名師這樣教物理秒懂:國中沒聽懂、高中變天書,圖解基礎觀念,一次救回來
名師這樣教物理秒懂:國中沒聽懂、高中變天書,圖解基礎觀念,一次救回來
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商品介紹
  • 商品簡介
  • 作者簡介
  • 名人/編輯推薦
  • 目次
  • 書摘/試閱
  • ◎國小的有趣自然科,到了國中變身物理課,都聽不懂。
    ◎念高中還是躲不掉物理──學測啥都考,避不開自然科,很慘。
    ◎物理就是套原理、套公式,用死背應付吧!(所以學得好痛苦)
    ◎出社會,就可以不必懂物理了吧?錯!
    不只讀書,就業、理財、甚至就醫,你都得懂些物理原理,才能占到先機。
    國中沒聽懂、高中變天書,念大學等著被當,出社會無緣當科技新貴……
    你的人生不該是這樣的。如果你很苦惱物理學課程,這本書一定能幫到你。

    物理就是物體的原理,基本法則貫通在身邊各種現象中
    例如,用滑輪抬東西為什麼至少省力一半?
    電暖器的紅光會把我晒黑嗎?馬達,有的變頻能省電、有的變頻會燒壞,何故?
    巨蛋體育場屋頂該蓋幾公尺高才夠?
    海嘯時躲在堤防後面為何沒用?有些地震上下跳、有些地震左右搖,何故?
    迴旋加速器跟我體檢和看醫生為什麼大有關係?超導體為什麼對我很有用?
    拍照何時該用偏光鏡?哪種電動車才是大勢所趨?手機怎麼收不到訊?
    國外帶回來的電器,變壓整流之後為什麼還是不能用?………
    物理其實比你想像中有用。而本書的寫法,保證超乎你想像的有趣。

    本書由 8 位日本現職高中、大學教師共同編寫,用圖解方式
    將力學、功與能、熱力學、電學、電磁學、波動等 6 大基礎物理。
    用生活中的各種應用加以解說,
    幫你把以前沒聽懂的物理概念,一次救回來!

    ◎力學:搞懂物體如何平衡、變形和運動
    ‧搭捷運最有感覺的力——慣性力與離心力
    列車起動和煞車時,沒抓好就會摔跤,就是因為慣性。

    ‧萬物之間都有引力,誰離不開誰?
    其實人與人之間也有引力,只是重力的引力更大,所以雙腳會站在地球上,
    人和人之間卻不會吸在一起。

    ◎物理的「功」與「能」,有什麼功能?
    .為什麼明明搬了重物移動,作功卻說是零。
    如果施力方向與物體移動方向相反,則是作負功。所以搬起行李往前走,搬行李的力對移動行李的作功為零。

    .用「功」的原理來設計機器,想要省力,臂就得拉長一點。
    利用「槓桿」、「滑輪」等簡單機械,可以改變施力的方向及大小,讓你更省力。

    ◎熱力學 —「熱」會移動,但溫度不會
    .溫度指的是物體、液體、氣體的冷熱程度,就是溫度計上顯示的數值。
    熱則是指物體內的原子和分子運動時帶有的能量,轉移到其他物體的過程。
    .熱力學定律有三種,其實你天天都在操作,像是把冰水加熱,讓熱茶變冷,
    還有摩擦就會生熱。誰說物理很難學?

    ◎電學 — 發電與儲電,都是顯學
    .發現電:靜電讓人討厭,卻不可或缺!
    如果沒有靜電,影印機就沒辦法讓黑色粉末(碳粉)附著在紙上。
    .電動車受重視,不只是因為環保!
    因為一般燃燒汽油行走的汽車,能量轉換效率差,最後利用的能量大約只有原本的三分之一。

    其他像是
    .車子開進隧道時,收音機為什麼會收不到訊號?其實是電場作用。
    .墊板摩擦以後,為什麼會把頭髮或小紙片吸起來?這是靜電
    .世上萬物幾乎都與波有關—波,如水波、音波、光波、電磁波、地震波
    都是常見的波。

    誰說物理很難又很枯燥,
    本書保證讓你讀起來像看故事書一樣有趣。



  • 作者簡介:

    高見壽
    〈第1章 力學:搞懂物體如何平衡、變形和運動〉撰稿者。
    1949年生於日本岡山縣。岡山大學理學院物理系畢業。於縣立高中教授物理,屆齡退休。目前為岡山理科大學兼任講師。

    稻田佳彥
    〈第1章 力學:搞懂物體如何平衡、變形和運動〉撰稿者。
    1966年生於日本廣島縣。東北大學研究所理學研究科物理學第二專攻博士課程後期修畢。曾任大阪大學研究所理學研究科助教等職,現為岡山大學研究所教育學研究科教授。

    高橋善樹
    〈第2章 物理的「功」與「能」,有什麼功能?〉撰稿者。
    1957年生於日本福島縣。東北大學理學院物理系畢業。目前擔任福島縣立喜多方桐櫻高中教師。

    浮田裕
    〈第3章 熱力學:分子運動的速度與能量的轉移〉撰稿者、本書內容統籌。
    1959年生於日本兵庫縣。甲南大學理學院畢業。甲南大學研究所自然科學研究科物理學專攻碩士課程修畢。現為兵庫縣立星陵高中教師。

    小關正廣
    〈第4章 電學——發電與儲電,都是顯學〉撰稿者。
    1950年生於日本群馬縣。群馬大學教育學院畢業。前新島學園中學、高中教師(物理、化學)。現為日本流星研究會會長。

