靜電復(fù)印實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新改進(jìn)

摘" 要：靜電復(fù)印是靜電吸附現(xiàn)象的主要應(yīng)用之一，難點(diǎn)是學(xué)生不易理解靜電復(fù)印形成影像是利用了靜電光敏半導(dǎo)體材料的感光特性。在分析現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，利用靜電吸附原理和光敏半導(dǎo)體的感光特性，設(shè)計(jì)出效果明顯、趣味性更強(qiáng)的新型靜電復(fù)印演示儀，讓學(xué)生直觀地了解其工作原理，學(xué)習(xí)靜電吸附知識(shí)。

關(guān)鍵詞：靜電復(fù)印實(shí)驗(yàn)；靜電復(fù)印機(jī)；潛像

文章編號(hào)：1671-489X（2025）07-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2025.07.

0" 引言

靜電復(fù)印機(jī)的出現(xiàn)帶來全新的復(fù)印方式，它改變了過去通過攝影技術(shù)復(fù)制文本的方法，極大地提高了信息傳播的速度。作為靜電現(xiàn)象在生產(chǎn)生活中的重要應(yīng)用之一，靜電復(fù)印機(jī)在最新版普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中也有所提及。課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生：1）了解靜電現(xiàn)象及其在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用；2）借助互聯(lián)網(wǎng)查詢資料、閱讀操作指南、觀察實(shí)物模型等方式，探究靜電復(fù)印機(jī)等設(shè)備的工作原理，并通過合作撰寫報(bào)告來加深理解。

高中階段的學(xué)生雖然對(duì)靜電現(xiàn)象的相關(guān)知識(shí)有一定了解，但由于靜電本身無法用肉眼直接觀察，且其涉及電學(xué)原理以及物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)等多方面知識(shí)的綜合，理解起來有一定困難[1]。因此，教師在教學(xué)實(shí)踐中往往面臨怎樣才能將靜電復(fù)印過程向?qū)W生解釋清楚的問題，大多數(shù)教師會(huì)通過模擬實(shí)驗(yàn)來增強(qiáng)學(xué)生對(duì)靜電復(fù)印知識(shí)的認(rèn)識(shí)。

部分教師采用起電機(jī)在玻璃板上書寫文字，隨后將墨粉吸附到玻璃板上，并將白紙平鋪在帶有墨粉的玻璃板上，使文字復(fù)印到紙上[2]。該實(shí)驗(yàn)雖然操作簡(jiǎn)單，但未能展示靜電潛像這一關(guān)鍵過程。

還有一些教師則通過靜電發(fā)生器直接在白紙上創(chuàng)作文字或圖像，形成靜電潛像后，采用瀑布式顯影，讓墨粉從紙張表面緩慢流向底部完成復(fù)印。雖然該實(shí)驗(yàn)展示了靜電潛像的步驟，卻忽略了潛像的形成是通過曝光實(shí)現(xiàn)的，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果容易受到外界因素的干擾。

為了讓學(xué)生更完整、直觀地理解靜電復(fù)印機(jī)的工作過程，增強(qiáng)教學(xué)效果，筆者重新設(shè)計(jì)了一套實(shí)驗(yàn)方案，借鑒靜電復(fù)印機(jī)的核心部件——感光鼓的工作原理制作感光板，使實(shí)驗(yàn)更加完善。

1" 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與裝置自制

1.1" 設(shè)計(jì)思路

靜電復(fù)印機(jī)的工作流程主要包括充電、曝光和顯影等環(huán)節(jié)，其工作原理基于靜電吸附原理以及異種電荷相互吸引的特性（圖1）。若能將靜電復(fù)印機(jī)的主要工作流程直觀地演示出來，將有助于學(xué)生更快、更好地理解靜電復(fù)印的相關(guān)知識(shí)。因此，本裝置借鑒靜電復(fù)印機(jī)的工作原理，通過靜電發(fā)生器使白紙帶上靜電，利用光導(dǎo)材料的特性，以激光手電進(jìn)行“繪畫”，隨后吹入帶負(fù)電的墨粉，墨粉會(huì)被吸附在白紙上，從而實(shí)現(xiàn)靜電復(fù)印演示儀的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

1.2" 制作材料

鋁合金板、導(dǎo)線、激光手電、有機(jī)玻璃板、負(fù)電性墨粉、直徑約為2 cm的橡膠管、黑布、吹風(fēng)機(jī)、白紙、塑料夾、靜電發(fā)生器、光導(dǎo)層常用的光導(dǎo)材料[硫化鎘（CdS）/硒砷（Se-As）/有機(jī)光導(dǎo)材料（OPC）]、塑料轉(zhuǎn)軸、塑料固定器。

1.3" 制作過程

1.3.1" 感光板的制作

感光板共分為三層，如圖2所示：最里層是鋁合金板（導(dǎo)電層），底端兩側(cè)固定導(dǎo)線，導(dǎo)線接地，使曝光后的電位迅速釋放；中間層是在鋁合金板表面涂敷或真空蒸鍍一層薄的光導(dǎo)體材料，形成光導(dǎo)層[3]；第三層是用塑料夾子將一張白紙與另外兩層緊緊貼近，白紙可取下替換。

