上海地區(qū)優(yōu)秀高一物理 第九章 D 簡單邏輯電路教案 滬科版

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1、 高考資源網(wǎng)第九章 D 簡單邏輯電路 一、教學任務分析 “簡單邏輯電路”是按新課程標準加入的全新的知識。按照課程標準的要求，讓學生認識最基本的邏輯電路，為下一節(jié)開展學習包－“自動控制與模塊機器人”的學習做好準備。 學習本節(jié)內(nèi)容所需準備的知識和技能主要有：（1）電子技術的初步知識；（2）電路的組成和簡單的串聯(lián)高考資源網(wǎng)、并聯(lián)組合電路知識。 通過演示實驗，介紹模擬信號和數(shù)字信號，模擬電路和數(shù)字電路概念。 通過開關電路模擬實驗，理解開關在電路中的作用以及反映的邏輯關系，然后用數(shù)字電路替代模擬電路中的開關實現(xiàn)相同作用和邏輯關系，從而使學生認識各種邏輯電路的功能。 通過實例分析和

2、實驗驗證，理解“與”門、“或”門、“非”門在實際電路中的應用。在簡單邏輯電路應用中，進一步理解電勢概念和分壓原理。 通過設計簡單組合邏輯電路，在學習中解決生產(chǎn)、生活中的實際問題，感受模塊化設計的思想。 通過“觀察實驗－分析現(xiàn)象－概括歸納”這一基本程序，讓學生理解物理概念的形成過程，體會抽象出物理概念所用的科學研究方法。其中，“或”門、“非”門概念的形成過程和“與”門概念形成過程相類似，因此要特別注意類比這一科學研究方法在教學過程中所起的作用。 二、教學目標 1、知識與技能 （1）知道模擬信號和數(shù)字信號，模擬電路和數(shù)字電路的概念。 （2）知道最基本的邏輯電路的功能：“與”門、“或”門

3、、“非”門的開關電路，邏輯關系，符號，真值表，* 邏輯表達式及輸入輸出信號變化規(guī)律。（注：“*”為選學內(nèi)容，下同） （3）學會識別各種不同的門電路，初步學會分析和設計較簡單的邏輯電路。 （4）在簡單邏輯電路應用中理解電勢概念和分壓原理，理解“與”門、“或”門、“非”門在實際電路中的應用。 （5）知道可變電阻、熱敏電阻、光敏電阻，常用傳感器等元件的特性和符號。 （6）* 知道簡單組合邏輯電路：“與非”，“或非”，“與或”，“與或非”門的邏輯功能。 2、過程與方法 （1）通過觀察實驗，對比分析實驗現(xiàn)象，歸納概括現(xiàn)象本質(zhì)的過程，感受研究自然科學的一般方法，鍛煉和提高思維能力。 （2）通

4、過模擬電路與數(shù)字電路的比較，認識類比的思想方法。 （3）通過對邏輯電路應用實例的分析和實驗探究，經(jīng)歷實驗探究的一般過程。 （4）在設計簡單組合邏輯電路的過程中，認識模塊化設計的思想方法。 3、情感、態(tài)度與價值觀 （1）通過介紹信息技術和數(shù)字電路的發(fā)展歷史，數(shù)字電路應用的社會調(diào)查，體驗信息技術對人類文明和社會進步的影響，領略數(shù)字電路的優(yōu)點。 （2）通過門電路在生產(chǎn)、生活中應用實例的分析，激發(fā)學習興趣，形成“生活蘊藏著物理，物理服務于生活”的科學認識觀。 三、教學重點和難點 教學重點：三種最基本邏輯電路的功能。 教學難點： （1）理解“與”門、“或”門、“非”門在實際電路中的應用

5、。 （2）* 簡單組合邏輯電路的邏輯功能及其應用。 四、教學資源 1、器材： （1）實物展示：聲控玩具狗，自動控制彩燈，簡易火警報警器，避障小車等。 （2）“與”門、“或”門、“非”門開關電路的演示實驗：電源，小燈泡，電鍵等。 （3）研究“與”門、“或”門、“非”門輸入、輸出信號之間邏輯關系的學生實驗：邏輯電路實驗器。 （4）其他配套器材。 2、課件：自制課件、Flash動畫等。 五、教學設計思路 本設計的內(nèi)容主要包括四個方面：一是邏輯電路的基本概念；二是“與”門、“或”門、“非”門的功能；三是門電路在生產(chǎn)、生活中的應用；四是簡單組合邏輯電路的功能。 本設計的基本思路是：

