高中物理實驗教學中天平砝碼優(yōu)化組合運用實例分析
   一直以來，天平都始終作為經典、的儀器，已經受到人們的普遍認可。但是在物理實驗教學實際應用中，有學生發(fā)現(xiàn)一個新的問題，也可以看作該生對天平砝碼組新的見解。在某節(jié)物理課中，筆者向學生提出這樣一個問題：“我們在實驗中一直使用的天平，你們能夠找出它存在的缺點嗎？"作為一個開放性的問題，每一位學生都積極地發(fā)表自己的意見和看法，有的學生認為：“雖然利用天平能夠得出十分的答案，但是調節(jié)過程太麻煩，如果能夠發(fā)明出自動調節(jié)平衡裝置就好了。"有的學生認為：“天平的外形是固定的，在為固體稱重的時候很容易，但如果需要測量液體的話，就比較麻煩，如果左側的托盤能夠換成托杯就方便多了。"其中有位學生提出：“我認為天平中砝碼的組合數值并不是十分合理，如果能用‘1、2、4、8’代替原來的‘1、2、2、5’就好了。"這個想法十分新穎，筆者就問：“為什么換成‘1、2、4、8’更加合理呢？"他回答說：“因為這樣能夠測量的范圍得到擴大，同時整體操作也更加簡單。"以下是該生的想法和思考過程。之前在教學的過程中向學生說過，天平中的砝碼和人民幣面值、拔插式電阻箱數值一樣，都是采用“1、2、2、5"組合的，根據這四個數，就能夠將1～10中的數值表示出來，具體如表 1 所示

   在實際應用過程中，由于操作比較麻煩，這位學生就考慮為什么必須用這四個數進行組合呢？如果用其他的數字，是不是也能組合出來呢？然后他就用其他數字組合進行嘗試，終得出用“1、2、4、8"這四個數也能夠自由組合出 1 ～ 10 的數值，甚至可以將 11 ～15 表達出來。這樣如果帶入天平砝碼中就會出現(xiàn)這種情況：雖然也是四個碼，但是能夠測量的物體重量增加了 50%，這也就表示天平的使用范圍得到擴大。然后這位學生就找出自己原來使用的天平砝碼，將 5 g 的砝碼改成 4 g，將 10 g 的砝碼改成 8 g，進而得到一組新的砝碼用具。他在不斷的嘗試過程中發(fā)現(xiàn)，如果想利用所選取的數值進行組合，終得出的數值是前后連續(xù)的，那么所選用的數值就需要等于前面已選數值之和，再加上1就行了。比如：已經選擇的數值為 1 和 2，要想得出后面的數值，只需要將1+2+1即可，得出4，這表示1和2后面再選取的數值就是4；再將 1+2+4+1=8，即 4 后面所選取的數值為 8。根據這算規(guī)律，在十位數值中所選取的就是 10、20、40、80。這樣一來，改進后的八個砝碼的總和為 165，要遠大于原來的110 [7] 。表 2 為根據“1、2、4、8"表示 1 ～ 15 的數值。通過比較表 1 和表 2 可以看出，天平砝碼在優(yōu)化組合之后，復雜程度并沒有增加，而所表示的數值也從原先的10 擴大至 15，其優(yōu)勢較為顯著。下面以 1 ～ 10 數值為例，將原先砝碼組合與優(yōu)化砝碼組合進行對比，具體如表 3 所示。利用表 3 可以看出，如果僅僅表示 1 ～ 10 之內的數值，通過優(yōu)化后的砝碼組合，只需要用三個砝碼就能夠完整地表示出來，而原先的砝碼則需要全部使用才能夠表示出來。由此可以看出，優(yōu)化后的砝碼組合優(yōu)勢更加明顯

  結語
通過上述分析可以得出，雖然天平中砝碼組利用原先基準砝碼“1、2、2、5"進行組合，也能夠將待測物體的質量準確測量出來，但是由于受到一定限制，如果物體質量出數值組合范圍，則實驗就不能繼續(xù)開展下去；通過優(yōu)化組合，將砝碼組的基準砝碼調整為“1、2、4、8"，這樣一來，不僅擴大了測量數值范圍，而且在表示相同數值的時候，優(yōu)化后的砝碼組更加簡單。因此，可以根據這一結果，對高中物理實驗教學中天平中的砝碼組進行優(yōu)化組合。雖然一直以來在高中物理中所使用的天平砝碼組都是按照“1、2、2、5"進行組合，但這并不代表這種組合方式就是佳的，學生可以根據具體使用情況，提出相應的改進和優(yōu)化建議，促進實驗教學更好地開展

   高中物理實驗教學中天平砝碼優(yōu)化組合運用實例分析