高中物理 第二章 恒定電流 第十節(jié) 簡單的邏輯電路示范教案 新人教版選修3-1

1、學必求其心得，業(yè)必貴于專精10簡單的邏輯電路教學分析教科書從生活實例出發(fā)介紹了“與”“或及“非三種邏輯電路的邏輯關(guān)系,并在此基礎(chǔ)上介紹了表示這三種邏輯關(guān)系的真值表。學生剛學完穩(wěn)恒電流及復雜電路分析，對電勢等概念比較清晰,但分析復雜電路的水平有限，加上教材中本節(jié)屬于對穩(wěn)恒電流的補充,對后面的選修32中傳感器知識起引領(lǐng)。故應重點講解“與”門、“或”門以及“非”門電路的特征、邏輯關(guān)系及表示法。教科書通過演示實驗讓學生知道這些邏輯關(guān)系可以通過電路來實現(xiàn)，從而引入了門電路.又從門電路的組合到“科學漫步”，讓學生了解集成電路及應用領(lǐng)域。教材中的重要思想1教材中使用類比的思想，使學生便于接受邏輯運算關(guān)系；2

2、理論聯(lián)系實際的思想；3培養(yǎng)學生嚴密邏輯思維能力的思想。教學目標1知道數(shù)字電路和模擬電路的概念，了解數(shù)字電路的優(yōu)點.2初步了解簡單的邏輯電路及表示符號.3通過實驗,理解“與”“或及“非”邏輯電路中結(jié)果與條件的邏輯關(guān)系.4知道什么是真值表,會用真值表來表示一些簡單的邏輯關(guān)系.5通過實驗，觀察門電路的作用,初步了解邏輯電路的基本原理以及在自動控制中的應用。在對邏輯電路應用實例的分析中體會三種邏輯運算關(guān)系，體會邏輯電路在現(xiàn)實生活中的意義。6初步了解集成電路的簡單原理。關(guān)注我國集成電路以及元器件研究的發(fā)展情況，感受數(shù)字技術(shù)對現(xiàn)代生活的巨大改變。教學重點難點1知道最基本的邏輯電路“與”門、“或”門及“非”

3、門的功能；2理解各種門電路的邏輯關(guān)系；教學中可以從生活實例或演示實驗現(xiàn)象入手,幫助學生理解三種邏輯關(guān)系。3什么是真值表？各個邏輯電路的真值表的填寫。4能綜合運用本節(jié)所學知識設(shè)計邏輯電路并在電路中填寫恰當?shù)碾娐贩?學生對模擬信號和模擬電路的概念都能比較容易理解，但是,對信息社會中常提到的“數(shù)字”概念，認識是較模糊的。數(shù)字信號是信息技術(shù)的基礎(chǔ)，數(shù)字電路是如何處理數(shù)字信號的，分析最小數(shù)字電路單元的邏輯關(guān)系，理解數(shù)字電路處理邏輯關(guān)系的原理，這是理解數(shù)字電路的關(guān)鍵。教學易誤點1邏輯電路的符號使用混亂。2自動控制電路分析。3脈沖信號的電勢變化圖。教學設(shè)計思路和流程圖本節(jié)為了保證學生知識結(jié)構(gòu)的完整性和全面

4、性，在開頭加入了邏輯代數(shù)的介紹：從二值邏輯到常用進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換。在邏輯電路中補充介紹“與”“或“非”的邏輯函數(shù)表達式、真值表的排列順序，最后結(jié)合書本上的拓展聯(lián)想內(nèi)容，補充介紹了“或非”門、“與非”門等的邏輯函數(shù)表達式和真值表。教學方法講授法、實驗演示、互動探究法。以實驗教學為主體、媒體教學為輔的課堂教學模式,以對比教學為主線、聯(lián)系生活實際為輔線開展課堂教學活動。教學媒體聲光控感應燈、投影儀、多媒體教學設(shè)備、三種門電路演示示教板、電壓表等.數(shù)字電路教學中的演示或操作實驗，僅從教學需求角度，單個數(shù)字邏輯單元電路器件是最佳媒體,但在實際教學中，尋找這些實驗器材存在非常大的困難。而計算機仿真實驗很好