6、以實物展示、實驗探究、PPT演示和實例分析為基礎，通過觀察實驗、分析現(xiàn)象、歸納結論、實際應用、知識遷移，理解門電路的功能及其應用。 本設計要突出的重點是：三種最基本邏輯電路的功能。方法是：通過實例分析、引出“與”、“或”、“非”邏輯關系；通過門電路開關的演示，列表記錄開關通斷與每種情況所對應的燈泡亮暗變化；通過對開關電路的數(shù)字化，引出真值表；然后，給出門電路的定義，電路符號，*邏輯表達式；最后，通過邏輯電路實驗器，研究門電路輸入與輸出信號之間變化的規(guī)律。 本設計要突破的難點是：理解“與”門、“或”門、“非”門在實際電路中的應用；簡單組合邏輯電路的邏輯功能及其應用。方法是：通過介紹開關、可變

7、電阻、熱敏電阻、光敏電阻等相關知識，了解它們的特性、符號及其表示方法；通過實例分析、自主活動，運用電勢概念和分壓原理，明確門電路的功能；* 通過簡單組合邏輯電路的設計，引出模塊化設計的思想。 本設計強調(diào)新知識與生產(chǎn)、生活、科技的聯(lián)系，重視基本概念的形成過程以及伴隨這一過程的科學方法，引導學生關心生活，發(fā)現(xiàn)物理知識的應用價值，著重培養(yǎng)學生觀察、分析、歸納的能力。 完成本設計的教學任務需2課時。 六、教學流程 活動VI 拓展聯(lián)想 模塊化 思想 或非門 與或門 與或非門 或非門 組合邏輯 電路 問題I 設問 邏輯電路和門電路 模擬電路 和 數(shù)字電路

8、 模擬信號 和 數(shù)字信號 情景 實驗 大家談 活動III “與”門應用 活動IV “或”門應用 活動V “非”門應用 活動II 類比探究 交流評價 “非”門的功能 “或”門的功能 活動I 實例分析 電路模擬 邏輯電路 實驗 “與”門的功能 1、 教學流程圖 2、教學流程圖說明及主要環(huán)節(jié) 情景 實驗，大家談 先進行聲控玩具狗，自動控制彩燈，簡易火警報警器，避障小車等實物展示及功能演示，然后以“大家談”的形式討論、

9、交流生產(chǎn)生活中常見自動控制電路，打開思路，為引入邏輯電路的概念做好準備。 問題 設問I 通過設問“這些產(chǎn)品的原理是怎樣的，它的功能是如何實現(xiàn)的呢？”，引出邏輯電路的基礎知識的學習。 活動Ⅰ 實例分析 電路模擬 DIS實驗 通過實例分析、門電路開關的演示、開關電路的數(shù)字化，得出“與”的定義，電路符號，真值表，*邏輯表達式；通過邏輯電路實驗器，研究“與”門電路輸入、輸出信號之間變化的規(guī)律。 活動Ⅱ 類比探究 交流評價 類比建立“與”門的方法，通過小組探究，交流評價，建立“或”門和“非”門的概念，理解“或”門、“非”門的功能。 活動III IV V “與”、“或”、“非”門的

10、應用 通過實例分析、實驗探究，運用電勢概念和分壓原理，理解門電路在實際中的運用。 活動VI * 拓展聯(lián)想 通過設問“如何根據(jù)不同的設計要求，實現(xiàn)較為復雜的自動控制功能”，引出組合邏輯電路的概念及其功能的學習，感受模塊化設計思想。 2、教學的主要環(huán)節(jié) 本設計可分為三個主要的教學環(huán)節(jié)： 第一環(huán)節(jié)，創(chuàng)設情景、設疑激趣 通過聲控玩具狗，自動控制彩燈等演示實驗創(chuàng)設情景，激發(fā)興趣，通過設問設疑，并引入課題。 第二環(huán)節(jié)，示范引領、拋磚引玉 采用“數(shù)字信號→數(shù)字電路→邏輯電路→門電路”遞進方式，通過實驗觀察和分析，激發(fā)學生自主活動，知道簡單邏輯電路。 第三環(huán)節(jié)，小組活動，類比探究

11、 讓學生在自主活動中，通過實驗觀察、類比探究，認識簡單邏輯電路的基本結構和工作原理。 第四環(huán)節(jié)：聯(lián)系實際，學以致用 選擇聯(lián)系實際的實例，通過自主活動和實驗探究，了解簡單邏輯電路在實際中的應用。 第五環(huán)節(jié)：拓展聯(lián)想，知識遷移 通過拓展聯(lián)想，引出簡單組合邏輯電路，以拓展學生的思維活動空間，提高知識遷移的能力。 七、教案示例 （一）創(chuàng)設情景、設疑激趣 數(shù)字化、信息化的時代，信息技術迅猛發(fā)展。我們身邊的數(shù)碼產(chǎn)品、家用電器、計算機、DIS實驗等都離不開邏輯電路。例如： 實驗：聲控玩具狗，自動控制彩燈，簡易火警報警器，避障小車燈實物展示及功能演示。 大家談：生活中還有哪些常見的自動控

