《中學物理總整理：超高效學習！精準掌握搶分關鍵》

ふたたびの理科 物理編

作者： 永野裕之  

譯者： 陳適中

出版社：台灣東販  

出版日期：2024/08/28

語言：繁體中文

ISBN：9786263795082

叢書系列：樂讀科普

規格：平裝 / 396頁 / 14.8 x 21 cm / 普通級 / 雙色印刷

出版地：中国台灣

本書分類：自然科普> 物理/化學> 概論

（页面参数仅供参考，具体以实物为准）

內容簡介

科學——一場探究宇宙道理和前人智慧的旅程。

本書將帶你認識身邊的事物，比如從不織布口罩到靜電，

進而了解萬物的「原理」和「作用」。

你知道全世界的人們在Google上最常搜尋的「why is ~（為什麼）」是什麼嗎？

答案是Why is the sky blue?（為什麼天空是藍色的？）

根據2019年的數據，完全相同的問題每年大約會被搜尋360萬次。

順帶一提，天空是藍色的原因跟大海是藍色的原因不一樣。

前者是因為光的散射，後者是因為光的反射導致。

〈天空是藍色的原因〉

當光線撞到空氣中的微小粒子時，會朝四面八方散開，這現象稱為光的散射。

因為陽光通過大氣層時撞到空氣分子和塵埃，使藍色系的可見光發生了散射。

讓紫光和藍光進入我們的眼睛，但人眼對藍光的敏感度比紫光更高，所以天空看起來就像藍色的。

〈大海是藍色的原因〉

所謂物體的顏色，其實是由該物體會反射哪種波長（顏色）的光來決定。

反過來說，物體會吸收除該物體顏色以外的光。

大海和湖泊看起來之所以偏藍，是因為水分子較易吸收偏紅的光，水面只反射偏藍色的光所致。

｜從伽利略到牛頓的近代科學精神｜

牛頓和伽利略2人之所以被譽為近代科學之父，

是因為他們都根據實驗觀察到的事實來解釋物理現象。

而在此之前的時代，人們都是透過未經驗證的假說來解釋世間萬物的運作原理。

伽利略曾說過一段很有名的名言：

「宇宙是用名為數學的語言寫成的。它的文字是三角、圓以及其他幾何圖形。

若沒有它們，人類就無法理解宇宙的語言；若沒有它們，人類將永遠迷失在黑暗中。」

在這2人活躍的100多年間，物理學乃至整個自然科學才開始踏上現代科學的腳步。

近代科學的精神可以用牛頓曾說過的一句話來總結：

「人可以想像不真實的事物，但只能理解那些真實的事物。

因為如果那些事物是虛假的，那麼對它們的理解就不是真正的理解。」

物理學，就是一種盡可能用最簡潔且普遍的方式來解釋自然現象的學問。

本書盡最大努力明確了各種術語的定義（或語源），

並盡可能詳細解釋了所有不是任何人看了都一目瞭然的命題。

為此作者活用了25年以上的教學經驗，在盡可能涵蓋所有學習者「容易卡住的觀念」的同時，

定下到此就不再深究的底線。

希望就算是不喜愛理科的人，也能讓他們對自然現象的神奇之處和規律性的奧妙萌生興趣

作者簡介

永野裕之

￭ 「永野數學塾」塾長。

￭ 1974年生於東京。曾就讀曉星小學、曉星中學、曉星高中，東京大學理學部地球行星物理學系畢業。同大學宇宙科學研究所（現JAXA）肄業。

￭ 高中時代曾代表東京都參加廣中平祐主辦的「第12屆 數理之翼研討會」。

￭ 深愛數學和物理學之餘，亦涉足餐廳經營事業。擁有日本侍酒師協會認證的品酒專家資格。此外還曾留學維也納國立音樂大學指揮科等，涉獵各種領域的活動，同時也是職業家教，教導超過100名學生。之後運用這方面的經驗成立個人式補習班「永野數學塾」（現已完全線上化）。其淺顯易懂又充滿熱情的教育風格曾受媒體報導，引發話題。

