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請問酒精和純水,哪一個比較可以在杯口鼓起較高的液面?原因為何?

出題說明:

此題欲探討學生有關沸點高低與表面張力大小之間的關係。不同的液體本身所擁 有的特性各不相同,而粒子所擁有的動能比較小的液體沸點較高,也因為粒子的 動能比較所以此粒子比較不會移動,粒子之間的空隙較小,作用力較大,表面張 力較大。

於『粒子所擁有的動能』與『沸點大小』之間的概念連結有缺失以及在

『沸點大小』與『粒子能量大小』之間的概念連結有缺失,學生擁有動 能大沸點就高,甚至沸點越高的液體表面張力較大的迷思概念。

(五)作答情形為 3 加 4 的學生有 24 人(60%),學生皆能正確判斷純水的表面 張力較大,鼓起的液面較高。但只有 25%的學生知道其原因,也就是純水 本身粒子所擁有的能量小,所以沸點比較高,而粒子能量小則比較不會移 動,粒子間的空隙較小,因此表面張力較大,鼓起的液面較高。

訪談資料:

此題僅甲生及丙生具迷思概念。甲生認為能量強則表面張力大,丙生則是以直覺 想法來判斷。

(一)能量強,表面張力大 訪談結果:(甲生)

T:請問為什麼酒精沸點低,粒子擁有的能量比較大?

S:因為比較容易蒸發。

T:比較容易蒸發為什麼能量就比較大?

S:因為能量大比較容易脫離液面啊。

T:那粒子能量比較大的話,表面張力就比較大嗎?

S:對啊,能量強,表面張力應該就比較大。

T:為什麼你認為能量強,表面張力就比較大?

S:能量強才可以有力量撐住水面上的東西啊。

由以上訪談可以得知,學生認為酒精相較於純水來說沸點較低,沸點比較低 是因為粒子所擁有的能量比較強,而沸點較低的液體則是因為能量較強的關係所 以表面張力比較大。此部分顯示學生在於『表面粒子能量大小』與『表面張力大

小』之間的關係有缺失。學生會以能量強的粒子,比較能夠撐住水面上物體的觀 點來答題產生迷思概念。

(二)直覺想法 訪談結果:(丙生)

T:為什麼你覺得沸點高,粒子擁有的能量就比較大?

S:直覺吧,通常一個因素便高,另一個因素也會便高。

T:所以你覺得粒子有的能量越高,也覺得表面張力會變大嘍?

S:是的。

由以上訪談可以得知,學生在『沸點高低』與『粒子能量大小』關係的概念 上出現缺失,也對於『粒子能量大小』與『表面張力大小』之間的概念關係出現 缺失,學生往往會有一個變數越大,則另一個變數也越大的直覺想法,而並不會 從定義下去探討。此部分提到『越易蒸發的液體,分子作用力比較小,故表面張 力較小』的概念,而這個部分課本教材並未清楚陳述其中的因果關係,教材上只 是直接指出『越容易蒸發的液體,分子作用力較小,所以表面張力較小』。事實 上比較清楚的論述方法應該是越易蒸發的液體是由於液體本身粒子所擁有的能 量比較大,也因為粒子所擁有的動能較大因此粒子比較能夠移動,粒子比較容易 移動就會導致分子之間的空隙變大,作用力變小,所以表面張力較小,課本並未 澄清此概念因此導致學生產生迷思概念。