2019-2020年高中物理 2.10《簡單的邏輯電路》教案（粵教版選修3-1）.doc

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2019-2020年高中物理 2.10簡單的邏輯電路教案（粵教版選修3-1）一、 課 題：簡單的邏輯電路 二、教學目標：知識和技能：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、知道“與”門、“或”門以及“非”門電路的特征、邏輯關系及表示法。3、初步了解“與”門、“或”門以及“非”門電路在實際問題中的應用。過程與方法：以實驗教學為主體的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。情感、態(tài)度和價值觀：感受數(shù)字技術對現(xiàn)代生活的巨大改變；體驗物理知識與實踐的緊密聯(lián)系。三、教學重、難點：三種門電路的邏輯關系以及門電路的實際應用。四、教學過程：演示實驗引入課題火警報警裝置用火柴點燃放在圖示位置，結果聽到喇叭鳴叫。問：1、為什么會有這樣的實驗現(xiàn)象？2、中間的“黑盒子”是什么元件？實驗裝置圖：點燃的火柴我們今天的這節(jié)課就是要來探究實驗現(xiàn)象產(chǎn)生的原因以及“黑盒子”里的元件。為此讓我們從穩(wěn)恒電路的模擬世界進入實用的數(shù)字世界。一、數(shù)字電路和模擬電路電子電路中的信號：1、模擬信號：幅度隨時間連續(xù)變化的信號例：正弦波信號、鋸齒波信號等。2、數(shù)字信號：幅度不隨時間連續(xù)變化,而是跳躍變化閱讀材料（見附頁）引：數(shù)字電路的基本單元是邏輯電路,邏輯電路中最基本的電路叫做 “門” 電路, （門電路是一種有一個或多個輸入端，只有一個輸出端的開關電路，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，門關閉）。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12V)，另一種為低電勢(如0V), 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。首先來認識一下邏輯電路的種類：二、邏輯電路的種類“與”門、“或”門、“非”門以及“與非”門、“或非”門和“異或”門（符號略）今天我們主要的任務是了解“與”門、“或”門和“非”門的特點及其應用。三、邏輯電路的特點1、“與”邏輯電路（and）演示實驗 （利用積件模擬教材演示實驗）這是一個搭積木的過程，教師在電腦屏幕上將積木（元件）準備好，學生上講臺操作鼠標，按下其中任意一個Toggle Switch(鍵)，LED（燈）不亮；當按下兩個Toggle Switch(鍵)，LED（燈）亮。此時記錄實驗現(xiàn)象：條 件結 果開關A開關B燈泡L斷斷熄斷通熄通斷熄通通亮積件簡圖：AY電路圖：引：上述實驗現(xiàn)象的描述能否簡單化呢？用數(shù)學語言描述表中的關系，就是：開關接通定義為“1”，斷開定義為“0”，燈亮定義為“1”，熄定義為“0”。這樣表格可以簡化為：（2） 真值表輸 入結 果ABY000010100111引：根據(jù)真值表歸納得出“與”邏輯的含義。（1）含義：與邏輯：決定事件發(fā)生的各條件中，所有條件都具備，事件才會發(fā)生（成立）想想在實際生活中有沒有“與”邏輯關系？如：為了保險柜的安全，安裝了三把鎖，那么只有當這三把鎖同時被打開時保險柜才可以打開，充分體現(xiàn)了“與”邏輯關系。AYB&在模擬電路中我們可以相應的符號來表示元件，如：電燈- ,電阻- 等。那么現(xiàn)在“與”門有沒有相應的符號呢？（3）符號：引：能否還用電腦積件來演示“與”門的邏輯關系演示1：按下其中任意一個Toggle Switch(鍵)，LED（燈）不亮演示2：按下兩個Toggle Switch(鍵)，LED（燈）亮這樣的演示對于簡單電路我們都認為是可信的，但對于我們剛剛認識的“與”門電路你們不覺得懷疑嗎？下面我們來看真實的演示實驗：演示：晶體二極管“與”門電路讓學生真正了解“與”門電路的內(nèi)部。電路圖：ABYR1 01 0用電器實驗裝置圖：分析左邊電路圖虛線框內(nèi)電路特點，即“與”門電路的內(nèi)部結構，當A或B接低電位（0）時，其中的一個二極管導通，用電器兩端沒有電壓，不工作；只有當A和B都接高電位（1）時，兩個二極管都處于截止，用電器兩端獲得電壓，用電器能正常工作。利用實驗圖進行實際操作，教師演示燈泡的亮、暗過程，學生演示喇叭、風扇的工作情況，學生能夠通過實驗感知“與”門電路的邏輯關系，有利于對知識的掌握。引：“與”門電路的邏輯關系清楚了，實際應用也體會了，運用剛才的思路我們繼續(xù)來學習“或”邏輯電路。2、“或”邏輯電路（or）簡單講解教材演示實驗，得出實驗現(xiàn)象:條 件結 果開關A開關B燈泡L斷斷熄斷通亮通斷亮通通亮ABL電路圖：引：上述實驗現(xiàn)象的描述同樣可以用數(shù)學語言來進行簡化。由此可以得到“或”門的真值表 。（2）真值表輸 入結 果ABY000010100111引：根據(jù)真值表歸納得出或邏輯的含義。（1）含義：或邏輯：決定事件發(fā)生的各條件中，有一個或一個以上的條件具備，事件就會發(fā)生（成立）“或”邏輯關系在實際生活中有嗎？如：我們同學的集體宿舍，每個同學都配有鑰匙，無論誰開門都能夠進入宿舍。