用电阻式触摸屏模拟二维静电场，本文主要内容关键词为：触摸屏论文,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。
静电场的概念是抽象的，且直接测量存在一些困难。因此，为了在教学过程中给学生构建一个清晰的关于静电场的物理图像，以恒定电流场来模拟静电场是可行方案。此前，实验材料一般选择碳素导电纸，由于工艺限制，存在误差偏大、稳定性和可靠性差等缺点。为此，尝试将电子设备（手机、ATM机）上常用的电阻式触摸屏作为碳素导电纸的替代物来模拟静电场。 电阻式触摸屏的关键材料是氧化铟锡（Indium Tin Oxide，ITO）透明导电膜玻璃，是在高度净化的厂房环境中，利用平面磁控技术，在超薄玻璃上溅射氧化铟锡导电薄膜镀层并经高温退火处理得到的高技术产品，广泛用于触摸屏、液晶显示器、太阳能电池、微电子ITO导电膜玻璃、光电子和各种光学领域。所以，目前ITO已经是经过大量市场应用检验的成熟技术，其可靠性和稳定性都是导电纸无法比拟的，另外由于采用了先进的磁控溅射镀膜技术，所以薄膜（厚度约1微米）中的电阻分布的均匀性也极好，有利于进行匀强电场的模拟。 一、实验原理 四线电阻式触摸屏的功能结构如图1所示，上下两个ITO导电层堆叠在一起，底层在屏幕的左右两边各镀有一条竖直方向电极线，顶层在屏幕的顶部和底部各镀有一条水平方向的电极引线。当用手指触摸屏幕时，在两个ITO导电层之间会形成一个接触点，如果在一个导电层上加上电源，将在此方向上产生均匀恒定电流场，则在另一层上就可以测出该接触点的分压值。
例如，当想要测出触摸点在X轴方向的电压时，需要在触摸屏的X轴方向接上电源，其等效电路如图2所示。则在Y向电极上就可以测出接触点的电压
，即接触点在X轴方向的分压值，根据图2中的等效电路可知
二、实验装置 实验所需器材：小型多用电表，4.8英寸四线电阻式触摸屏，坐标纸（110×70 mm），3节5号碱性干电池及电池盒（1.5 V×3=4.5 V），触摸笔（圆规尖）。经测量该触摸屏的Y向电阻为296 Ω，在不计电池内阻的情况下，电路中的电流强度约为15 mA，在干电池的供电能力允许范围之内。实验系统示意图和实物图分别见图3和图4所示。
三、实验步骤 （1）用透明双面胶带将110×70 mm坐标纸与触摸屏对齐后黏附于其背面，找出触摸屏4条引线与内部电极Y+、Y-、X+、X-的对应关系，并加以标识。 （2）参看图3，将Y+、Y-对应引线分别与电池盒的正极与负极相连，选择多用电表的电压挡，将负表笔接Y-，正表笔接X+或X-均可，由于该导电层（X层）此时没有电流，所以整个层的电位都相等。
（3）在110×70 mm坐标纸上建立如图3所示XOY坐标系，考虑到平行板电容器电场等势线的分布特征，建立数据采集方案。在X方向以10 mm为间隔，共设置10条Y向间隔线，其X坐标分别为10，20，30，…，100 mm。用触摸笔分别点击扫描与10条间隔线对应的触摸屏区域，沿间隔线寻找电压为4.0 V，3.5 V，…，0.5 V点的位置，并读取其Y坐标，将数据形成表格，如表1所示。然后根据表中数据采用Excel软件绘制二维平行板电容器静电场的等势线图，如图5所示。
实验数据表明，采用现成的电阻式触摸屏替代碳素导电纸的静电场模拟方法是可行的，具有精度高、可靠性和重复性好、器材价廉易购、操作简便等特点。本实验既能帮助学生更形象地掌握静电场物理概念，也锻炼了动手能力和思维能力，同时加深了对生活中常见的电阻式触摸屏操作原理的理解。当然，该实验目前尚存在只能模拟二维平行板电容器电场的局限，对于点电荷等更一般形式的静电场还不能直接模拟，建议通过订购ITO导电玻璃并自制电极加以解决，突破使用现成电阻式触摸屏的限制。
标签：静电场论文; 触摸屏论文; 电阻式触摸屏论文; 电阻论文; 手机触摸屏论文; 二维材料论文; 二维论文; 电场论文;