5、地解決了這個困難，并且能夠讓每個學生動手參與.因此,在教學媒體的應用中，除了應用實物讓學生真切地感受外,對數(shù)字電路的理解,則通過計算機仿真來探究實踐而獲得?，F(xiàn)代教學系統(tǒng)中,教師、學生、教材和教學媒體相互聯(lián)系，相互作用，構(gòu)成一個互動的有機整體，使教學內(nèi)容豐富多彩,教學方式多種多樣.本節(jié)課內(nèi)容盡管是知識性為主，但不乏學生參與互動的內(nèi)容?？蓪鹘y(tǒng)的知識傳授與自主探究式學習相互結(jié)合，實現(xiàn)互動交流、知識創(chuàng)新和提高學習效率的目標。學生預習自學(出現(xiàn)在學案上）邏輯代數(shù)1在客觀世界中，事物的發(fā)展變化通常都有一定的因果關(guān)系,這種因果關(guān)系一般稱為邏輯關(guān)系，反映和處理這種關(guān)系的數(shù)學工具就是邏輯代數(shù)。是英國數(shù)學家bo

6、ole在19世紀中葉創(chuàng)立的，也叫布爾代數(shù)(關(guān)系代數(shù))。2二值邏輯：變量取值1或0，1或0并不表示數(shù)值的大小，代表兩種不同的邏輯狀態(tài)。在數(shù)字電路中，用二進制數(shù)來表示。3幾種常用進制數(shù)的轉(zhuǎn)換a二-十轉(zhuǎn)換（1011。01)21230221211200211228210。25(11。25）10b十-二轉(zhuǎn)換（173)10(10101101）2（0。812 5)10(0.1101)2c二-八、八二轉(zhuǎn)換（10101。0011)2(25。14）8(12。3）8（001010。011）2d二十六、十六-二轉(zhuǎn)換（010 11 110.101 100 10）2（5e。b2）16(8fa。c6）16(100 011

7、111 010。110 001 10）2這就是8421bcd碼導入新課事件1教學任務(wù)：創(chuàng)設(shè)情境，導入新課。師生活動：【演示】一盞神奇的燈。接通電源,燈不亮。接通電源，拍手，燈不亮。接通電源，遮光，燈不亮。接通電源，擋住光線,大家拍手，燈亮。（教師指出：這實際就是樓道內(nèi)自動控制燈.)通過演示聲光控感應燈,引發(fā)學生好奇心理和探究欲望。從簡單的應用互動操作,引導學生在理解數(shù)字信號和模擬信號的同時，學會使用仿真實驗時如何分析實驗現(xiàn)象中的數(shù)字關(guān)系.引入新課：像這樣,現(xiàn)在很多電器中都包含了“智能”化邏輯關(guān)系，實現(xiàn)這些邏輯功能離不開“數(shù)字信號,以數(shù)字信號為特征的現(xiàn)代信息技術(shù)在迅猛發(fā)展.身邊的“數(shù)字”話題：數(shù)

8、碼產(chǎn)品、數(shù)字電視、dis實驗、家電、遙控器、機器人等等.數(shù)字信號只有兩個對立的狀態(tài)：“有”或者“沒有”,也即高電平“1、低電平“0”。而模擬信號則是連續(xù)變化的電壓信號，調(diào)節(jié)收音機的音量，聲音連續(xù)變化,聲音信號就是“模擬”量.數(shù)字電路展示模擬信號和數(shù)字信號圖象如圖:電壓信號隨時間連續(xù)變化，叫模擬信號.比如調(diào)節(jié)收音機的音量，聲音連續(xù)變化，聲音信號是“模擬”量。電壓信號不隨時間連續(xù)變化,叫數(shù)字信號。數(shù)字信號的“0”和“1”好比事件的“是”與“非，而處理數(shù)字信號的電路數(shù)字電路,就有了辨別“是”“非”的邏輯功能.今天我們就來學習數(shù)字電路中最基本的邏輯電路門電路。門電路是一種有一個或多個輸入端，只有一個輸

