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請問若滴一滴油滴在水的表面上,有幾個交界面具有表面張力?

出題說明:

此題欲探討學生何種交界面具有表面張力存在的概念。其實在任兩個不同性質的 交界面上皆有表面張力的存在,主要原因是性質不同的交界面上內聚力與附著力 的交互作用產生表面張力,因此在油滴與水、水跟空氣、油滴跟空氣的交界面都 具有表面張力存在如下圖。T1 為油與空氣的表面張力,T2 為油與水的表面張力,

T3 為水與空氣的表面張力。

水、油和空氣之間的表面張力

表九:水滴若滴在油上何種界面具表面張力的作答情形

作答情形: 人數(人) 比例(%)

1.油滴跟水的交界面存有表面張力。 3 8

2.油滴跟空氣的交界面存有表面張力。 3 8

3.水跟空氣的交界面存有表面張力。 2 5

4.油滴跟水、水跟空氣的交界面都存有表面張力。 5 12 5.水跟空氣、油滴跟空氣的交界面都存有表面張力。 3 8 6.油滴跟空氣、油滴跟水的交界面都存有表面張力。 6 14 7.油滴跟水、水跟空氣、油滴跟空氣的交界面都存有表面張力。 18 45 合計: 40 100

作答分析:

(一)作答情形為 7 的學生有 18 人(45%),學生正確的回答出任兩種不同性質 的交界面均有表面張力的存在。

(二)作答情形為 1 的學生有 3 人(8%),學生認為只有在油滴跟水的交界面具 有表面張力存在;作答情形為 2 的學生有 3 人(8%),學生認為只有在油 滴跟空氣的交界面存有表面張力,而並未考慮到任兩個不相同的交界面皆 有表面張力存在,此部分學生認為油滴在水面上會凝聚成球珠造成學生擁 有只有在油滴跟水的交界面具有表面張力存在的迷思概念。

(三)作答情形為 6 的學生有 6 人(14%),學生認為在油滴與空氣、油滴跟水的 交界面存有表面張力此部分學生認為水與空氣之間不具有表面張力,代 表學生對於表面張力的成因不夠了解,也未能從內聚力與附著力的觀點 解釋表面張力造成迷思概念,其實在任兩種不同液體與界面交界出皆有 表面張力的存在(如下表十)。

表十:不同介質表面張力大小的比較表(龍騰版物質科學物理篇下,p91)

液體-- 界面物 質

表面張力 (N/m)

橄欄油-- 水 18.2 X 10-3 甘油 -- 空氣 63 X 10-3 水 -- 空氣 72.8 X10-3 水銀 -- 水 0.375

訪談資料:

此題僅甲生及乙生具迷思概念。甲生認為特殊液體才具表面張力;乙生認為水面 上要有物體才有表面張力。

(一)特殊液體才具表面張力 訪談結果:(甲生)

T:為什麼你認為油滴與空氣,油滴跟水的交界面存有表面張力?

S:因為油滴是比較特殊的液體。

T:為什麼油滴比較特殊?

S:印象中把油滴滴在水面,油滴會在水面變成一個小圓形,感覺就是有表面 張力包住它。

T:那為什麼空氣跟水之間沒有表面張力的存在?

S:我覺得如果把一個物體放在水面上才有表面張力吧,如果沒放物體就沒有 表面張力,水跟空氣之間沒有東西就沒有表面張力。

T:所以你覺得如果只是空氣跟水就沒有表面張力的存在?

S:嗯。

訪談結果:(乙生)

T:為什麼空氣跟水的接觸面沒有表面張力?

S:因為沒有東西在水面上阿。

T:所以要有物體在水上才有表面張力。?

S:對啊,這樣才感覺得出來有東西站在水上吧。

T:那為什麼油滴跟水之間有表面張力?

S:油滴不是會凝結成一顆球珠嗎…感覺有東西把它包起來。

T:所以油滴面上不用放東西就有表面張力?

S:嗯。

由以上訪談可以得知,學生認為要有物體讓在水面上,水面上才有表面張力 的存在,若水面上沒有物體,則無表面張力的存在;甚至擁有特殊液體液面上不 用放置物體,特殊液體的液面上就會存有表面張力的迷思概念。同樣顯示學生對 於表面張力的成因不夠了解,學生若能從內聚力與附著力的角度去探討表面張 力,則可以發現在任兩種不同介質的交界面都具有表面張力的存在。