高中物理 《邏輯電路與自動控制》教案 魯科版選修3-1（通用）

第四章 第四節(jié)  邏輯電路與自動控制 【教學(xué)目的】1、認(rèn)識與、或、非門電路的邏輯符號，知道它們的邏輯真值關(guān)系；2、能對與門、或門、非門電路進(jìn)行簡單的應(yīng)用由這三種基本門電路組成的復(fù)合門電路廣泛應(yīng)用于自動控制、數(shù)控車床、全自動洗衣機(jī)的程序控制等方面【教學(xué)重點(diǎn)】三種門電路的邏輯功能【教學(xué)難點(diǎn)】理解邏輯關(guān)系的涵義以及動手操作驗證基本門電路的邏輯功能【教學(xué)媒體】【教學(xué)安排】【新課導(dǎo)入】新課引入:讓學(xué)生列舉我們家庭生活中有哪些數(shù)字設(shè)備?提出問題:這些數(shù)字設(shè)備是如何工作的?它們是如何記錄信號和傳輸信號的? 我們就像生活在數(shù)字化技術(shù)的“海洋”里，越來越多的數(shù)字電子設(shè)備正在走進(jìn)我們的千家萬戶，那么什么是數(shù)字化技術(shù)？有什么優(yōu)點(diǎn)？讓我們一起走進(jìn)數(shù)字信號技術(shù)的基礎(chǔ)電路門電路。首先說明：在計算機(jī)中用二進(jìn)制數(shù)“0”和“1”表示假和真可以使計算速度加快。而在門電路中也用0和1表示條件不成立或成立。【新課內(nèi)容】1. 與門電路 實物投影課本實驗一如右圖:請同學(xué)們觀察與思考下列問題:(1)只有S1閉合，燈泡亮嗎？(2)只有S2閉合，燈泡亮嗎？(3)什么時候燈泡才亮？(4)假設(shè)開關(guān)閉合，邏輯“真”，用“1”表示，反之“假”用“0”表示；同理燈泡亮，用“1”，燈泡滅，用“0”，完成課本的真值表.如右圖所示。輸入輸出A（S1）B（S2）Z（Q）00011011教師:與門的輸出輸入看起來象數(shù)學(xué)的什么運(yùn)算？乘法教師：對，與門的“與”在邏輯上就是共同的意思，即當(dāng)全部條件共同具備時，才能產(chǎn)生一定的結(jié)果。與門符號如右。論書本利用二極管實現(xiàn)與門功能的電路圖。體會二極管的單向?qū)щ娦栽谶@里所起的作用。2. 或門電路 實物投影課本實驗二右圖:請同學(xué)們觀察與思考下列問題:(1)只有S1閉合，燈泡亮嗎？(2)只有S2閉合，燈泡亮嗎？(3)S1、S2同時閉合,燈泡亮嗎?輸入輸出A（S1）B（S2）Z（Q）00011011 (4)開關(guān)閉合，邏輯“真”，用“1”表示，反之“假”用“0”表示；同理燈泡亮，用“1”，燈泡滅，用“0”，請同學(xué)們完成課本上或邏輯真值表.（如右圖）或門符號: （如右圖）3. 非門電路 實物投影課本實驗三右圖:請同學(xué)們觀察與思考下列問題:(1) 燈泡什么時候亮?(2) 燈泡什么時候熄滅?輸入輸出SQ10 (3) 開關(guān)閉合，邏輯“真”，用“1”表示，反之“假”用“0”表示；同理燈泡亮，用“1”，燈泡滅，用“0”，請同學(xué)們完成課本上非邏輯真值表.非門符號如右圖。4. 門電路的應(yīng)用 三種基本的門電路在實踐中更多的是以組合的形式出現(xiàn)復(fù)合門電路,這此復(fù)合的門電路可以制成各種編碼器,譯碼器,計數(shù)器,觸發(fā)器,存儲器等,廣泛應(yīng)用于社會生產(chǎn)和人們生活中,如本節(jié)課開頭我們列舉的數(shù)字設(shè)備等.