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請問濡濕液體與非濡濕液體在管壁上之內聚力與附著力的方向為 何?原因為何?

出題說明:

此題欲探討學生是否能正確判斷濡濕液體與非濡濕液體在交界面上內聚力與附 著力的方向。附著力因為異類分子相吸之力所以方向是垂直交界面向外,而內聚 力是同類分子相吸之力所以方向則是向液體內部,達到平衡時液面會垂直於內聚 力與附著力的合力方向,否則液體會流動。

表十三:濡濕與不濡濕液體內聚力與附著力作答的作答情形

作答情形: 人數(人) 比例(%)

1.內聚力方向朝向液體內部;附著力方向則是 隨液面並平行交界面向上或向下爬升。

8 20

2.內聚力方向朝向液體內部;附著力方向則是 沿著液面上升或下降的切線方向。

13 33

3.內聚力方向朝向液體內部;附著力的方向則是 垂直交界面的方向

10 25

4.內聚力方向朝向液體內部;附著力的方向則是 垂直交界面的方向

9 22

合計: 40 100

作答分析:

(一)作答情形為 3 的學生有 10 人(25%),學生了解內聚力向 內部,附著力垂直交界面。

(二)作答情形為 1 的學生有 8 人(20%),學生認為內聚力方 向朝向液體內部,附著力方向則是隨液面並平行交界面向上或向下。學生

並未考慮到液面攀升的方向為合力的情形。

(三)作答情形為 2 的學生有 13 人(33%),學生認為內聚力方 向朝向液體內部,附著力方向則是沿著液面上升或下降的切線方向。學生 認為附著力的方向即為液面攀升的切線方向。

(四)作答情形為 4 的學生有 9 人(22%),學生認為內聚力方 向朝向液體內部;附著力的方向則是垂直交界面的方向。

訪談資料:

此題乙生及丙生皆具迷思概念。丙生認為附著力平行管壁向上,乙生則是認為附 著力方向沿液體延展的切線方向。

(一)附著力平行管壁朝上 訪談結果:(丙生皆有此想法)

T:請問為什麼你覺得附著力是平行交界面朝上或朝下呢?

S:嗯……因為附著力拉扯液面攀升向上。

T:所以你覺得液面向上攀升,所以附著力的方向就是平行界面朝上?

S:我是這麼認為的。

由以上訪談可得知學生認為液面攀升主要是因為附著力大於內聚力,認為既 然液面向上攀升,那麼附著力的方向平行界面朝上,因此造成迷思概念。

(二)附著力沿切線方向 訪談結果:(乙生)

T:你什麼覺得附著力的方像是沿著液面上升或下降呢?

S:因為既然液面要上升或下降,就很像以前學過的速度方向一樣,是沿切線方向。

T:所以你是把速度方向的概念拿來用到附著力方向?

S:嗯…對啊,我覺得應該類似吧。

由以上訪談可以得知學生認為附著力方向就好比運動速度的方向一樣,是沿 著切線方向的,因此認為附著力方向沿切線方向向上或向下造成迷思概念。

而這個部分,若根據定義從根本去探討,則可以知道液面上升或是下降主要 是因為內聚力與附著力互相抗衡所導致。因此若為濡濕現象則液面上升,附著 力與內聚力的合力應與液面垂直,否則有平行於液面方向的分力,會使液體流 動,反之不濡濕現象則液面下降,附著力與內聚力的合力同樣應與液面垂直如下

圖。