9、出端的開關(guān)電路,是數(shù)字電路的基本單元。門電路就像一扇門,當具備開門條件時，輸出端就有一個信號輸出；反之，如果條件不滿足，門關(guān)閉,信號就被阻擋在“門”外.它們在工作時輸入端和輸出端的電勢只有兩種情況：一種為高電勢(如12 v)，另一種為低電勢（如0 v），電路工作好像處在一種“是”和“非”的判斷之中,因此叫做邏輯電路。推進新課事件2教學任務(wù):“與”（and)邏輯關(guān)系和“與”門師生活動：展示“與”邏輯電路。如圖,兩個開關(guān)a、b串聯(lián)起來控制同一個燈泡l。顯然，只有a“與”b同時閉合時，燈l才會亮。在這個事件中,a、b閉合是條件，燈l亮是結(jié)果.“與邏輯電路引導學生分析開關(guān)a、b對電路的控制作用，體會“

10、與”邏輯關(guān)系.（當兩個條件都滿足時，結(jié)果才會成立）1“與”門如果一個事件的幾個條件都滿足后，該事件才能發(fā)生，這種關(guān)系叫做“與”邏輯關(guān)系。生活中哪些實例體現(xiàn)了“與的邏輯關(guān)系？思考與討論，讓學生體會生活中的“與”邏輯關(guān)系。某單位財務(wù)室為了安全,規(guī)定不準一個人單獨進入。為此，在門上以如圖所示的方式安裝了兩把鎖。只有甲與乙兩個人同時打開各自的鎖時,門才能打開。它體現(xiàn)了“與”邏輯關(guān)系。具有“與邏輯關(guān)系的電路稱為“與”門電路,簡稱“與”門.引導學生把圖中結(jié)果與條件的關(guān)系用表格表示。一個開關(guān)有通、斷兩種情況，圖中兩個開關(guān)的通、斷組合起來有4種情況,我們把這4種情況以及每種情況燈泡的亮、熄都列在表1中。表1條

11、件結(jié)果開關(guān)a開關(guān)b燈泡l斷斷熄斷通熄通斷熄通通亮表2輸入結(jié)果aby000010100111能否把表1中實驗現(xiàn)象的描述簡單化呢？我們用數(shù)學語言描述表1中的關(guān)系，就是把開關(guān)接通定義為“1”，斷開定義為“0;燈亮定義為“1”，燈熄定義為“0”，用數(shù)字語言描述上表，就成了表2.表2用數(shù)字表示了各種控制條件和控制結(jié)果，這種表格稱為“真值表”.表2就是具有兩個輸入端的“與門的真值表。讓學生理解數(shù)字信號“與”邏輯關(guān)系間的聯(lián)系,對“與”邏輯關(guān)系仔細分析,理解記住“與”邏輯的真值表.“與”門的符號如圖是“與門的電路符號,它有兩個輸入端a、b,y是它的輸出端。如圖中a、b是有邏輯關(guān)系的機械開關(guān)，實用的門電路則是半

12、導體材料制成的。演示“與”門電路。下圖中右邊的虛線框內(nèi)是用晶體二極管組成的有兩個輸入端的“與”門電路,用于教學演示.a、b是它的兩個輸入端,y是它的輸出端，電壓表顯示輸出電壓的值。左邊兩個虛線框內(nèi)是兩個信號源,分別從a、b接入門電路。當信號源的開關(guān)接1時,信號源將一個電壓輸入門電路，接0時沒有電壓輸入.可以從電壓表上看到,只有當a、b都輸入1時，輸出端才有輸出電壓。晶體二極管“與”門電路用互動課件實驗驗證“與”關(guān)系。指導學生在實驗面板上進行“與”門電路連接實驗，用實物的集成電路連接一個“與門，真實再現(xiàn)虛擬.通過示范性的操作演示講解，理解“與”門電路實現(xiàn)“與”關(guān)系處理的電路原理，為下階段自行探究