下面通過實驗來探究門電路的邏輯功能.（1）非門電路的應(yīng)用實例: 簡易火警報警器請同學(xué)們看書本P85，右下角的圖。討論其電路結(jié)構(gòu)。請大家畫成常見的電路圖形式。（如右圖所示）可以看出，該電路圖是一個應(yīng)用非門構(gòu)成的電路圖中R是可變電阻，R是一個熱敏電阻，L是一個蜂鳴器，G是一個非門。請大家回顧上一節(jié)課的分組實驗中，老師請你們測過熱敏電阻，它有什么特點(diǎn)？（溫度升高時阻值降低）對，這是一種負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，當(dāng)溫度較低時，熱敏電阻的電阻值非常大，而在電路中是由R和R串聯(lián)分壓。R遠(yuǎn)大于R;使A點(diǎn)表現(xiàn)為高電勢1，輸出為0，蜂鳴器兩端無電勢差，不發(fā)聲。而當(dāng)火警發(fā)生時，熱敏電阻的阻值就會降低，從而遠(yuǎn)小于電阻R的阻值從而使輸入端A點(diǎn)的電勢接近0，非門輸出端為高電勢，這樣蜂鳴器兩端獲得一個能發(fā)聲的工作電壓，蜂鳴器就會發(fā)出聲音報警拓展 由于電阻R和R之間存在一個分配電壓的問題，因此，調(diào)節(jié)可變電阻尺，可以改變報警器的靈敏度想一想，為了使報警器更靈敏，R應(yīng)取得大一些，還是小一些?（2）與門電路的應(yīng)用實例：溫度和水位自動控制電路（如書P85）在鍋爐、冰箱、空調(diào)和熱水器等用電器上都需要溫度控制。比如熱水器，我們希望設(shè)定溫度為80ºC的話，要是水溫經(jīng)散熱后一低于該設(shè)定，就能自動加熱。但是又要防止一個危險，如果水位低于某處，加熱器是不能啟動的，因為這時內(nèi)部空氣多，加熱容易使容器爆裂。請大家思考一下，這里的條件和加熱器啟動的結(jié)果之間有什么邏輯關(guān)系？可以用什么門電路來實現(xiàn)？學(xué)生討論把溫度低于設(shè)定值做為一個條件；把水位高于臨界線做為一個條件，只有當(dāng)兩個條件都是真1的情況，加熱器才能啟動1；這是與的關(guān)系。教師：很好。我們來看看書上的電路圖，請大家具體討論一下，A的電勢高低是怎樣表達(dá)了溫度高時為0，溫度低時為1的條件的？（類似于火警報警器，可用Y與RT串聯(lián)分壓來解釋）B的電勢為什么又和水位能聯(lián)系起來？（當(dāng)水位低時，R所在線斷路，R為等勢體，其電勢為零，水位高與接觸器時，R電路接通，B電勢為+5V輸入為1）而J為繼電器，教師簡單畫出電磁鐵和銜鐵，略述繼電器的構(gòu)造和原理。但AB條件同時成立時輸出的Z為高電勢1，所以J兩端有電勢差，將有電流產(chǎn)生磁性，吸引銜鐵，接同加熱電路。使水溫升高。5. 鞏固練習(xí)：手冊例3要求學(xué)生用兩個門電路實現(xiàn)三人表決的功能（先一或門再一與門）小結(jié)門電路可以看作是一種條件開關(guān)。它有一個或多個輸入端和一個輸出端。只有當(dāng)輸入信號滿足一定的條件時，門才開啟，信號才能通過。條件得不到滿足，門就關(guān)閉，信號就不能通過。換句話說，門電路的輸出和輸入之間存在著一定的邏輯關(guān)系。不同的門電路，輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系也不同。【課后作業(yè)】【課后反思】