12、制電路？ 提出問題：這些產(chǎn)品的原理是怎樣的，它的功能是如何實現(xiàn)的呢？ （二）示范引領、拋磚引玉 在解釋這些現(xiàn)象之前，先讓我們了解一下邏輯電路的基礎知識。 1、 數(shù)字信號→數(shù)字電路→邏輯電路→門電路 1）模擬信號和數(shù)字信號 模擬信號：電壓信號隨時間連續(xù)變化的電信號，如圖1。 數(shù)字信號：電壓信號不連續(xù)變化的電信號，如圖2。 t 圖2 U 0 U t 圖1 0 2）模擬電路和數(shù)字電路 模擬電路：處理模擬信號的電路。 數(shù)字電路：處理數(shù)字信號的電路。 3）邏輯電路和門電路： 邏輯電路：數(shù)字電路的基本單元。 門電路：邏輯電路中最基本的電路。

13、 下面，我們將學習數(shù)字電路中最基本的邏輯電路－門電路。 2、 “與”門 【實例分析】：簡單防盜報警器：當放在保險箱前地板上的按鈕開關被腳踩下而閉合同時安裝在保險箱內(nèi)的光敏電阻被手電筒照射時就會發(fā)出鳴叫聲。 1）“與”邏輯關系：有兩個控制條件作用會產(chǎn)生一個結果，當兩個條件都滿足時，結果才會成立，這種關系稱為“與”邏輯關系。 【開關電路實驗】模擬“與”邏輯關系，如圖3 （1）列表記錄開關通斷與每種情況所對應的燈泡亮暗情況，見表1。 （2）開關電路的數(shù)字化：規(guī)定開關閉合為 “1”, 斷開為 “0”； 燈泡 L 亮為 “1”, 燈 L 滅為“0”， 見表2。 條件 結果 開關

14、S1 開關S2 燈泡L 斷 斷 滅 斷 合 滅 合 斷 滅 合 合 亮 條件 結果 開關S1 開關S2 燈泡L 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 輸入 輸出 A B Z 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 圖3：開關電路模擬“與”邏輯 表1：燈泡亮暗變化情況 表2：開關電路數(shù)字化 表3：真值表 2）“與”門的定義，電路符號，真值表，*邏輯表達式 （1） “與”門：輸入 A 與輸入 B 均是高電勢時 , 輸出 Z 才是高電勢的邏輯電路。 圖4 （2

15、）電路符號：如圖4。 （3）真值表：見表3。 （4）*邏輯表達式：Z=A·B 3）“與”門的輸入與輸出信號之間的關系 【實驗】研究“與”門輸入與輸出信號之間的邏輯關系 （1）實驗器材：邏輯電路實驗器 （2）實驗步驟： （a）將兩只開關模塊分別插入與門模塊的輸入端，小燈模塊插入與門模塊的輸出端，如圖5所示。 圖5 （b）接通電源，當開關的邏輯狀態(tài)為“1”時，與門模塊上對應的綠色指示燈點亮；邏輯狀態(tài)為“0”時，對應的指示燈熄滅。 （c）兩只開關有4種邏輯組合（00，01，10，11），觀察每種邏輯組合對應的小燈泡的亮暗情況。 （3）實驗結論：“與”門電路輸入、輸出信號的規(guī)律：

16、有低出低，全高出高。 4）思考與討論：談談生活中哪些事例體現(xiàn)了“與” 邏輯關系。 （三）小組活動，類比探究 類比建立“與”門的同樣方法，建立“或”門和“非”門的概念。要求：描述邏輯關系，會用開關電路模擬邏輯關系，給出門電路的定義，電路符號，真值表，*邏輯表達式，研究輸入與輸出信號之間的邏輯關系。 （小組探究，交流評價） 以下僅供參考： 3、 “或”門 【實例分析】車門報警電路：當任意一個車門沒有關好時，報警器發(fā)出警報。 1）“或”邏輯關系：在幾個控制條件中，只要有一個條件得到滿足，結果就會發(fā)生，這種關系稱為“或”邏輯關系。 【開關電路實驗】模擬“或”邏輯關系，如圖6 1）

17、列表記錄開關通斷與每種情況所對應的燈泡亮暗情況，見表4。 2） 開關電路的數(shù)字化；規(guī)定開關閉合為 “1”, 斷開為 “0”； 燈泡 L 亮為 “1”, 燈 L 滅為“0”，見表5。 條件 結果 開關S1 開關S2 燈泡L 斷 斷 滅 斷 合 亮 合 斷 亮 合 合 亮 條件 結果 開關S1 開關S2 燈泡L 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 輸入 輸出 A B Z 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 圖6：開關電路模擬“或”邏輯 表4：燈泡亮