￭ 主要著作有《給大人的數學學習法》（鑽石社出版），近期著作有《意想不到的數學》（鑽石社出版）、《文科也能看懂的AI時代數學》（祥傳社出版）。（書名皆暫譯）

目錄

為什麼天空是藍的？～通往物理的門扉～ 前言

●萬物一致的美

第1章 聲音是什麼

寫在本章開始前…始於畢達哥拉斯某次散步的探尋之旅

聲音傳遞的路徑

透過「某種東西」傳遞

確定了聲音不會在真空中傳遞的實驗

可惜！我們聽不見「宇宙之音」

音波

聲音作為一種波 ～聲音是如何傳遞的？～

兩種波 ～橫波和縱波～

縱波就是「密」和「疏」的反覆交替

聲音的三要素

音高、音強、音色

《音高》～高低由振動頻率決定～

《音強》～不是「強、等於、大」的概念～

《音色》～純粹的聲音是漂亮的波形～

單弦樂器

弦樂器的原理

在散步途中聽到的聲音

音階的發明

聲音的速度

比音速更快的協和號客機

音速會隨氣溫改變

將砝碼和彈簧的關係套用到空氣上思考

在液體和固體中傳遞時的音速

都卜勒效應

救護車疾駛而過時的鳴笛聲、在電車內聽到的平交道警鳴

都卜勒效應的原理

雖然克里斯蒂安・都卜勒的猜想落空……

Column 1雷聲

●自然的雷電難以當成能源的原因

第2章 光是什麼

寫在本章開始前…無論是中文的「光」，還是英文的「light」

發光的原理

2種原理 ～熱輻射和冷發光～

冷發光難以解釋

光的直進性

光最基本的性質

燈泡的光是擴散光線，太陽光是平行光線

影子的形成

點光源與面光源、本影與半影

除了「月全食」和「月偏食」外還有「半影月食」

所謂的「看見」是怎麼回事？

紙本和電子書

以為是眼睛射出東西的亞里斯多德

光的反射

入射角永遠等於反射角

正反射和漫反射

鏡子與成像

鏡中成像跟實物的位置關係

鏡中反射的可見範圍

鏡子需要多長才能映出全身？

光的折射

碗底的硬幣像浮在水中？

為什麼會發生反射？

不同介質的折射率

牛頓與光的色散 ～彩虹的光帶「光譜」～

凸透鏡

凸透鏡的三種作用

「球面鏡」與「非球面鏡」

凸透鏡與光的行進方式 ～畫圖計算成像位置與大小～

《例1：當物體正好在2倍焦距上時》

《例2：當物體在比2倍焦距更遠處時》

《例3：當物體在比焦距更遠，但比2倍焦距更近處時》

《例4：當物體在比焦距更近處時》

《例5：當物體正好在焦距上時》

【發展】用計算導出透鏡的公式

凸透鏡的注意點①（如果用布蓋住一半透鏡…）

凸透鏡的注意點②（實像的成像方式）

針孔相機

失焦的原因

不論放在哪裡都不會失焦！

在江戶時代的浮世繪和書物中也有出現

Column 2 尋找彩虹的方法與天空的顏色

●如何在雨過天青後尋找彩虹？

●天空是藍色的原因

●雲是白色的原因

第3章 電是什麼

寫在本章開始前…不織布口罩的祕密

靜電

質子和電子的電量

塑膠墊板與頭髮的絕佳組合

「電 electricity」的語源來自希臘語的「琥珀 elektron」

電流、電壓、與電阻

伏打的假說、格雷的實驗

（1）電流 ～單位是「安培」～

（2）電壓 ～單位是「伏特」～

（3）電阻 ～單位「歐姆」～

電阻與電阻率

導線愈細長的話

常導與超導

電路與歐姆定律

學看電路圖

蓋歐格・歐姆的發現

乾電池的原理與性質

歐姆定律的「物理學意義」

串聯與並聯

電燈泡的原理與性質

《燈泡串聯時》

《燈泡並聯時》

《乾電池串聯時》

給搞不懂電流與電路問題的讀者