13、“或”關(guān)系及“或”電路作準備。同時實現(xiàn)情感與價值目標。聲、光控燈的再討論.無光1，有光0；有聲1,無聲0；燈亮結(jié)果為1，燈不亮為0，我們就會發(fā)現(xiàn),聲、光控燈就是通過“與”門電路來實現(xiàn)智能化的?？偨Y(jié)“與”邏輯關(guān)系：有兩個控制條件作用會產(chǎn)生一個結(jié)果，當兩個條件都滿足時，結(jié)果才會成立,這種關(guān)系稱為“與的關(guān)系。【銜接】鎖門方式的討論：財務(wù)室的鎖用了“與”的邏輯關(guān)系，但學生寢室的門鎖能用“與”的關(guān)系嗎？新學期開學了，青島十七中416寢室的6名同學都到宿管辦報到，宿管辦的老師分別發(fā)給他們每人一把鑰匙，方便他們單獨出入，大家談?wù)勗谶@個事件中體現(xiàn)怎樣的邏輯關(guān)系呢？每人都配有一把鑰匙，個人都可以用自己的鑰匙單獨

14、開門，它體現(xiàn)了“或”邏輯關(guān)系。引入“或”門事件3教學任務(wù)：“或（or）邏輯關(guān)系和“或”門2“或”門投影展示“或邏輯關(guān)系電路：如下圖，兩個開關(guān)a、b并聯(lián)，控制同一個燈泡y。在這個電路中,a“或b只要有一個開關(guān)閉合，燈y就會亮?！盎颉边壿嬰娐芬龑W生分析開關(guān)a、b對電路的控制作用，體會“或”邏輯關(guān)系（在幾個控制條件中，只要有一個條件得到滿足,結(jié)果就會發(fā)生）像這樣的情況：如果幾個條件中，只要有一個條件得到滿足，某事件就會發(fā)生，這種關(guān)系叫做“或”邏輯關(guān)系。具有“或邏輯關(guān)系的電路稱為“或”門電路，簡稱“或門。教師提問：日常生活中哪些實例體現(xiàn)了“或的關(guān)系？思考與討論，讓學生體會生活中的“或”邏輯關(guān)系。引導

15、學生把上圖結(jié)果與條件的關(guān)系用表格3表示.表3條件結(jié)果開關(guān)a開關(guān)b燈泡l斷斷熄斷通亮通斷亮通通亮表4輸入結(jié)果aby000011101111引導學生：把開關(guān)接通定義為“1，斷開定義為“0；燈亮定義為“1”,燈熄定義為“0”，用數(shù)字語言描述上表。請在表3中填寫開關(guān)a、b通斷的四種可能組合及燈泡亮熄的情況。然后再完成“或”門的真值表如表4?！盎颉遍T的符號。如圖是“或”門的電路符號,a、b是它的兩個輸入端,y是它的輸出端。演示“或”門電路。晶體二極管“或”門電路如圖中右邊的虛線框內(nèi)是用晶體二極管組成的有兩個輸入端的“或”門電路,用于教學演示.a、b是兩個輸入端,y是它的輸出端，電壓表顯示輸出電壓的值。左

16、邊兩個虛線框內(nèi)是兩個信號源，分別從a、b接入門電路。當信號源的開關(guān)接1時，信號源將一個直流電壓輸入門電路,接0時沒有電壓輸入?？梢詮碾妷罕砩峡吹?，只要a、b有一個輸入1時,輸出端就有輸出電壓.學生在計算機上根據(jù)學習“或”門電路情形，模擬實驗，填表,總結(jié)邏輯關(guān)系；指導學生進行模擬實驗；對學生實驗進行實時輔導；交流,展示實驗結(jié)果。教師利用網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)播，交流展示學習結(jié)果。通過示范性的操作演示講解,理解“或”門電路實現(xiàn)“或”關(guān)系處理的電路原理,為下階段探究“非”關(guān)系及“非電路作準備。同時實現(xiàn)情感與價值目標.事件4教學任務(wù)：“非(not）邏輯關(guān)系和“非”門3“非”門教師演示“非”門電路.引導學生分析開關(guān)a對

