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內聚力的方向為何?內聚力的力量大小與深度之間的關係為何?原

因為何?

出題說明:

此題欲探討學生有關內聚力的方向、大小與深度之間的關係。內聚力的大小

與深度無關,因為內聚力為周圍液體分子對同類細小質點的吸引力,因此液面下 水質點不管在液體中那個位置均受到四面八方水質點的吸引力,因此受力大小相 等,與深度無關,而液體中水質點所受的內聚力方向向外,無論在液體那個位置 上力量大小皆相等如下圖

( 代表一個極小的水分子)。

表五:內聚力方向、力向大小與深度關係的作答情形

作答情形: 人數(人) 比例(%)

1.內聚力與深度無關,

方向向外。

7 18

2.內聚力與深度無關,

方向向內。

10 25

3.內聚力越深力量越大,

方向向外。

10 25

4.內聚力越深力量越大,

方向向內。

12 30

未答。 1 2

合計: 40 100

作答分析:

(一)作答情形為 1 的學生有 7 人(18%),學生正確的回答出內聚力為一個質點 受到四周同類質點的吸引力,方向向外,作用力大小與深度無關。

(二)作答情形為 2 的學生有 10 人(25%),學生正確的回答了內聚力大小與深 度無關,但在內聚力的方向產生迷思概念,認為內聚力方向向內。

(三)作答情形為為 4 的學生有 12 人(30%),學生在內聚力方向以及大小與深 度之間的關係有迷思概念,認為內聚力向內,越深則內聚力越大。由此選 目可以得知學生在內聚力大小與深度的概念連結上有缺失,並在內聚力方 向上也存有迷思概念,認為作用力方向向內。

(四)作答情形為為 3 和 4 的學生有 22 人(55%),學生認為內聚力的大小與深 度有關,認為內聚力離液面越遠則力量越大,顯示此部分學生在內聚力大 小與深度之間的概念上有迷思概念。。

(五)作答情形為 2 加 4 的學生有 22 人(55%),學生在內聚力的方向上產生迷 思概念,認為內聚力的作用力方向向內。

訪談資料:

此題甲生、乙生以及丙生均有迷思概念。甲生及丙生認為內聚力方向向內並且內 聚力大小與深度無關,乙生認為內聚力方向向內並且內聚力大小越深越大。

(一)內聚力向內,與深度無關 訪談結果(甲生):

T:請問為什麼你認為內聚力大小向內?

S:因為『內聚』啊,內聚這兩個字就感覺方向向內。

T:那為什麼你覺得內聚力大小與深度無關?

S:內聚力是分子相吸的力,任何深度粒子旁邊都有分子相吸,與深度無關吧。

訪談結果(丙生):

T:為什麼你認為內聚力向內?

S:內聚力不就是向內聚集嗎,方向當然向內。

T:為什麼內聚力大小與深度沒有關係?

S:內聚力是粒子受到旁邊分子的吸引力,我想應該與深度無關。

由以上訪談可以得知,學生迷思概念的來源是因為字面上的意思讓學生產生 誤解,學生都知道內聚力是質點本身受到旁邊分子的吸引力,但受到中文字詞的 影響,讓學生直覺的認為『內聚力』就是代表質點受到向內的作用力。

內聚力的定義為分子受到同類分子相吸之力,液體分子的質點,在水中受到 來自四面八方同類液體分子的吸引力,因此質點所受的力是向外,也就是受到旁 邊水分子的吸引。但學生即使知道這點但卻往往會使用字面上的意思『內聚』, 認為『內聚力』就是受力向內,產生迷思概念。

(二)內聚力方向向內,越深越大 訪談結果(乙生):

T:請問你為什麼覺得內聚力方向向內?

S:嗯…因為『內聚』兩個字。

T:那再請問你為什麼覺得內聚力的大小越在液體下方力量越大啊?

S:嗯…應該像水中的壓力一樣,越深力量就越大,內聚力應該也差不多吧。

T:所以你認為兩者都是水中的作用力,因此內聚力像水壓力一樣越深越大嘍?

S:對啊。

由以上訪談可以得知學生往往會將相似的科學概念套用至其它的科學概念 上,認為既然都在水裡中那麼『內聚力』應該就好比『水壓力』一般,因此認為 內聚力大小如同水壓一般越深則力量越大。

內聚力的定義為質點受到同類分子的吸引力,因此無論在液體表面上方或是 下方,所受到的內聚力大小相同,並不會因為深度越深,力量越大(如下圖);

受力向外並且大小相等。

另一方面,水壓則是因為一個物體越在水面下方,物體所受到的壓力就會越 大,學生往往將別的科學概念應用到其它的科學概念上,可以得知學生將『內聚

力大小與深度的關係』連結到『水壓深度與大小的關係』,因此造成迷思概念。

水壓的定義則是離液面越遠,則液體所受到的壓力越大,P=ρgh,ρ 為液 體密度、g 為重力場強度、h 為離液面的距離。由公式也可看出P正比於h,因 此,距離液面越遠,水壓越大。學生因為將水壓觀念套用至內聚力觀念,因此造 成學生產生迷思概念。