密不可分的物理與數學，兩者決定性的差異

《乾電池並聯時》

整理4種排列方式

短路

短路是常見的火災原因

電線發生「短路」的原理

各種電路的計算

《基本的電路》1顆乾電池、1粒燈泡

《複雜的電路①》1顆乾電池、3粒燈泡

《複雜的電路②》1顆乾電池、4粒燈泡

焦耳熱（消費電力）

詹姆士・焦耳的功績

關於瓦（W）這個單位

焦耳熱的理論背景

電熱線

說到電熱線就想到鎳鉻合金，但銅線也可以

《電熱線的串聯》

《電熱線的並聯》

Column 3 什麼是負電荷的移動？

●是否該避提負（minus）的概念？

●用錢的概念來想就很簡單

●假設的定義沿用至今

第4章 磁鐵是什麼

寫在本章開始前…磁鐵是「慈鐵」？

各種各樣的磁鐵

日本是「磁鐵王國」

如何表現看不見的磁力

（1）磁場的方向

（2）磁力線

為什麼鐵會被磁鐵吸住

磁化 ～鐵釘摩擦過磁鐵後產生磁性的原理～

人造的永久磁鐵歷史尚淺

棒狀磁鐵的性質

電磁鐵

電磁鐵 ～厄斯特的發現～

右手定則 ～安培的發現～

線圈

（1）線圈的磁力線

（2）線圈的磁極

放大電磁鐵磁力的3種方法

電磁鐵的特徵 ～整理：跟棒狀磁鐵比較～

（1）N極跟S極可以對調

（2）磁力可以調控至接近零

（3）磁力大小可控

（4）可以創造比永久磁鐵更強的磁鐵

地球就是一個大磁鐵

羅盤的祖先 ～指向南方的「指南魚」～

為什麼會有地磁存在？

2種「北」 ～「正北」和「磁北」～

電磁感應

法拉第的舉一反三

人類最早的發電機 ～法拉第帶來的「現代」～

冷次定律

自然偏好穩定，不喜歡變化和不自然

勞侖茲力與左手定則

馬達與發電機

電流會受到來自磁場的力

法拉第的電磁旋轉裝置

比起科學更愛課稅的英國首相

馬達的原理

交流電與發電機

日本列島 東西不同之謎

馬達也能化身發電機 ～源自操作錯誤的意外發現～

手搖發電機

Column 4 詹姆斯・尤因的功績

●作為外勞來到日本

●磁飽和與磁滯現象

●尤因埋下的「磁鐵王國」種子

第5章 彈簧與槓桿的原理

寫在本章開始前…物理學中的「力」 ～2種意義～

彈性體的代表性存在「彈簧」

虎克定律 ～在有限範圍內有效的關係～

虎克沒有留下肖像畫的原因

接觸力 ～關鍵在於界面～

作用在彈簧上的力 ～該看整體，還是看兩端的點～

如果把彈簧橫放會如何

【補充】繩索張力的真面目

常見的誤解 ～兩端都有砝碼的情況～

作用在多個彈簧上的力（前篇）

[1]將兩條相同彈簧串聯時

[2]將兩組彈簧跟砝碼的組合串聯時

[3]將兩條不同種類的彈簧串聯時

槓桿的三點 ～支點、施力點、抗力點～

阿基米德的豪語

力矩 ～使物體旋轉的能力～

3種槓桿 ～依照什麼點在中央來分類～

《第一類槓桿》～支點在中央～

《第二類槓桿》～抗力點在中央～

《第三類槓桿》～施力點在中央～

槓桿靜止的條件

思考用兩手轉動汽車方向盤的情況

左右的「力臂長×砝碼重量」相等時……

《各種各樣的槓桿①》 ～有三個砝碼的槓桿～

《各種各樣的槓桿②》 ～支點在末端的槓桿（彈簧秤登場）～

《各種各樣的槓桿③》 ～沒有支點的槓桿（2個彈簧秤）～

《各種各樣的槓桿④》 ～棒子彎曲成逆ㄟ字形的槓桿～

作用在多個彈簧上的力（後篇）

[4]2條相同彈簧並聯的情況（砝碼在中央）

[5]2條相同彈簧並聯的情況（砝碼不在中央）

[6]2條不同類彈簧並聯的情況

Column 5 接觸力還是非接觸力，橫跨世紀的爭論