17、電路的控制作用。體會“非”邏輯關(guān)系.在下圖的電路中，我們沿用以上討論“與”門和“或門時的研究方法：把開關(guān)接通定義為“1”，斷開定義為“0”；燈亮定義為“1,燈熄定義為“0”。開關(guān)通斷是控制的條件，即輸入；燈泡亮熄是控制的結(jié)果，即輸出.“非”邏輯電路通過實驗可以發(fā)現(xiàn):當開關(guān)閉合而輸入為1時，燈泡熄滅,輸出為0；當開關(guān)斷開而輸入為0時,燈泡點亮，輸出為1.像這樣輸出狀態(tài)和輸入狀態(tài)相反的邏輯關(guān)系，叫做“非”邏輯關(guān)系，具有“非”邏輯關(guān)系的電路叫做“非”門。輸出狀態(tài)和輸入狀態(tài)呈相反的邏輯關(guān)系稱為“非”邏輯關(guān)系。(教師提問：日常生活中哪些實例體現(xiàn)了“非的關(guān)系?）請列出開關(guān)a、b通斷的可能組合及燈泡亮熄的情

18、況的表格，然后再繪出“非”門的真值表。表5條件結(jié)果開關(guān)a燈泡y斷亮通熄表6條件結(jié)果ay0110“非”門的符號表6是“非門真值表.如圖是“非”門的電路符號。學生沿用“與”門、“或門的研究方法，理解“非”邏輯關(guān)系，寫出“非”門的真值表，記住“非”門符號。同時實現(xiàn)情感與價值目標。自動擦鞋機的討論。自動擦鞋機就是利用了“非”的邏輯關(guān)系.當皮鞋靠近紅外線感應器，擋住光線,輸入應為0，擦鞋機開始工作，輸出為1。事件5教學任務(wù)：集成電路4集成電路前面演示用的晶體管門電路，是用晶體管、電阻等元件臨時裝配的電路，體積大，可靠性、穩(wěn)定性差。目前廣泛應用的是將元件集成在一塊硅片上的集成電路,既縮小了體積，又方便、可

19、靠，而且適用于系列化、標準化生產(chǎn)。介紹集成電路的優(yōu)點。讓學生了解幾個“或”門的集成電路和幾個“非”門的集成電路的外引線圖。圖甲是一個真實的集成電路的外引線圖:四個2輸入“與”門集成電路裝在一個殼內(nèi),共有14條引線，其中12條引線內(nèi)部連接著4個獨立的2輸入“非”門，第14號引線是公共電源線,第7號引線是公共地線。圖乙是由6個獨立的“非門組成的集成電路的外引線圖. 四個2輸入“與”門集成電路的外引線 六個“非門集成電路的外引線甲乙演示:用如圖所示的集成電路中的一個“非”門進行實驗，按產(chǎn)品說明書的要求接好電源,輸出端接一個電壓表。如下圖所示，當輸入端加一電壓a時，輸出端輸出圖中y所示的電壓?！胺恰遍T

20、的輸入信號和輸出信號事件6教學任務(wù):實例探究【例題】如圖所示為一個火警報警裝置的邏輯電路圖，rt是一個熱敏電阻，低溫時電阻值很大，高溫時電阻值很小，r是一個阻值較小的分壓電阻.問：(1）要做到低溫時電鈴不響,火警時產(chǎn)生高溫，電鈴響起.在圖中虛線處應接入怎樣的元件？(2)為什么溫度高時電鈴會被接通?（3）為了提高該電路的靈敏度，即報警溫度調(diào)得稍低些，r的值應大一些還是小一些?教師引導學生完成對例題的分析和求解,通過實例分析加深對所學知識的理解。解：(1）溫度較低時的rt阻值很大，r比rt小很多，因此p、x之間電壓較大。要求此時電鈴不發(fā)聲，表明輸出給電鈴的電壓應該較小，輸入與輸出相反，可見虛線處元