AYB1（3）符號：引：在清楚了基本知識之后，我們也來進行演示實驗，體會“或”門的邏輯關系。演示：晶體二極管“或”門電路電路圖：B1 01 0用電器AYR實驗裝置圖：分析左邊電路圖虛線框內(nèi)電路特點，即“或”門電路的內(nèi)部結構，當A和B接低電位（0）時，二極管截止，用電器兩端沒有電壓，不工作；當A或B接高電位（1）時，就有一個二極管導通，用電器兩端即獲得電壓，用電器能正常工作。該實驗由學生來分析和操作，課堂互動效果很好，另外實驗現(xiàn)象比較明顯，課堂氣氛可以調節(jié)。引：對于“非”門電路的學習我想請學生仔細閱讀教材，并根據(jù)前面知識得出相應內(nèi)容：3、“非”邏輯電路（not）講解教材演示實驗，得出實驗現(xiàn)象:條件結 果開關A燈泡L斷亮通暗電路圖：AY引：上述實驗現(xiàn)象的描述同樣可以用數(shù)學語言來進行簡化。由此可以得到“非”門的真值表 。（2）真值表條件結 果AY0110引：根據(jù)真值表歸納得出“非”邏輯的含義。（1）含義：非邏輯：決定事件發(fā)生的條件只有一個，條件不具備時事件發(fā)生（成立），條件具備時事件不發(fā)生。AY1（3）符號強調符號與前面兩個符號的不同點引：三個門電路的知識我們學了，下面我們回到本節(jié)課的開始：火警報警演示實驗。進入例題一例題1、如圖，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。（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，即報警穩(wěn)定調的稍底些，R的值應大一些還是小一些？火警報警裝置RXRt+5V電鈴0VPD電路圖：分析：略。利用實驗器材進行演示，并揭開本節(jié)課開始引入的實驗中黑盒子原來是“非”門元件。其中的第三小問題作為科學探究的第一個作業(yè)題。例題2、某同學設計了一個路燈自動控制門電路，天黑了，讓路燈自動接通，天亮了，讓路燈自動熄滅。圖中RG是一個光敏電阻，當有光線照射時，光敏電阻的阻值會顯著地減小。R是可調電阻，起分壓作用。J為路燈總開關控制繼電器。1、請在虛線框內(nèi)填入需要的門電路.2、如果路燈開關自動接通時天色還比較亮，現(xiàn)要調節(jié)自動控制裝置，使得它在天色較暗時才會自動接通開關，應如何調節(jié)R？說明道理。電路圖：自然光模擬路燈 RRGJ分析：略。利用實驗器材讓學生進行操作，用手電筒來控制光敏電阻，感受路燈的自動控制情況。其中的第二小問題作為科學探究的第二個作業(yè)題。四、基本邏輯關系的擴展學生參閱教材“問題與練習”第四小題與邏輯電路的種類相呼應五、集成門電路介紹“科學漫步”，并講述集成電路在科技、生活中的廣泛應用閱讀材料（見附頁）布置第三個科學探究課題：集成電路的歷史、現(xiàn)在以及未來?？偨Y全課內(nèi)容，布置作業(yè)：問題與練習：1、2。板書設計悟理 含義 “門”電路 真值表 符號 科學探究1 含義簡單的邏輯電路 “或”電路 真值表 科學探究2 實際應用 符號 含義 科學探究3“非”電路 真值表 符號附：閱讀材料模擬信號與數(shù)字信號的特點模擬信號的特點：抗干擾能力較弱；對模擬信號進行處理；可能產(chǎn)生非線性失真，特別是在信號比較強的情況下；模擬信號記錄載體在記錄和重放時都是靠轉動機構動轉；因此無法避免抖晃現(xiàn)象；難以壓縮。數(shù)子信號的特點：抗干擾能力強，無噪聲積累；便于加密處理；與計算機聯(lián)網(wǎng)，便于用計算機對數(shù)字信號進行存儲、處理和交換，可使通信網(wǎng)的管理、維護實現(xiàn)自動化、智能化；設備便于集成化、微型化；便于構成綜合數(shù)字網(wǎng)和綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)；占用信道頻帶較寬。一路模擬電話的頻帶為4kHz，一路數(shù)字電話約占64kHz，這是模擬通信目前仍有生命力的主要原因。 周期性的模擬信號可以看作是一系列按正弦函數(shù)變化的信號的疊加，如圖（a）所示。 數(shù)字信號是將模擬信號以一定的時間間隔，取出信號的大小，經(jīng)過采樣和處理后換成二進制數(shù)的信號，如圖（b）所示。 (a)模擬信號 （b）數(shù)字信號集成電路發(fā)展“年譜”1906年，美國物理學家德福列斯特研制成功了世界上第一根三極電子管，實現(xiàn)了電子技術的第一次重大突破，1947年，美國人巴丁和布拉塔因一起發(fā)明了晶體管，實現(xiàn)了電子技術的第二次重大突破。1958年9月，美國的杰克基爾發(fā)明了第一個鍺集成電路，這一發(fā)明具有劃時代的意義，它揭開了半導體科學與技術史上全新篇章，是人類在20世紀電子技術領域的第三次重大突破，為此，基爾比在xx年獲得了諾貝爾物理獎。集成電路的發(fā)展歷史經(jīng)歷了以下階段：1962年，制造出包含12個晶體管的小規(guī)模集成電路。1966年，發(fā)展到集成度為1001000個晶體管一中規(guī)模集成電路。19671973年，研制出1000100000個晶體管的大規(guī)模集成電路。1977年，研制出在30mm2的硅晶片上集成度為15萬個晶體管的超大規(guī)模集成電路，這是電子技術的第四次重大突破，從此真正邁入了微電子技術時代。從1993年至今，集成度已由1000萬個達到10億個，稱為超級大規(guī)模電路，并以每18個月翻一番的速度發(fā)展