢(shì)的邏輯電路叫做“或”門。 “或”門的真值表 輸入 輸出 A B Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 ≥1 Y A B “或”門邏輯式： Y = A+B （圖6） 實(shí)驗(yàn)演示晶體二極管“或”門電路（圖6），介紹該電路的輸入端和輸出端以及中間的控制電路，讓學(xué)生觀察到只要A、B處任意一個(gè)接1，即輸入高電勢(shì)，輸出端就輸出電壓（高電勢(shì)1），讓學(xué)生知道“或”門電路所具有的輸入電勢(shì)與輸出電勢(shì)之間的邏輯關(guān)系。 3．“非”門 S L 在這個(gè)電路中（如圖7），這個(gè)開關(guān)的狀態(tài)如何決定這個(gè)燈的亮或滅呢？經(jīng)歷了“與”門、“或”門的學(xué)習(xí)過(guò)程，讓學(xué)生完全自主填寫表格（表5和表6），指出：在門電路中也有反映類似邏輯關(guān)系的電路，叫做“非”門，并讓學(xué)生嘗試給出“非”門的定義。 開關(guān)S 燈泡L 斷 滅 合 亮 開關(guān)S 燈泡L 斷 滅 合 亮 L （圖7） （表5） （表6） 輸入A為高電勢(shì)時(shí)輸出Y為低電勢(shì)，輸入A為低電勢(shì)時(shí)輸出Y為高電勢(shì)的邏輯電路叫做“非” “非”門的真值表 輸入 輸出 A Y 0 1 1 0 門。 1 A Y “非”門邏輯式： Y = A 練習(xí)１：下圖中用電信號(hào)的方式標(biāo)出了“與”門輸入端A、B上的輸入情況，請(qǐng)畫出輸出端Y輸出的電信號(hào)。 0v 0v 0v 練習(xí)２：下圖中用電信號(hào)的方式標(biāo)出了“或”門輸入端A、B上的輸入情況，請(qǐng)畫出輸出端Y輸出的電信號(hào)。 0v 0v 0v 練習(xí)３：下圖中用電信號(hào)的方式標(biāo)出了“非”門輸入端A上的輸入情況，請(qǐng)畫出輸出端Y輸出的電信號(hào)。 0v 0v 練習(xí)4：下圖所示的電路圖是一個(gè)應(yīng)用“非”門構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)易火警報(bào)警器電路。R是可變電阻，R是一個(gè)熱敏電阻（當(dāng)溫度較低時(shí)，熱敏電阻的電阻值很大，即R遠(yuǎn)大于R；而當(dāng)火警發(fā)生時(shí)，熱敏電阻的電阻值就會(huì)降低，從而遠(yuǎn)小于電阻R的阻值），L是一個(gè)蜂鳴器，G是一個(gè)“非”門。請(qǐng)分析說(shuō)明其工作原理。 G R 5V 1 L A R′ D 小結(jié)：今天我們學(xué)習(xí)的“與”門、“或”門、“非”門在工作時(shí)好像處在“是”和“非”的邏輯判斷之中，因此得名邏輯電路?！芭c”門、“或”門、“非”門是邏輯電路中最小的結(jié)構(gòu)單位，因此把它們叫做基本門電路。用這三個(gè)基本門可以組合成復(fù)合門（如“與非”門、“或非”門等）和更加復(fù)雜的邏輯電路。邏輯電路是數(shù)字電路的基本組成部分，數(shù)字電路處理的是數(shù)字信號(hào)，受外界干擾的影響小，它具有高速度、高保真等優(yōu)點(diǎn)，因此現(xiàn)在一些高質(zhì)量的電視機(jī)、音響、照相機(jī)、手機(jī)等都采用數(shù)字電路。 教學(xué)反思： 本節(jié)通過(guò)回憶以往熟知的串并聯(lián)電路引入三個(gè)基本門電路的概念，重點(diǎn)在于學(xué)生明白不同的門電路所具有的邏輯功能即輸入與輸出間的因果關(guān)系。在給三種基本門電路下定義時(shí)，不拘擬教材（人教版）的做法，而是從實(shí)際門電路的功能出發(fā)讓學(xué)生從被動(dòng)到主動(dòng)的依次了解三種基本門電路的具體定義，這樣既符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，又調(diào)動(dòng)了他們學(xué)習(xí)的自主性。在實(shí)驗(yàn)演示實(shí)用門電路的功能時(shí)，重點(diǎn)讓學(xué)生明白：“門”電路是一種條件開關(guān)，輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間通過(guò)“門”的控制作用發(fā)生一種邏輯關(guān)系，而起這種控制作用的是二極管，二極管加正向電壓被導(dǎo)通、加反向電壓被截止提供了“門”電路的工作基礎(chǔ)；考慮到學(xué)生的知識(shí)程度和教學(xué)時(shí)間，沒(méi)有必要利用穩(wěn)恒電路的知識(shí)對(duì)“門”的控制作用進(jìn)行具體分析。