周波 劉利利

【摘要】為了減少使用普通黑板及黑板擦帶來的粉塵危害，從摩擦起電的角度出發(fā)設(shè)計一種無塵黑板+黑板擦系統(tǒng)設(shè)計。利用大學(xué)物理中的靜電感應(yīng)理論：兩種不同的物體相互摩擦后，一種物體帶正電，另一種物體帶負(fù)電的現(xiàn)象。利用此原理，通過改變黑板的材質(zhì)和黑板擦的材質(zhì)，達(dá)到在黑板擦擦拭過程中與黑板本身形成大量的摩擦靜電，在生成的靜電作用下，將粉塵一直吸附在未擦拭的板面上，直至最終在黑板底部的風(fēng)塵收集盒中收集，整個過程實現(xiàn)了無粉筆灰塵飛揚的效果。

【關(guān)鍵詞】摩擦起電 ?無塵黑板 ?靜電感應(yīng)

一直以來，學(xué)校教室的各種設(shè)備都在除舊布新，這些教學(xué)用具對人類知識的傳播而言可謂勞苦功高。先進的教學(xué)用具能夠顯著提高教學(xué)的效率，更好傳承前輩留下來的智慧結(jié)晶。所以，歷代教育工作者推陳出新，致力于完善現(xiàn)有的工具。然而，哪些工具是真正適合且有用的，還需推敲?！昂诎?粉筆”作為最為普及的教學(xué)工具，至今仍廣泛應(yīng)用于一線教學(xué)當(dāng)中。在“全面改薄”項目實施過程中，“按國家標(biāo)準(zhǔn)配置滿足教學(xué)需求的黑板”明確為20條底線之一，凸顯了黑板在教學(xué)中的重要地位。

黑板雖然是教室里的必備的用具之一，但它產(chǎn)生的粉塵一直是危害教師職業(yè)健康的一大隱患。全國各省市的調(diào)研資料顯示：粉塵引起的塵肺以及各種急慢性呼吸道疾病是目前職業(yè)病中危害最嚴(yán)重最廣泛的一種。到目前為止，市面上的無塵黑板主要有以下幾類：自動無塵黑板清潔裝置、手轉(zhuǎn)式自動擦無塵黑板、電動多功能無塵擦黑板機;此外還有幾何體微粒顯字無塵黑板、無灰磁性黑板、吸磁性樹脂復(fù)合板材無塵黑板等。然而，這幾類無塵黑板都有共同的特點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格高、耐久性差，致使其大范圍推廣的阻力較大。如何在傳統(tǒng)黑板的基礎(chǔ)上，進行改進，盡量減弱無塵黑板的復(fù)雜度，更高程度的減低其價格，更大限度的增加其壽命，非常有必要從實用、簡單的角度出發(fā)，研究一類無塵黑板。

一、研究目的及意義

本研究從摩擦起電的角度出發(fā)設(shè)計一種無塵黑板+黑板擦系統(tǒng)。利用大學(xué)物理中的靜電感應(yīng)理論：兩種不同的物體相互摩擦后，一種物體帶正電，另一種物體帶負(fù)電的現(xiàn)象。

利用此原理，通過改變黑板的材質(zhì)和黑板擦的材質(zhì)，達(dá)到在黑板擦擦拭過程中與黑板本身形成大量的摩擦靜電，在生成的靜電作用下，將粉塵一直吸附在未擦拭的板面上，直至最終在黑板底部的風(fēng)塵收集盒中收集，整個過程實現(xiàn)了無粉筆灰塵飛揚的效果。基于此原理設(shè)計的黑板擦沒有任何機械原件，沒有任何能耗，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，耐用性好，推廣范圍廣。

二、實驗設(shè)計方案

（一）實驗裝置

該設(shè)計的研究內(nèi)容在此實驗?zāi)Ｐ偷幕A(chǔ)上進行，篩選多組兩種材料的組合，一種制作成黑板板面，一種制作成黑板擦。當(dāng)黑板板面材料和黑板擦兩種材料摩擦后，兩種材料表面發(fā)生電荷的定向移動，分別帶有等量的不同極性的電量，從而吸附住在擦黑板過程中產(chǎn)生的飛揚風(fēng)塵。通過改變黑板板面材料表面性質(zhì)，如涂膜，調(diào)整表面平整度等方法增強摩擦引起的靜電量。

（二）靜電測量原理

整個研究過程中黑板板面材料所帶靜電大小分布通過電容探針法測量，如圖1所示。主要使用的儀器為探測電極和靜電電壓表。測量儀器的布置圖如圖1（a）圖所示，測量裝置的等效電路圖1（b）。由此可得帶電體表面電荷面密度σ為：

σ=■

其中：C1為待測帶電體與地之間的電容，C2為探針尖端與樣品表面之間的電容，C3為靜電電壓表的輸入電容，A為帶電體表面與探針相對應(yīng)的面積，U3根據(jù)靜電電壓表測量電壓。

a.儀器布置圖 ? ? ? ? b.測量原理等效電路圖

圖1 靜電測量實驗裝置測量原理圖

三、結(jié)語

無塵黑板+黑板擦系統(tǒng)設(shè)計將為廣大師生營造一種安全、無塵、健康的課堂教學(xué)環(huán)境，有力的緩解了廣大師生談“塵”色變的心理壓力。在一定程度上，把教師和學(xué)生的注意力集中到了課堂教學(xué)本身的教與學(xué)上，從而提高了教師授課效率和學(xué)生課堂接受效率。因而，無塵黑板+黑板擦系統(tǒng)設(shè)計的設(shè)計，不僅是一種提供健康、無塵的課堂授課環(huán)境的方式，更是一種提高教學(xué)效率的手段。

參考文獻：

[1]李建偉. 摩擦起電現(xiàn)象略解[J]. 職大學(xué)刊，1998，（04）.

[2]趙凱華，陳熙謀.電磁學(xué)[M] .第二版. 北京： 高等教育出版社，2006.

[3]趙凱華，陳熙謀.電磁學(xué)[M] .第二版.北京： 高等教育出版社，2006.

基金項目：2018年度重慶三峽學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練校級項目，2018059，無塵黑板+黑板擦系統(tǒng)設(shè)計。

作者簡介：周波（1997-），男，漢族，湖南長沙人，重慶三峽學(xué)院教師教育學(xué)院物理學(xué)（師范類）學(xué)生;劉利利（1985-），女，漢族，山西繁峙人，副教授，博士，材料位錯缺陷，重慶三峽學(xué)院教師教育學(xué)院教師。