巧選器材 優化方案

姜勝民

摘 要：靜電復印機是靜電力的重要應用，其過程復雜、晦澀難懂.本實驗方案創造性的運用自選器材模擬靜電復印，原理準確、過程完整、高效易行.學生在研討方案、實踐體驗的過程中，推理、論證、交流、創新，提升了科學素養.

關鍵詞：靜電復印;靜電吸附;靜電筆

文章編號：1008-4134（2019）17-0016中圖分類號：G633.7文獻標識碼：B

靜電復印機的利用極大地提高了辦公和學習的效率.靜電復印機是靜電現象應用的重要實例，在現行的各版高中物理教材中均有介紹.復印機利用了靜電吸附的原理，其工作流程包括：充電、曝光（形成靜電潛像）、顯影、轉印、定影、清除等環節，如圖1.但由于靜電復印的工作環節較多，學生理解接受有一定的難度.

以往常見的實驗方法：反復摩擦在玻璃板等透明絕緣體上書寫文字，通過吸附面粉、木屑等輕小微粒顯現出文字.通過摩擦讓玻璃板帶電雖然能形成靜電潛像但費時低效;面粉木屑并非帶電被吸附，與帶負電的墨粉被帶正電的硒鼓吸附的真實情況有差異;文字并沒有轉印到白紙上，復印的過程是不完整的.

為了給學生真實準確、直觀完整的體會，筆者經過反復嘗試自創了一套實驗方案.在教學應用的過程中價格低廉、簡單易行、效果明顯.

1 所需器材

實驗所需器材如圖2和圖3所示，如靜電棒、電容筆、有機玻璃板、白紙、鐵粉、金屬板.靜電棒、電容筆、有機玻璃板、鐵粉等要在網上購買.靜電棒內部含有一臺小型的范德格拉夫起電機，按下開關工作時棒前端帶上正電荷，起電高效安全，不受天氣影響.金屬板可用平行板電容器的鋁板來代替.白紙最好用印試卷的紙張，表面粗糙，可以吸附更多的鐵粉.

2 實驗方法和步驟

2.1 步驟1 形成靜電潛像

將電容筆放入靜電棒前端的內部，用棉花填充將電容筆固定住，并使電容筆前端的導電橡膠露出，形成一支“靜電筆”，如圖4所示.將有機玻璃板表面用濕布擦拭干凈，去掉表面的殘存電荷和灰塵.晾干后，一只手將有機玻璃板拿在空中，另一只手持“靜電筆”按下靜電棒的開關，在有機玻璃玻的上部書寫文字.“靜電筆”與有機玻璃板接近垂直，力度適當，有懸腕寫毛筆字的感覺.靜電棒提供的電荷充足，文字一遍寫成，不用反復描筆畫.至此在有機玻璃板上形成了由正電荷構成的靜電潛像.

2.2 步驟2 顯影

將鐵粉平攤在金屬板的一側，有機玻璃板帶靜電的一面向下平行貼近鐵粉，但不要與鐵粉相碰.另一只手觸摸金屬板，如圖5所示.玻璃板帶正電，此時會在金屬板上感應出負電荷，從而使鐵粉帶上負電.適當水平移動有機玻璃板，帶負電的鐵粉就吸附到玻璃板上顯現出文字，如圖6所示.

2.3 步驟3 轉印

有機玻璃板平放在桌面上，文字向上.將白紙平鋪于玻璃板上，下端用手按住.另一只手握住靜電棒，靜電棒的前端壓在白紙上，按下開關，讓靜電棒水平移動從白紙上掃過，如圖7所示.移動的速度慢一些，此時白紙帶上正電，將帶負電的鐵粉吸附上來.將白紙翻過來，文字已經呈現在白紙上，如圖8所示.但此時的文字是左右顛倒的.推理得出復印機經過光學系統曝光后在硒鼓上形成倒立的靜電潛像，轉印之后的文字才會與底稿相對應.

2.4 步驟4 清除

用濕布去除有機玻璃板上殘余的字跡，片刻晾干后重復步驟1、2、3，進行下一次的復印模擬實驗.注意在形成靜電潛像時，用“靜電筆”要左右反向書寫文字，最后轉印到白紙上的文字才是正確的.如圖9、圖10所示.

3 教學活動設計

筆者在課堂上并不直接展示此實驗方法，而是采用任務驅動的方式進行教學.教師提出任務——學生研究方案——教師分析演示——學生操作感悟，依此順序逐步實施.以此來培養學生的科學推理和質疑創新能力.

3.1 任務1：在有機玻璃板上用靜電棒書寫文字

依據已有的知識儲備，學生很容易想到用絲綢或泡沫摩擦玻璃板書寫文字.教師要肯定學生的想法是正確的，但有更為高效的方式——通過接觸帶電來書寫文字.教師向學生介紹靜電棒的原理與使用，之后進行步驟1.

3.2 任務2：將鐵粉吸附到有機玻璃板上顯現文字

學生提出：將有機玻璃板靠近鐵粉，利用帶電體吸引輕小物體的性質，就可吸附鐵粉.教師據此操作，吸附的鐵粉很少，字跡模糊.學生進一步思考提出：讓鐵粉帶上負電，被帶正電的琉璃板吸引.教師進行步驟2，學生驚喜地看到玻璃板上呈現出清晰的文字.

3.3 任務3：將有機玻璃板上的文字轉印到白紙上

學生提出：白紙平鋪在玻璃板上，用手壓一壓.教師操作后展開白紙，上面并沒有文字.學生研究后得出原因：玻璃板上的鐵粉較少，是固體而非液態，不能通過按壓的方式印在白紙上.學生繼續探尋方法提出：讓白紙帶上正電去吸附帶負電的鐵粉.教師進行步驟3，白紙上呈現出左右顛倒的文字.

3.4 任務4：在白紙上形成正確的文字

學生意識到在有機玻璃板上要左右反向書寫“靜電字”，學生親自操作體驗.由于本實驗方法陌生，學生若一遍不成功可進行步驟4，提高實驗的技巧與效果.當學生操作實驗成功后，教師揭示謎底：我們體驗的是靜電復印.

3.5 任務5：閱讀教材描述靜電復印的流程

學生在實驗的基礎上再閱讀教材，頭腦中自然會將靜態的文字圖片與實驗步驟相對應，轉化為動態的情境，理解起來輕松準確.當學生描述復印機的工作流程后，教師提出三點加深學生的理解：①有機光導體鼓（硒鼓）有怎樣的特性？②曝光時經底稿上的文字反射到硒鼓上的是強光還是弱光？③墨粉帶負電被吸附了幾次？當學生清楚了復印機的工作原理和流程后，老師指出：激光打印機與復印機的工作原理相似，是用激光束曝光在硒鼓表面形成靜電潛像，擴大學生的知識視野.

4 結束語

本套實驗方案為學生創造性地解決問題、體驗式學習提供了豐富的載體.學生在完成教師提出的任務時，運用原有的知識推理、論證、交流、創新，提升了學生的科學素養.使學生在動手實踐時，真切地感受到靜電力的作用以及科學知識的應用魅力.當學生陶醉于自己的實驗成果時，教師也收獲了莫大的激勵和幸福.要培養學生的創新意識，教師要先有創新性的素材給學生以展示、引領和熏陶.