靜電復印實驗的創新改進

摘" 要：靜電復印是靜電吸附現象的主要應用之一，難點是學生不易理解靜電復印形成影像是利用了靜電光敏半導體材料的感光特性。在分析現有實驗裝置優缺點的基礎上，利用靜電吸附原理和光敏半導體的感光特性，設計出效果明顯、趣味性更強的新型靜電復印演示儀，讓學生直觀地了解其工作原理，學習靜電吸附知識。

關鍵詞：靜電復印實驗；靜電復印機；潛像

文章編號：1671-489X（2025）07-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2025.07.

0" 引言

靜電復印機的出現帶來全新的復印方式，它改變了過去通過攝影技術復制文本的方法，極大地提高了信息傳播的速度。作為靜電現象在生產生活中的重要應用之一，靜電復印機在最新版普通高中物理課程標準中也有所提及。課程標準要求學生：1）了解靜電現象及其在生產生活中的應用；2）借助互聯網查詢資料、閱讀操作指南、觀察實物模型等方式，探究靜電復印機等設備的工作原理，并通過合作撰寫報告來加深理解。

高中階段的學生雖然對靜電現象的相關知識有一定了解，但由于靜電本身無法用肉眼直接觀察，且其涉及電學原理以及物質的組成與結構等多方面知識的綜合，理解起來有一定困難[1]。因此，教師在教學實踐中往往面臨怎樣才能將靜電復印過程向學生解釋清楚的問題，大多數教師會通過模擬實驗來增強學生對靜電復印知識的認識。

部分教師采用起電機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，使文字復印到紙上[2]。該實驗雖然操作簡單，但未能展示靜電潛像這一關鍵過程。

還有一些教師則通過靜電發生器直接在白紙上創作文字或圖像，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印。雖然該實驗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現的，且實驗結果容易受到外界因素的干擾。

為了讓學生更完整、直觀地理解靜電復印機的工作過程，增強教學效果，筆者重新設計了一套實驗方案，借鑒靜電復印機的核心部件——感光鼓的工作原理制作感光板，使實驗更加完善。

1" 實驗設計與裝置自制

1.1" 設計思路

靜電復印機的工作流程主要包括充電、曝光和顯影等環節，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）。若能將靜電復印機的主要工作流程直觀地演示出來，將有助于學生更快、更好地理解靜電復印的相關知識。因此，本裝置借鑒靜電復印機的工作原理，通過靜電發生器使白紙帶上靜電，利用光導材料的特性，以激光手電進行“繪畫”，隨后吹入帶負電的墨粉，墨粉會被吸附在白紙上，從而實現靜電復印演示儀的創新設計。

1.2" 制作材料

鋁合金板、導線、激光手電、有機玻璃板、負電性墨粉、直徑約為2 cm的橡膠管、黑布、吹風機、白紙、塑料夾、靜電發生器、光導層常用的光導材料[硫化鎘（CdS）/硒砷（Se-As）/有機光導材料（OPC）]、塑料轉軸、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（導電層），底端兩側固定導線，導線接地，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體材料，形成光導層[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軸穩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的玻璃，便于碳粉的收回和重復利用，如圖4所示。

1.3.3" 組裝

將感光板固定在玻璃罩中，可以根據需要調節感光板的位置，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，最終實驗裝置如圖6所示。

1.4" 實驗操作

1）使用靜電發生器，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，向光導層表面釋放。因為在黑暗中，光導層電阻大，表面絕緣，電荷會聚集在表面。

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

3）轉動轉軸，使感光板平行于玻璃罩底面。開啟吹風機，氣流將橡膠管中的負電性墨粉吹入，調節轉軸讓墨粉充分與電荷接觸。將感光板復位，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。此時可以把已經完成復印的紙拿出來，向學生展示。

4）清理實驗現場，更換白紙；抽出底端的玻璃板，回收墨粉。

1.5" 實驗注意事項

1）激光手電的移動速度不宜太快，不可以用激光照射他人眼睛。

2）實驗不可在強光下進行。

3）裝置周圍不應有高壓電源、感應圈，避免空氣電離。

4）要選擇密閉性非常好的橡膠管。

1.6" 裝置優點

1.6.1" 可以向學生完美復刻靜電復印實驗中的主要步驟

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，更加貼合靜電復印機的工作過程，實驗也更加新穎。

1.6.2" 有利于復習電學相關知識

通過靜電發生器釋放的電荷極性不同，復習電荷同性相吸、異性相斥的知識點。如果靜電發生器能夠釋放正電荷，和墨粉極性相反，運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；如果靜電發生器釋放負電荷，則其極性與墨粉一致，運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實驗過程的干擾

相對于其他的靜電復印模擬實驗，本裝置外層有一個玻璃罩，許多實驗步驟都是在玻璃罩外操作的，因此，實驗不易受到風、空氣濕度等外界因素的影響。

1.6.4" 實驗有趣不枯燥

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生的興趣，讓學生不再覺得物理實驗是枯燥且困難的，從而更好地理解靜電現象及其應用。

2" 結束語

通過此裝置的改進與創新，靜電復印模擬實驗更加貼近靜電復印機的實際工作過程，不僅使學生對靜電在生活中的應用有更深入的理解，而且幫助他們從宏觀層面更好地認識到靜電能夠吸附不帶電的小顆粒。同時希望通過這種有趣的小實驗，激發學生對科學學習的興趣，培養他們的科學思維能力。

3" 參考文獻

[1] 周玉芝.靜電復印模擬實驗改進與教學活動設計[J].物理通報，2017（9）：62-64.

[2] 廖啟活.利用實驗模擬情境提高學生運用知識能力[J].中小學實驗與裝備，2020，30（6）：29-31.

[3] 周麗娟.光導體在靜電復印機中的應用效果分析[J].科技創新與應用，2016（2）：189-191.

[4] 任樹榆.趣味靜電復印成像實驗[J].中國教育技術裝備，2018（14）：130-131，136.