自制門電路實驗綜合演示儀

“簡單的邏輯電路”是高中物理在新課改教材中增添的內容，安排在人教版高中物理選修3－1第二章第10節。

在這一節內容的教學過程中發現，教材對“與”、“或”、“非”三種邏輯關系的講解中，用下面的圖一、圖二、圖三讓學生分別理解“與”、“或”、“非”三種邏輯關系。

學生本來很容易就可理解，但在接下來的圖四、圖五的演示實驗中，要讓學生在實際有意義的控制電路中，體驗“與”、“或”邏輯關系時，老師在制作實驗電路時有些麻煩，至少做兩個，同時效果還不明顯。

學生在理解時又比較困難，如不做這兩個演示實驗，學生在理解邏輯電路的應用時又確實有些困難。

在教材第75頁例題當中，就有不少學生甚至一些老師都認為，熱敏電阻Rt和右邊的邏輯電路及工作電路是并聯關系。

而實際上，僅僅x點的電平跟后面的門電路存在著邏輯關系，即只有Rt和R之間存在著串聯關系。

通過演示實驗可讓學生明確知道：中學生在邏輯電路的學習中不需要知道“門”的工作原理和過程，只要知道輸入和輸出之間的結果關系就行，但輸入部分的電位(電勢)變化要會分析。

教材3－1第73、74頁圖：

教材第75頁例題：

例題圖六是一個火警報警裝置的邏輯電路Rt是熱敏電阻，低溫時電阻值很大，高溫時電阻值小，R是阻值較小的分壓電阻。

(1)要做到低溫時電鈴不響，火警時產生高溫，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，即要把報警溫度調得較低，R的值應大一些還是小一些?

我設計的實驗裝置如圖七、圖八。

整個實驗裝置由電子百拼模型當中的元件和器材拼搭而成，器材獲取容易，一般較大超市中都有。

選用本實驗裝置，老師能很方便地操作多個實驗，學生能很明顯地觀察實驗結果，輸入和輸出之間的邏輯關系一目了然。

通過調節滑動變阻器，既能讓學生理解例題中的靈敏度問題，又能讓學生理解圖中x點的電位高低決定輸入中的邏輯結果，即x點的電位比“門檻電位”高時輸入為“1”，比“門檻電位”低時輸入為“0”。

電路圖如圖九。

工作原理：

由BG1和BG2形成對管，擴大三極管的放大倍數，提高控制電路的靈敏度，光照越強，光敏電阻R4的阻值越小，通過調節R3的大小可調節光控電路的靈敏度，將R3的滑動端滑到最上端時，光控部分不起控，閉合總電源開關S，同時閉合開關K1，K2，放大電路可正常工作，當K3、K4中有任何一個閉合時，放大電路輸入端有電流，燈L亮。將R3的滑動端滑到接近下端時，光控部分起控。

控制原理：

光強決定光敏電阻的阻值，由串聯分壓的關系，滑動端電勢(電位)隨光敏電阻的阻值變化而變化，光照越強，光敏電阻的阻值越小，滑動端的電位越低。由于對管的放大倍數很大，在此相當于一個電子開關，滑動端電勢較高，電子開關閉合，滑動端電勢較低，電子開關斷開。

即有較強光照時，滑動端電位低，電子開關斷開，燈泡L不亮；光照較弱或無光照時，滑動端電位高，電子開關閉合，燈泡L亮。

一、操作和使用方法：

1 “與”門電路演示

將R3的滑動端滑到最上端，閉合s，閉合K3或K4，先斷開K1、K2并指給學生看，然后分別閉合K1、K2，讓學生觀察燈泡發光情況，最后同時閉合K1、K2，讓學生觀察燈泡發光情況，寫出輸入與輸出的邏輯真值表。

2 “或”門電路演示

將R3的滑動端滑到最上端，閉合s，閉合K1和K2，先同時斷開K3、K4并指給學生看，然后分別閉合K3、K4，讓學生觀察燈泡發光情況，最后同時閉合K3、K4，讓學生觀察燈泡發光情況，寫出輸入與輸出的邏輯真值表。

3 “非”門電路演示

將R3的滑動端滑到最下端(越靠下光控電路越靈敏)，閉合K1、K2和K3，斷開s，將該演示儀拿到教室內采光最好的位置。先將光敏電阻正對光源，閉合s，強調學生認真觀察小燈泡的發光情況(此時小燈泡不亮)，然后用手提著電路板邊沿(不遮擋任何電學元件)，緩慢轉動電路板直到光敏電阻完全背對光源，讓學生觀察燈泡發光情況(小燈泡逐漸變亮)，寫出輸入與輸出和邏輯真值表。

4 例題中的靈敏度講解

將R3的滑動端滑到不同位置，重復“非”門電路演示過程，讓學生理解滑動變阻器阻值變化與輸入端電位變化的關系。

二、注意事項：

1 當教室采光條件不好時，“非”門電路的演示需另帶小手電；

2 為增添實驗的趣味性，可將小燈泡換成蜂鳴器，但上課前要先自己調整好音量，以免影響別的班級上課。

三、實際教學中的體會

使用本實驗裝置，只利用一套實驗裝置能同時演示三個演示實驗，并能利用它突破例題講解中的難點，是老師教學的好幫手。

同時，能很好地活躍課堂教學氣氛，增強課堂教學效果，培養學生的物理學習積極性，也能為學生以后學習傳感器部分的知識點奠定基礎。