18、暗變化情況 表5：開關電路數(shù)字化 表6：真值表 2） “或”門的定義，電路符號，真值表，*邏輯表達式： （1）“或”門：輸入 A 與輸入 B任一個或者兩個都為高電勢時, 輸出 Z 才是高電勢的邏輯電路。 圖7 （2）電路符號：如圖7。 （3）真值表：見表6。 （4）*邏輯表達式：Z＝A+Ｂ 3） “或”門電路的輸入與輸出信號之間的關系 【實驗】研究“或”門輸入與輸出信號之間的邏輯關系 （1）實驗器材：邏輯電路實驗器 （2）實驗步驟： 圖8 （a）將兩只開關模塊分別插入或門模塊的輸入端，小燈模塊插入或門模塊的輸出端，如圖8所示。 （b）接通電源，當開關的邏輯狀態(tài)

19、為“1”時，或門模塊上對應的綠色指示燈點亮；邏輯狀態(tài)為“0”時，對應的指示燈熄滅。 （c）兩只開關有4種邏輯組合（00，01，10，11），觀察每種邏輯組合對應的小燈泡的亮暗情況。 （3）實驗結論：“或”門電路輸入、輸出信號的規(guī)律：全低出低，有高出高。 （4）思考與討論：談談生活中哪些事例體現(xiàn)了“或” 邏輯關系。 4、“非”門 【實例分析】簡易的火警報警電路：正常情況下電鈴不響，當火警發(fā)生時電鈴響起。 1）“非”邏輯關系：輸出狀態(tài)和輸入狀態(tài)相反的邏輯關系，叫做“非”邏輯。 【開關電路實驗】模擬“非”邏輯關系，如圖9 1） 列表記錄開關通斷與每種情況所對應的燈泡亮暗情況，見表7。

20、 2） 開關電路的數(shù)字化；規(guī)定開關閉合為 “1”, 斷開為 “0”； 燈泡 L 亮為 “1”, 燈 L 滅為“0，見表8。 條件 結果 開關S 燈泡L 斷 亮 合 滅 條件 結果 開關S 燈泡L 0 1 1 0 輸入 輸出 A Z 0 1 1 0 圖9：開關電路模擬“非”邏輯 表7：燈泡亮暗變化情況 表8：開關電路數(shù)字化 表9：真值表 圖10 2）“非”門的定義，電路符號，真值表，*邏輯表達式： （1） “非”門：輸入 A 為高電勢時輸出 Z 為低電勢 , 輸入 A 為低電勢輸出 Z 為高電勢的邏輯電路，又叫反相器

21、。 （2）電路符號：如圖10。 （3）真值表：見表9。 圖11 （4）*邏輯表達式：Z＝ 3）“非”門電路的輸入與輸出信號之間的關系 【實驗】研究“非”門輸入與輸出信號之間的邏輯關系 （1）實驗器材：邏輯電路實驗器 （2）實驗步驟： （a）將一只開關模塊插入非門模塊的輸入端，小燈模塊插入非門模塊的輸出端，如圖11所示。 （b）接通電源，當開關的邏輯狀態(tài)為“1”時，或門模塊上對應的綠色指示燈點亮；邏輯狀態(tài)為“0”時，對應的指示燈熄滅。 （c）一只開關有2種邏輯組合（0，1），觀察兩種邏輯組合對應的小燈泡的亮暗情況。 （3）實驗結論：“非”門電路輸入、輸出信號的規(guī)律：逢低出

22、高，逢高出低。 （4）思考與討論：談談生活中哪些事例體現(xiàn)了“非” 邏輯關系。 （四）聯(lián)系實際，學以致用 1、“與”門應用 簡單防盜報警器：當放在保險箱前地板上的按鈕開關被腳踩下而閉合同時安裝在保險箱內(nèi)的光敏電阻被手電筒照射時就會發(fā)出鳴叫聲。（如圖12） 圖13 上開關 光傳感器 蜂鳴器 ＋5V 0V ＆ 圖12 R0 S Z R2 R1 A B 原理：當盜賊踩到裝在保險箱前地板上的按鈕開關S時，“與”門的A輸入端變?yōu)楦唠妱?；同時若安裝在保險箱內(nèi)的光敏電阻受到光照，其電阻值將變小，使“與”門的B輸入端也變?yōu)楦唠妱?/p>

23、，根據(jù)“與”門的特點輸出端Z變?yōu)楦唠妱?，電鈴報警? 實驗驗證：如圖13所示。將“上開關”模塊和“光照傳感器”模塊分別插入與門模塊的輸入端，將“蜂鳴器”模塊插入與門模塊的輸出端。 2、“或”門應用 簡單1證iyan