出題說明:
此題欲探討學生有關濡濕液體與不濡濕液體在交界面上攀爬的情形與原因,考慮 液體位在水面和管壁交界處 A 點的一個分子受力情況,F2 為管壁分子吸引該水 分子的附著力;F1 為水體內部的分子吸引該水分子的內聚力,若為濡濕液體,
則附著力 F2 大於內聚力 F1,兩力的合力 R 指向管壁外側,由於液體易流動,不 能承受平行於表面的橫向力,故在 A 點的液面必須垂直於合力 R,而平衡的水面 就如下圖左所示。另一方面,若為不濡濕液體,則內聚力 F1 大於附著力 F2,造 成合力 R 像液面內部,液面同樣地必須垂直於合力方向如下圖。
表十二:濡濕液體與不濡濕液體液面上升的作答情形
彎曲或下降,並認為液體相較於介質密度較小,液面彎曲上升;液體相 較於介質密度較大,液面彎曲下降。由此部分可得知學生在判斷液面彎 曲上升或是彎曲下降時會以液體相對於介質密度的大小來判斷,若液體 的密度比介質的密度大,則液體彎曲下降;若液體的密度比介質的密度 相對較小的話,液面彎曲上升,可以得知學生會以『相對密度的大小』
來判斷液面上升下降而產生迷思概念。
(四)作答情形為 4 的學生有 6 人(15%),學生認為普通液體的液面向上攀爬,
特殊液體的液面下降。學生以『是否為特殊液體』來決定『攀升或下降』
的現象,而為考慮到濡濕與不濡濕液體的情形。
(五)作答情形為 2、3 加 4 的學生有 29 人(73%),學生能夠選出水與水銀液面 攀升的情形,但只有作答情形 2(35%)的學生能夠回答此現象的原因。
訪談資料:
此題僅甲生具迷思概念。甲生為液體密度較大則液面上升,液體密度較小則液面 下降。
(一)以相對密度來決定液體上升還是下降 訪談結果(甲生)
T:請問為什麼你覺得水銀下降,純水上升?
S:因為水銀密度很大啊?
T:所以你覺得密度大的液體都會液面都會下降?
S:比玻璃大應該就會下降,像水密度比玻璃小就會上升啊。
T:所以你是以相對密度大小來決定液面上升或下降的情形?
S:嗯。
由以上訪談可以得知學生存有會以『相對密度的大小』來判斷液面上升下降
而產生迷思概念。
濡濕現象為界面上的液體附著力大於內聚力,因此液體在界面上會灘成一片 水膜附著。若有細管插入,則因為附著力大於內聚力,因此與細管接觸的液面受 到較大的附著力拉扯,因此液面會彎曲上升。從學生的答案可知,學生認為附著 力大於內聚力,液面會彎曲下降,因此學生在於『內聚力與附著力』與『液體上 升下降』的概念有缺失導致此迷思概念。