高中物理人教版 (新课标)选修311 简单的逻辑电路教案

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：

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：

积件简图：

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

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。

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：

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:

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

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。

（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：

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:

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“非”门的真值表 。

（2）真值表

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。

（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？

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：

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。