●超越高中物理 ～稍微跨入大學程度的物理～

●發現萬有引力後引發的爭論 ～重力如何傳遞～

●庫侖力的發現 ～與萬有引力一模一樣～

●跟「百年常識」唱反調的法拉第

●相隔一世紀的解答時刻 ～因波的傳遞屬於接觸作用而分出勝負～

●「手指 VS. 槓桿」的悖論 ～如果有一根不會彎曲的棒子!?～

第6章 滑輪與輪軸的物理學

寫在本章開始前…自古以來便伴隨人類左右的「機械」滑輪與輪軸

滑輪

便利無比的滑輪們 ～滑輪的定義與種類～

定滑輪 ～滑輪本身不動～

動滑輪 ～跟貨物一起移動的滑輪～

省力一半，但移動距離變成2倍

能與功（量）

費曼對「能量」的解釋

何謂功？ ～物理學上的定義～

定滑輪與槓桿＆力平衡

動滑輪與槓桿＆力平衡

滑輪組（複合滑輪）

多個動滑輪連在同一條繩索上的情形

多個動滑輪並非連在同一條繩索上的情形

有時還需要考慮動滑輪的重量

輪軸

輪軸的優點

我們身邊的輪軸 ～開闔、調節等等～

稍微聊點題外話 ～腳踏車的歷史～

腳踏車齒輪的物理學

思考摩擦力 ～剛起步時最費力～

後輪齒輪較大時（半徑20cm）

後輪齒輪較小時（半徑5cm）

日本中學入學考例題

【問題1 惠泉女學園中學】

【問題2 聖望學園中學】

Column 6 關於力的單位

●運動的三大定律

●力的單位「N（牛頓）」

●國際單位制（SI）

●重力加速度

第7章 密度、壓力、浮力的物理學

寫在本章開始前…聰明小孩測量大象體重的故事

密度

鐵跟棉花哪個比較重？

各種物質的密度與浮沉的關係

水的密度與質量的標準變遷

水的狀態變化與密度

兩種相反作用互相抗衡，正巧落在4°C

物質三態 ～固體、液體、氣體～

氣體的體積因條件而異

壓力

圖釘、鎖上的門、大氣壓

帕斯卡原理與流體

【補充(1)】帕斯卡原理的數學證明

【補充(2)】大學物理課會學到的「應力」思維

【補充(3)】流體的正確定義

水壓

由此開始要考慮重力

【補充】水壓只由深度決定的證明

複雜形狀容器的水壓

計算／不計算大氣壓的影響 ～絕對壓力與錶壓力～

浮力

久等了！終於輪到浮力

計算浮力的大小

【補充】用代數式計算浮力

食鹽水的濃度與物體的浮沉 ～用生雞蛋做實驗魔術～

可以躺在水上讀書的湖

食鹽水與浮力

浮在液體上之物體所受的浮力 ～冰山的一角是幾％？～

彈簧秤與台秤的受力 ～挑戰中學入學考題～

【其他解法】把「燒杯＋水」與「砝碼」分開

作用力・反作用力定律

Column 7 帕斯卡的說服藝術

●「定義」「公理」「論證」三大台柱

●「定義」很重要，但不能太死腦筋

●「公理」不是「定理」

●「論證」的三個規則 ～任何人都能進行邏輯議論～

●影響帕斯卡的歐幾里德《幾何原本》

第8章 物體的運動原理

寫在本章開始前…日晷、水鐘、擺輪鐘

●使用游絲的惠更司「擺輪鐘」

單擺

單擺的基本性質

單擺等時性的「極限」

單擺的週期是由什麼決定的？

【補充】用數學式表示單擺的週期

單擺運動的對稱性

物體的下落

亞里斯多德認為「物體愈重下落愈快」

自由落體的下落速度與下落距離

運動與能量

力學能守恆定律

【發展】位能與動能的數學表現

《位能》

《動能》

《速度》

《移動距離》

當單擺的擺錘撞上木片

【補充】推導木片的「移動距離」

Column 8 從伽利略到牛頓的近代科學精神

●這二人被譽為近代科學之父的原因

●學習理科的必要性與日俱增

結語

參考文獻

索引