使用塑料固定器將塑料轉(zhuǎn)軸穩(wěn)固在鋁合金板的背面，如圖3所示。

1.3.2" 玻璃罩的制作

將橡膠管固定在玻璃蓋上，三個(gè)管口大致在玻璃蓋的五分之二處；玻璃罩底端二分之一的玻璃改成可以抽動(dòng)的玻璃，便于碳粉的收回和重復(fù)利用，如圖4所示。

1.3.3" 組裝

將感光板固定在玻璃罩中，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)感光板的位置，但感光板的四邊必須緊貼玻璃罩，如圖5所示。拿一塊黑布蓋住玻璃罩，只漏出一面，最終實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示。

1.4" 實(shí)驗(yàn)操作

1）使用靜電發(fā)生器，金屬電暈絲輸出正電荷，使感光板表面帶上正電荷后蓋上蓋子。電荷被白紙阻擋，無法流動(dòng)，向光導(dǎo)層表面釋放。因?yàn)樵诤诎抵校鈱?dǎo)層電阻大，表面絕緣，電荷會(huì)聚集在表面。

2）用紙板剪出一個(gè)圖案，緊貼在玻璃罩外側(cè)，使用激光手電照向沒有被圖案遮擋的地方，如圖7所示。被照地方的光導(dǎo)層受光，電阻變小，表面的電荷流向鋁合金板，通過導(dǎo)線流入大地；而圖案遮擋地方的光導(dǎo)層未受光，電阻依然存在。拿開圖案。

3）轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)軸，使感光板平行于玻璃罩底面。開啟吹風(fēng)機(jī)，氣流將橡膠管中的負(fù)電性墨粉吹入，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸讓墨粉充分與電荷接觸。將感光板復(fù)位，因異性電荷相吸，墨粉吸附在紙張表面而形成可見的圖案，如圖8所示。此時(shí)可以把已經(jīng)完成復(fù)印的紙拿出來，向?qū)W生展示。

4）清理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，更換白紙；抽出底端的玻璃板，回收墨粉。

1.5" 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

1）激光手電的移動(dòng)速度不宜太快，不可以用激光照射他人眼睛。

2）實(shí)驗(yàn)不可在強(qiáng)光下進(jìn)行。

3）裝置周圍不應(yīng)有高壓電源、感應(yīng)圈，避免空氣電離。

4）要選擇密閉性非常好的橡膠管。

1.6" 裝置優(yōu)點(diǎn)

1.6.1" 可以向?qū)W生完美復(fù)刻靜電復(fù)印實(shí)驗(yàn)中的主要步驟

本裝置通過激光繪制圖案，演示了曝光這一步驟，利用光敏特性制作靜電潛影，更加貼合靜電復(fù)印機(jī)的工作過程，實(shí)驗(yàn)也更加新穎。

1.6.2" 有利于復(fù)習(xí)電學(xué)相關(guān)知識(shí)

通過靜電發(fā)生器釋放的電荷極性不同，復(fù)習(xí)電荷同性相吸、異性相斥的知識(shí)點(diǎn)。如果靜電發(fā)生器能夠釋放正電荷，和墨粉極性相反，運(yùn)用異性電荷相互吸引的原理，墨粉就能被吸附到白紙上，從而形成圖案；如果靜電發(fā)生器釋放負(fù)電荷，則其極性與墨粉一致，運(yùn)用同性電荷相互排斥的原理，墨粉將不能被吸附到白紙上，形成不了圖案[4]。

1.6.3" 能夠減少外界其他因素對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的干擾

相對(duì)于其他的靜電復(fù)印模擬實(shí)驗(yàn)，本裝置外層有一個(gè)玻璃罩，許多實(shí)驗(yàn)步驟都是在玻璃罩外操作的，因此，實(shí)驗(yàn)不易受到風(fēng)、空氣濕度等外界因素的影響。

1.6.4" 實(shí)驗(yàn)有趣不枯燥

該裝置通過更換不同的圖片顯示不同的靜電圖像，這一操作可以激起學(xué)生的興趣，讓學(xué)生不再覺得物理實(shí)驗(yàn)是枯燥且困難的，從而更好地理解靜電現(xiàn)象及其應(yīng)用。

2" 結(jié)束語(yǔ)

通過此裝置的改進(jìn)與創(chuàng)新，靜電復(fù)印模擬實(shí)驗(yàn)更加貼近靜電復(fù)印機(jī)的實(shí)際工作過程，不僅使學(xué)生對(duì)靜電在生活中的應(yīng)用有更深入的理解，而且?guī)椭麄儚暮暧^層面更好地認(rèn)識(shí)到靜電能夠吸附不帶電的小顆粒。同時(shí)希望通過這種有趣的小實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)他們的科學(xué)思維能力。

3" 參考文獻(xiàn)

[1] 周玉芝.靜電復(fù)印模擬實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)[J].物理通報(bào)，2017（9）：62-64.

[2] 廖啟活.利用實(shí)驗(yàn)?zāi)M情境提高學(xué)生運(yùn)用知識(shí)能力[J].中小學(xué)實(shí)驗(yàn)與裝備，2020，30（6）：29-31.

[3] 周麗娟.光導(dǎo)體在靜電復(fù)印機(jī)中的應(yīng)用效果分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（2）：189-191.

[4] 任樹榆.趣味靜電復(fù)印成像實(shí)驗(yàn)[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2018（14）：130-131，136.