巧選器材 優(yōu)化方案

姜勝民

摘 要：靜電復(fù)印機(jī)是靜電力的重要應(yīng)用，其過程復(fù)雜、晦澀難懂.本實驗方案創(chuàng)造性的運(yùn)用自選器材模擬靜電復(fù)印，原理準(zhǔn)確、過程完整、高效易行.學(xué)生在研討方案、實踐體驗的過程中，推理、論證、交流、創(chuàng)新，提升了科學(xué)素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：靜電復(fù)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(xiàn)標(biāo)識碼：B

靜電復(fù)印機(jī)的利用極大地提高了辦公和學(xué)習(xí)的效率.靜電復(fù)印機(jī)是靜電現(xiàn)象應(yīng)用的重要實例，在現(xiàn)行的各版高中物理教材中均有介紹.復(fù)印機(jī)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(zhuǎn)印、定影、清除等環(huán)節(jié)，如圖1.但由于靜電復(fù)印的工作環(huán)節(jié)較多，學(xué)生理解接受有一定的難度.

以往常見的實驗方法：反復(fù)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(xiàn)出文字.通過摩擦讓玻璃板帶電雖然能形成靜電潛像但費(fèi)時低效;面粉木屑并非帶電被吸附，與帶負(fù)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(zhuǎn)印到白紙上，復(fù)印的過程是不完整的.

為了給學(xué)生真實準(zhǔn)確、直觀完整的體會，筆者經(jīng)過反復(fù)嘗試自創(chuàng)了一套實驗方案.在教學(xué)應(yīng)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(jī)玻璃板、白紙、鐵粉、金屬板.靜電棒、電容筆、有機(jī)玻璃板、鐵粉等要在網(wǎng)上購買.靜電棒內(nèi)部含有一臺小型的范德格拉夫起電機(jī)，按下開關(guān)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(nèi)部，用棉花填充將電容筆固定住，并使電容筆前端的導(dǎo)電橡膠露出，形成一支“靜電筆”，如圖4所示.將有機(jī)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(jī)玻璃板拿在空中，另一只手持“靜電筆”按下靜電棒的開關(guān)，在有機(jī)玻璃玻的上部書寫文字.“靜電筆”與有機(jī)玻璃板接近垂直，力度適當(dāng)，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(fù)描筆畫.至此在有機(jī)玻璃板上形成了由正電荷構(gòu)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(cè)，有機(jī)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(yīng)出負(fù)電荷，從而使鐵粉帶上負(fù)電.適當(dāng)水平移動有機(jī)玻璃板，帶負(fù)電的鐵粉就吸附到玻璃板上顯現(xiàn)出文字，如圖6所示.

2.3 步驟3 轉(zhuǎn)印

有機(jī)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(guān)，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(fù)電的鐵粉吸附上來.將白紙翻過來，文字已經(jīng)呈現(xiàn)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(fù)印機(jī)經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)曝光后在硒鼓上形成倒立的靜電潛像，轉(zhuǎn)印之后的文字才會與底稿相對應(yīng).

2.4 步驟4 清除

用濕布去除有機(jī)玻璃板上殘余的字跡，片刻晾干后重復(fù)步驟1、2、3，進(jìn)行下一次的復(fù)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(zhuǎn)印到白紙上的文字才是正確的.如圖9、圖10所示.

3 教學(xué)活動設(shè)計

筆者在課堂上并不直接展示此實驗方法，而是采用任務(wù)驅(qū)動的方式進(jìn)行教學(xué).教師提出任務(wù)——學(xué)生研究方案——教師分析演示——學(xué)生操作感悟，依此順序逐步實施.以此來培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)推理和質(zhì)疑創(chuàng)新能力.

3.1 任務(wù)1：在有機(jī)玻璃板上用靜電棒書寫文字

依據(jù)已有的知識儲備，學(xué)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(xué)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?qū)W生介紹靜電棒的原理與使用，之后進(jìn)行步驟1.

3.2 任務(wù)2：將鐵粉吸附到有機(jī)玻璃板上顯現(xiàn)文字

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

3.3 任務(wù)3：將有機(jī)玻璃板上的文字轉(zhuǎn)印到白紙上

學(xué)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(xué)生研究后得出原因：玻璃板上的鐵粉較少，是固體而非液態(tài)，不能通過按壓的方式印在白紙上.學(xué)生繼續(xù)探尋方法提出：讓白紙帶上正電去吸附帶負(fù)電的鐵粉.教師進(jìn)行步驟3，白紙上呈現(xiàn)出左右顛倒的文字.

3.4 任務(wù)4：在白紙上形成正確的文字

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

3.5 任務(wù)5：閱讀教材描述靜電復(fù)印的流程

學(xué)生在實驗的基礎(chǔ)上再閱讀教材，頭腦中自然會將靜態(tài)的文字圖片與實驗步驟相對應(yīng)，轉(zhuǎn)化為動態(tài)的情境，理解起來輕松準(zhǔn)確.當(dāng)學(xué)生描述復(fù)印機(jī)的工作流程后，教師提出三點加深學(xué)生的理解：①有機(jī)光導(dǎo)體鼓（硒鼓）有怎樣的特性？②曝光時經(jīng)底稿上的文字反射到硒鼓上的是強(qiáng)光還是弱光？③墨粉帶負(fù)電被吸附了幾次？當(dāng)學(xué)生清楚了復(fù)印機(jī)的工作原理和流程后，老師指出：激光打印機(jī)與復(fù)印機(jī)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(kuò)大學(xué)生的知識視野.

4 結(jié)束語

本套實驗方案為學(xué)生創(chuàng)造性地解決問題、體驗式學(xué)習(xí)提供了豐富的載體.學(xué)生在完成教師提出的任務(wù)時，運(yùn)用原有的知識推理、論證、交流、創(chuàng)新，提升了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).使學(xué)生在動手實踐時，真切地感受到靜電力的作用以及科學(xué)知識的應(yīng)用魅力.當(dāng)學(xué)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(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，教師要先有創(chuàng)新性的素材給學(xué)生以展示、引領(lǐng)和熏陶.