静电潜像实验的改进研究，本文主要内容关键词为：静电论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、研究背景 自从上世纪三十年代静电复印技术发明以来[1]，静电复印技术至今已发展了80多年，时至今日，静电复印技术已发展成一门成熟的技术，广泛运用到复印机、激光打印机和普通纸传真机中。以复印机为例，复印机本身已经由模拟式发展到数字式；由黑白复印发展到全彩色复印；由单功能复印发展到多功能复印等等[2，3]。 但目前，多数复印机工作原理仍然是基于静电技术[4]。所以在沪教科版高中物理教材“电场”一章中，把“静电复印”这个知识点在“静电的防范与利用”一节中做了较为详细的介绍[5]。 复印时，先使硒鼓带正电，再利用光学系统将原稿上的字迹的像成在硒鼓上（黑色的字不反光，其像的位置没有光照射到，仍是绝缘体，正电荷未导走）。这样，在硒鼓上留下了看不见的带正电的“静电潜像”。当带负电的墨粉与硒鼓表面接触后，墨粉就被带正电的“静电潜像”吸引，显示出墨粉组成的字迹。最后，带正电的白纸与硒鼓表面墨粉组成的字迹接触，将带负电的墨粉吸到白纸上，最后再加上一步定影，就完成了复印的任务。 在教学实践中，教师在讲到“静电的防范与利用”这一节内容的时候，静电复印的基本原理作为典型案例，几乎是必讲的。那么如何将静电复印的过程讲清楚，就成了一线教师备课时候经常思考的问题。 在静电复印技术的核心原理中，形成静电潜像是最为重要的过程。静电潜像在硒鼓上的形成过程通过教师讲解，对学生而言虽然不难理解，但是因为看不见，摸不着，所以学生在学习过程中难免产生怀疑。如果能亲自制作一幅静电潜像，并将其显现出来，无疑会加深学生对静电复印技术的理解，增强对静电利用的认识。 有教师用易拉罐、粘贴纸、粉笔灰等设计了一套模拟静电复印的实验[6]，效果虽好，但粉笔灰不是真正靠静电力吸附上去的，过程只是形似，本质原理并未真实再现。 还有教师用塑料板、丝绸、木屑设计了模拟实验[7]，实验过程贴近了静电复印的原理，但在材料准备、实验效果、备课效率等方面不够理想，实验介绍也较为粗略。 为了达到更好的教学效果，提高备课效率，笔者在准备静电复印这部分教学内容的过程中重新设计了实验，对静电潜像实验进行了改进，使该实验具有较高的易操作性和可靠性。 二、主要内容 实验材料：“油膜法测分子直径”的一套实验仪器（含有机玻璃板一块、蒸发皿一个、记号笔一支），丝绸（或者类丝绸布料）、面粉。 实验步骤及注意事项： 1.清洁有机玻璃板板面 在日常的存储或者使用中，由于摩擦等原因，板面可能已带有静电，这将影响后续实验效果，所以，在使用有机玻璃板之前，应使用清水洗净，再用普通棉质抹布（或纸巾）轻拭擦干。注意，要避免使用化纤材质的抹布，减少在擦拭过程中因摩擦而引起的静电。 2.制作“静电笔” 用丝绸裹住记号笔（或其他笔）尖即可。如图1所示。由于笔被丝绸裹住在板上书写时，笔迹势必要变粗，所以在选择记号笔时，应选择较细的。“静电笔”的制作原则就是保证有足够厚度的丝绸与板面接触，并且笔迹的粗细要偏细为好。
3.写“静电字”（或画其他静电潜像） 用“静电笔”在有机玻璃板上按正常笔画顺序摩擦写字，每一笔画写2～4次为宜。摩擦次数过少，最后显影出来的字笔画不够清晰；摩擦次数过多，最后显影出来的字笔画过粗，甚至笔画间重叠，使得对比不突出。 写好“静电字”后，将有机玻璃板竖起，用手指尖捏取少量面粉，在有机玻璃板写有静电字的一面均匀撒下，让面粉颗粒飞过板面，如图2所示，静电潜像即可显现。由于有机玻璃板在擦拭过程中，可能会产生额外的静电，这些额外的静电也会吸附一些面粉，所以待静电潜像完全显出后，保持有机玻璃板面竖直，轻轻敲打，震落冗余面粉，即可得到对比清晰的潜像显影。如图3和图4所示。
实验原理：只要找两种束缚电子能力不一样的物质，摩擦之后，就可以使之带上静电，就可以写“静电字”（或画其他静电潜像）了。例如，在本实验中，选取了束缚电子能力差别较大的有机玻璃板和丝绸（束缚电子能力差别越大越好）。当丝绸在有机玻璃板表面书写笔画，即摩擦的时候，写过笔画的地方就带上了静电。然后，当面粉飘过板面时，根据静电的基本特点——“带电体有吸引轻小物体的性质”，面粉即被吸附于板面有静电的位置，从而将静电潜像显现出来。 三、实验特色 相对于前人的实验设计，本实验设计具有以下优点： 1.实验中所用到的各种器材都易于准备，可显著提高备课效率 尤其是用作“显影剂”的面粉，相比于其他文献中提到的“显影剂”，不但显影效果好，而且用量少，价格低廉，易于购买。 2.精准再现静电复印中的关键环节，可帮助学生巩固多个高中物理知识点 用摩擦起电的方式，制作了一幅真正的静电潜像——由静电组成的看不见的像，并且，用学生能理解的方式，让学生亲眼见证显影的过程。在最佳实验现象下，学生可以看到，自由下落的面粉，在板面有些区域一直直线下落，在板面有些区域则偏离直线轨迹，做曲线运动，最终被吸附到了板上。蕴含的知识点：摩擦起电，静电的基本性质（吸引轻小物体），曲线运动条件等。 3.提高仪器使用效率 “油膜法测分子直径”的一套实验仪器，主体部分都可以拿过来做静电潜像实验：有机玻璃板可以写静电字，制作静电潜像，下面原来盛水的蒸发皿，现在既可以用来接显影物质（减少散落），又可以用来固定有机玻璃板，还可以作为显影背景，增加对比度。这样，一套实验仪器，可以做两个实验，提高了仪器的使用效率。 相对于柔性的保鲜膜，在有机玻璃板上制作静电潜像，具有以下优点：（1）静电能保持一段时间，形成的潜像能稳定展示一段时间。（2）板材易固定，便于书写操作和交流展示。 实验对物理教学的重要性是不言而喻的。在教学实践当中，操作简单，容易准备，又能说明物理问题的实验深受一线教师的青睐。 本实验设计选用的器材普通，贴近生活，准备容易，实验现象明显，可重复性高，便于将演示实验推广为学生实验。而增加学生的动手机会，容易拉近学生与科学之间的距离，增加学生的科学体验，有利于培养学生的创新精神。 在教学实践中，如果课时条件允许，这个实验可以进一步延展。例如，在桌面摆放不同的布料，对比静电字的效果并分析原因；使用不同的“显影剂”，如木屑、粉笔灰等，对比显影效果并分析原因；在去除掉前一次“静电潜像”的干扰的方法上可以展开讨论等等。
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