巧选器材 优化方案

姜胜民

摘 要：静电复印机是静电力的重要应用，其过程复杂、晦涩难懂.本实验方案创造性的运用自选器材模拟静电复印，原理准确、过程完整、高效易行.学生在研讨方案、实践体验的过程中，推理、论证、交流、创新，提升了科学素养.

关键词：静电复印;静电吸附;静电笔

文章编号：1008-4134（2019）17-0016中图分类号：G633.7文献标识码：B

静电复印机的利用极大地提高了办公和学习的效率.静电复印机是静电现象应用的重要实例，在现行的各版高中物理教材中均有介绍.复印机利用了静电吸附的原理，其工作流程包括：充电、曝光（形成静电潜像）、显影、转印、定影、清除等环节，如图1.但由于静电复印的工作环节较多，学生理解接受有一定的难度.

以往常见的实验方法：反复摩擦在玻璃板等透明绝缘体上书写文字，通过吸附面粉、木屑等轻小微粒显现出文字.通过摩擦让玻璃板带电虽然能形成静电潜像但费时低效;面粉木屑并非带电被吸附，与带负电的墨粉被带正电的硒鼓吸附的真实情况有差异;文字并没有转印到白纸上，复印的过程是不完整的.

为了给学生真实准确、直观完整的体会，笔者经过反复尝试自创了一套实验方案.在教学应用的过程中价格低廉、简单易行、效果明显.

1 所需器材

实验所需器材如图2和图3所示，如静电棒、电容笔、有机玻璃板、白纸、铁粉、金属板.静电棒、电容笔、有机玻璃板、铁粉等要在网上购买.静电棒内部含有一台小型的范德格拉夫起电机，按下开关工作时棒前端带上正电荷，起电高效安全，不受天气影响.金属板可用平行板电容器的铝板来代替.白纸最好用印试卷的纸张，表面粗糙，可以吸附更多的铁粉.

2 实验方法和步骤

2.1 步骤1 形成静电潜像

将电容笔放入静电棒前端的内部，用棉花填充将电容笔固定住，并使电容笔前端的导电橡胶露出，形成一支“静电笔”，如图4所示.将有机玻璃板表面用湿布擦拭干净，去掉表面的残存电荷和灰尘.晾干后，一只手将有机玻璃板拿在空中，另一只手持“静电笔”按下静电棒的开关，在有机玻璃玻的上部书写文字.“静电笔”与有机玻璃板接近垂直，力度适当，有悬腕写毛笔字的感觉.静电棒提供的电荷充足，文字一遍写成，不用反复描笔画.至此在有机玻璃板上形成了由正电荷构成的静电潜像.

2.2 步骤2 显影

将铁粉平摊在金属板的一侧，有机玻璃板带静电的一面向下平行贴近铁粉，但不要与铁粉相碰.另一只手触摸金属板，如图5所示.玻璃板带正电，此时会在金属板上感应出负电荷，从而使铁粉带上负电.适当水平移动有机玻璃板，带负电的铁粉就吸附到玻璃板上显现出文字，如图6所示.

2.3 步骤3 转印

有机玻璃板平放在桌面上，文字向上.将白纸平铺于玻璃板上，下端用手按住.另一只手握住静电棒，静电棒的前端压在白纸上，按下开关，让静电棒水平移动从白纸上扫过，如图7所示.移动的速度慢一些，此时白纸带上正电，将带负电的铁粉吸附上来.将白纸翻过来，文字已经呈现在白纸上，如图8所示.但此时的文字是左右颠倒的.推理得出复印机经过光学系统曝光后在硒鼓上形成倒立的静电潜像，转印之后的文字才会与底稿相对应.

2.4 步驟4 清除

用湿布去除有机玻璃板上残余的字迹，片刻晾干后重复步骤1、2、3，进行下一次的复印模拟实验.注意在形成静电潜像时，用“静电笔”要左右反向书写文字，最后转印到白纸上的文字才是正确的.如图9、图10所示.

3 教學活动设计

笔者在课堂上并不直接展示此实验方法，而是采用任务驱动的方式进行教学.教师提出任务——学生研究方案——教师分析演示——学生操作感悟，依此顺序逐步实施.以此来培养学生的科学推理和质疑创新能力.

3.1 任务1：在有机玻璃板上用静电棒书写文字

依据已有的知识储备，学生很容易想到用丝绸或泡沫摩擦玻璃板书写文字.教师要肯定学生的想法是正确的，但有更为高效的方式——通过接触带电来书写文字.教师向学生介绍静电棒的原理与使用，之后进行步骤1.

3.2 任务2：将铁粉吸附到有机玻璃板上显现文字

学生提出：将有机玻璃板靠近铁粉，利用带电体吸引轻小物体的性质，就可吸附铁粉.教师据此操作，吸附的铁粉很少，字迹模糊.学生进一步思考提出：让铁粉带上负电，被带正电的琉璃板吸引.教师进行步骤2，学生惊喜地看到玻璃板上呈现出清晰的文字.

3.3 任务3：将有机玻璃板上的文字转印到白纸上

学生提出：白纸平铺在玻璃板上，用手压一压.教师操作后展开白纸，上面并没有文字.学生研究后得出原因：玻璃板上的铁粉较少，是固体而非液态，不能通过按压的方式印在白纸上.学生继续探寻方法提出：让白纸带上正电去吸附带负电的铁粉.教师进行步骤3，白纸上呈现出左右颠倒的文字.

3.4 任务4：在白纸上形成正确的文字

学生意识到在有机玻璃板上要左右反向书写“静电字”，学生亲自操作体验.由于本实验方法陌生，学生若一遍不成功可进行步骤4，提高实验的技巧与效果.当学生操作实验成功后，教师揭示谜底：我们体验的是静电复印.

3.5 任务5：阅读教材描述静电复印的流程

学生在实验的基础上再阅读教材，头脑中自然会将静态的文字图片与实验步骤相对应，转化为动态的情境，理解起来轻松准确.当学生描述复印机的工作流程后，教师提出三点加深学生的理解：①有机光导体鼓（硒鼓）有怎样的特性？②曝光时经底稿上的文字反射到硒鼓上的是强光还是弱光？③墨粉带负电被吸附了几次？当学生清楚了复印机的工作原理和流程后，老师指出：激光打印机与复印机的工作原理相似，是用激光束曝光在硒鼓表面形成静电潜像，扩大学生的知识视野.

4 结束语

本套实验方案为学生创造性地解决问题、体验式学习提供了丰富的载体.学生在完成教师提出的任务时，运用原有的知识推理、论证、交流、创新，提升了学生的科学素养.使学生在动手实践时，真切地感受到静电力的作用以及科学知识的应用魅力.当学生陶醉于自己的实验成果时，教师也收获了莫大的激励和幸福.要培养学生的创新意识，教师要先有创新性的素材给学生以展示、引领和熏陶.