21、件應該是“非”門。（2)當高溫時rt阻值減小，p、x之間電壓降低，輸入低電壓時,從“非”門輸出是高電壓,電鈴響起。（3）由前面分析可知，若r較大,由于它的分壓作用，rt兩端的電壓不太高，則外界溫度不太高時，就能使p、x之間電壓降到低電壓輸入，電鈴就能發(fā)聲。因此r較大，反應較靈敏。變形訓練:由某門電路構(gòu)成的一簡單控制電路如圖，其中r為光敏電阻，光照時電阻很小,r為變阻器，l為小燈泡。其工作情況是：當光敏電阻受到光照時，小燈l不亮,不受光照時，小燈l亮。請在電路中虛線框內(nèi)畫出該門電路符號;該門電路是_。解答從略.事件7教學任務(wù):閱讀科學漫步集成電路。集成電路電阻、電容、二極管等元件，在使用時總是需

22、要以各種各樣的方式組裝成一定的電路。對于一個稍微復雜一些的電路，還要經(jīng)過一定的調(diào)試才能使用,這就降低了人們的工作效率.為了解決這一問題,集成電路(integrated circuits，ic)應運而生，它是以半導體材料為基片,將組成電路的各種元器件和連線集成在同一基片上,成為具有一定功能的微電路系統(tǒng)。從宏觀上來看，已經(jīng)分不清集成電路中哪些部分是元件,哪些部分是連線，它們已成為一個統(tǒng)一體。集成電路塊集成電路具有分立元件電路無可比擬的優(yōu)點。與最緊湊的分立元件電路相比,集成電路的體積小了幾個數(shù)量級,重量輕了幾個數(shù)量級?，F(xiàn)代微電子技術(shù)可以在手指甲大小的半導體硅片上，制造出20億30億個晶體管(如圖)。

23、現(xiàn)在由超大規(guī)模集成電路制成的超輕、超薄筆記本電腦，質(zhì)量只有1 kg左右，厚度不到4 cm。而世界上第一臺電子管式電子計算機，僅用1.8萬只電子管，就占地170 m2,質(zhì)量為30余噸。集成電路還具有可靠性高、運算速度快、成本低廉等許多優(yōu)點。超薄筆記本電腦目前，集成電路已經(jīng)廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域以及人們?nèi)粘５墓ぷ骱蜕钪?比如衛(wèi)星、導彈的控制系統(tǒng)，汽車、船舶的電子裝置,電視、手機等家用電器的核心部件,無一不采用集成電路。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，微電子產(chǎn)品的功能越來越強大，價格越來越低廉，計算機、手機已經(jīng)走入千家萬戶.各種功能廣泛、質(zhì)量可靠、體積小、重量輕的微電子產(chǎn)品，越來越受消費者的青睞。課堂

24、鞏固與反饋事件8教學任務(wù)：形成性測試.1數(shù)字信號和模擬信號的不同之處是(）a數(shù)字信號在大小上不連續(xù)，時間上連續(xù)，而模擬信號則相反b數(shù)字信號在大小上連續(xù)，時間上不連續(xù)，而模擬信號則相反c數(shù)字信號在大小和時間上均不連續(xù)，而模擬信號則相反d數(shù)字信號在大小和時間上均連續(xù)，而模擬信號則相反2走廊里有一盞電燈在走廊兩端各有一個開關(guān),我們希望不論哪一個開關(guān)接通都能使電燈點亮，那么由此設(shè)計的電路為()a與門電路 b非門電路c或門電路 d上述答案都有可能3如圖所示為兩個非門和一個或門組成的復合門電路，請在下表中填寫該門電路的真值表。輸入輸出aby答案：1。c2。c3。如下表輸入輸出aby001011101110事件9教學任務(wù)：引導學生從知識、方法、情感三個側(cè)面小結(jié)本節(jié)課的學習活動.教師活動：讓學生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容.請一個同學到黑板上總結(jié)，其他同學在筆記本上總結(jié),然后請同學評價黑板上的小結(jié)內(nèi)容。學生活動：認真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來，比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié)，看誰的更好，好在什么地方。點評:總結(jié)課堂內(nèi)容,培養(yǎng)學生的概括總結(jié)能力。教師要放開，讓學生自己總結(jié)所學內(nèi)容,允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識框架。鼓勵學生從生活中尋找“與”“或”及“非”的邏輯關(guān)系，以加深對邏輯關(guān)系的理解.讓學生了解，門電路是一種“條件開