物理：4.4《逻辑电路与自动控制》教案（鲁科版选修3-1）

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第4节 逻辑电路与自动控制
【教学目的】
1、认识与、或、非门电路的逻辑符号，知道它们的逻辑真值关系；
2、能对与门、或门、非门电路进行简单的应用．由这三种基本门电路组成的复合门电路广泛应用于自动控制、数控车床、全自动洗衣机的程序控制等方面
【教学重点】
三种门电路的逻辑功能
【教学难点】
理解逻辑关系的涵义以及动手操作验证基本门电路的逻辑功能
【教学媒体】多媒体课件、电学实验箱
【教学安排】
【新课导入】
新课引入:让学生列举我们家庭生活中有哪些数字设备
提出问题:这些数字设备是如何工作的 它们是如何记录信号和传输信号的 我们就像生活在数字化技术的“海洋”里，越来越多的数字电子设备正在走进我们的千家万户，那么什么是数字化技术？有什么优点？让我们一起走进数字信号技术的基础电路——门电路。
首先说明：在计算机中用二进制数“0”和“1”表示假和真可以使计算速度加快。而在门电路中也用0和1表示条件不成立或成立。
【新课内容】
1. 与门电路
实物投影课本实验一——如右图:
请同学们观察与思考下列问题:
(1)只有S1闭合，灯泡亮吗？
(2)只有S2闭合，灯泡亮吗？
(3)什么时候灯泡才亮？
(4)假设开关闭合，逻辑“真”，用“1”表示，反之“假”用“0”表示；同理灯
泡亮，用“1”，灯泡灭，用“0”，完成课本的真值表.如右图所示。
输入 输出
A（S1） B（S2） Z（Q）
0 0
0 1
1 0
1 1
教师:与门的输出输入看起来象数学的什么运算？
——乘法
教师：对，与门的“与”在逻辑上就是共同的意思，即当全部条件共同具备时，才能产生一定的结果。
与门符号如右。
论书本利用二极管实现与门功能的电路图。体会二极管的单向导电性在这里所起的作用。
2. 或门电路
实物投影课本实验二—右图:
请同学们观察与思考下列问题:
(1)只有S1闭合，灯泡亮吗？
(2)只有S2闭合，灯泡亮吗？
(3)S1、S2同时闭合,灯泡亮吗
输入 输出
A（S1） B（S2） Z（Q）
0 0
0 1
1 0
1 1
(4)开关闭合，逻辑“真”，用“1”表示，反之“假”用“0”表示；同理灯泡亮，用“1”，灯泡灭，用“0”，请同学们完成课本上或逻辑真值表.（如右图）
或门符号: （如右图）
3. 非门电路
实物投影课本实验三—右图:请同学们观察与思考下列问题:
(1) 灯泡什么时候亮
(2) 灯泡什么时候熄灭
输入 输出
S Q
1
0
(3) 开关闭合，逻辑“真”，用“1”表示，反之“假”用“0”表示；同理灯泡亮，用“1”，灯泡灭，用“0”，请同学们完成课本上非逻辑真值表.
非门符号如右图。
4. 门电路的应用
三种基本的门电路在实践中更多的是以组合的形式出现复合门电路,这此复合的门电路可以制成各种编码器,译码器,计数器,触发器,存储器等,广泛应用于社会生产和人们生活中,如本节课开头我们列举的数字设备等.下面通过实验来探究门电路的逻辑功能.
（1）非门电路的应用实例: 简易火警报警器——请同学们看书本P85，右下角的图。讨论其电路结构。请大家画成常见的电路图形式。（如右图所示）
可以看出，该电路图是一个应用非门构成的电路．图中R是可变电阻，R’是一个热敏电阻，L是一个蜂鸣器，G是一个非门。
请大家回顾上一节课的分组实验中，老师请你们测过热敏电阻，它有什么特点？（温度升高时阻值降低）——对，这是一种负温度系数的热敏电阻，当温度较低时，热敏电阻的电阻值非常大，而在电路中是由R和R’串联分压。R’远大于R;使A点表现为高电势——1，输出为0，蜂鸣器两端无电势差，不发声。而当火警发生时，热敏电阻的阻值就会降低，从而远小于电阻R的阻值．从而使输入端A点的电势接近0，非门输出端为高电势，这样蜂鸣器两端获得一个能发声的工作电压，蜂鸣器就会发出声音报警．
[拓展] 由于电阻R和R’之间存在一个分配电压的问题，因此，调节可变电阻尺，可以改变报警器的灵敏度．想一想，为了使报警器更灵敏，R应取得大一些，还是小一些
（2）与门电路的应用实例：温度和水位自动控制电路（如书P85）
在锅炉、冰箱、空调和热水器等用电器上都需要温度控制。比如热水器，我们希望设定温度为80 C的话，要是水温经散热后一低于该设定，就能自动加热。但是又要防止一个危险，如果水位低于某处，加热器是不能启动的，因为这时内部空气多，加热容易使容器爆裂。请大家思考一下，这里的条件和加热器启动的结果之间有什么逻辑关系？可以用什么门电路来实现？
学生讨论——把温度低于设定值做为一个条件；把水位高于临界线做为一个条件，只有当两个条件都是真——1的情况，加热器才能启动——1；这是与的关系。
教师：很好。我们来看看书上的电路图，请大家具体讨论一下，A的电势高低是怎样表达了温度高时为0，温度低时为1的条件的？（类似于火警报警器，可用Y与RT串联分压来解释）B的电势为什么又和水位能联系起来？（当水位低时，R所在线断路，R为等势体，其电势为零，水位高与接触器时，R电路接通，B电势为+5V——输入为1）
而J为继电器，教师简单画出电磁铁和衔铁，略述继电器的构造和原理。但AB条件同时成立时输出的Z为高电势1，所以J两端有电势差，将有电流产生磁性，吸引衔铁，接同加热电路。使水温升高。
5. 巩固练习： 手册例3——要求学生用两个门电路实现三人表决的功能（先一或门再一与门）
小结——门电路可以看作是一种条件开关。它有一个或多个输入端和一个输出端。只有当输入信号满足一定的条件时，门才开启，信号才能通过。条件得不到满足，门就关闭，信号就不能通过。换句话说，门电路的输出和输入之间存在着一定的逻辑关系。不同的门电路，输出与输入之间的逻辑关系也不同。
【课后作业】
教材本节课后练习1、2
【课后反思】
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