    田中岳彥
    〈第5章 電磁學:發電、醫學、遙控器〉撰稿者。
    1959年生於日本三重縣。東京理科大學理學院畢業。筑波大學研究所碩士課程修畢。愛媛大學研究所博士後期課程修畢。博士(理學)。現於三重縣立津西高中任教。

    中屋敷勉
    〈第6章 波:萬物都與波有關,包含你、我〉撰稿者。
    1959年生於日本宮崎縣。岡山縣立岡山一宮高中教師(物理)。日本物理教育學會岡山縣幹事。日本物理學會會員。物理奧林匹克日本委員會(JPhO)委員。

    左卷健男
    本書內容統籌。
    1949年生於日本栃木縣。千葉大學教育學院畢業。東京學藝大學研究所教育學研究科修畢(物理化學講座)。歷經同志社女子大學教授等職,現為法政大學教職課程中心教授。著有《有趣又不沉悶的物理》(PHP研究所)、《看穿假科學的智慧》(新日本出版社)、《圖解.化學「超」入門》(Science i)等多部著作。

    譯者簡介:
    林展弘
    畢業於臺灣大學電機系電信所,過去曾於京都大學從事學術研究,並於大阪松下企業工作。回臺後於輔仁大學譯研所接受口譯訓練,現為中、英、日職業口譯員,並從事日語教育工作。
  • 推薦
    北一女中物理教師╱簡麗賢
    國立自然科學博物館館長╱孫維新
    物理教學影片YouTuber╱吳旭明

  • 前言
    物理——量化現象並透過觀察與實驗,探討大自然原理的學問

    「物理」學習的是物體的原理,從天體運動到基本粒子,物理可說與自然界中的所有狀況息息相關,也有「探討物體的基本性質與運動」的特色。物理盡可能的將現象簡化,以定量表示,並透過觀察與實驗,找出橫跨各種自然現象的共通法則,並探討大自然的原理。
    也因為物理的基本法則貫通在身邊各種現象中,透過學習物理,便可以用科學的角度看眼前的世界。
    高中學習的物理,內容不外乎「力學」、「熱學」、「波動」、「電學與磁學」及「原子學」等五大項目。本書從中特別選出「力學」、「功與能」、「熱力學」、「電學」、「電磁學」、以及「波動」等六個項目探討。
    不過說到物理,或許有些讀者會回想起過去高中上物理課時,「完全聽不懂老師說什麼」的情況。或許也有人是「因為物理好像很難,所以放棄選修」。其中幾個原因可能是「概念太過抽象」或「數學公式及計算題太多」。另外,大家也可能覺得就算選修了物理,上課不過就是套原理、套公式解題罷了,也因此會覺得物理既「枯燥」又「難懂」吧。
    不過,如果思考「運動中的物體,最後一定會停下」這類看似常識的論述,並抽絲剝繭、看穿其中只有單純的「慣性作用」,再用這種法則來預測未來的狀況,就會發現其實學物理,就是學習並了解如何應用這些知識而已。如果在解物理題時,能配合了解物理世界的觀念,相信一定會更有趣。
    因此,對於國、高中時不擅物理的讀者,本書盡可能以豐富的圖像解說物理的概念。本書設定的目標讀者群,是因為迫於需要、想要在短時間內通透物理學的基礎,以及想了解現代最新知識的上班族等一般社會大眾。
    本書的內容說明,是希望讀者能輕鬆閱讀,並在職場及日常生活中派上用場,以及學習生活在現代所要知道的物理知識。當然,也希望正在學習物理學的高中生及大學生能閱讀本書。

    本書共有八名作者,其中包含在高中任教物理多年的教師,以及在大學擔任教職的教授們。本書具有其他類似書籍所沒有的三個特點。

    特點①
    從中學程度開始,使用大量圖解、淺顯易懂的解釋物理學基礎知識。

    特點②
    針對在日常生活中及職場上,想從基礎開始學習物理的讀者,精心挑選內容。

    特點③
    以插畫解說較艱澀的物理概念及法則。

    本書遵循上述三大特點,針對一般讀者,以「看故事般有趣」、「內容實用」,以及最重要的「內容易懂」為目的撰寫並順利付梓。
    最後,特別感謝為本書繪製可愛插圖的插畫家井上行廣先生,及對本書內容給予寶貴意見、並負責編撰作業的科學書籍編輯部石井顯一先生。

    謹代表所有作者
    卷健男、浮田裕

    推薦序
    學習高中物理三部曲——閱讀、理解與應用

    北一女中物理教師╱簡麗賢

    如果調查臺灣的高中生課業學習的問題:「你認為最難的科目是哪一科?為什麼?」相信回答「物理」的人數,可能排在第一名或第二名,尤其是理組(第二類及第三類組)的學生,理由最可能是「很抽象,公式多,考題難」。
    在我的高中物理教學經驗中,學生認為學習科目中最難的,物理確實排在前兩名,與數學「不分軒輊」,原因不外乎是需要理解、要花很多時間思考、有些單元很抽象,例如力學、光學和電磁學,以及需要應用數學分析和推導結論公式,擔憂「學校考試的題目很難,有時看不懂題目」。
    面對學生學習高中物理的困擾,身為教師的我責無旁貸,應協助學生面對問題、找出困擾原因,提供有效的學習途徑以解決問題。
    當學生問我:「究竟要如何學好高中物理?」或「我怎麼樣才能在物理考試獲得高分?」這樣的問題真是「大哉問」。物理成績能不能得高分?這與教師物理試題評量設計有關,包含命題的主題是否都在課堂上教過?難易度是否掌握得宜?題數是否適宜?是否提供學生足夠時間思考題目?題目敘述是否清楚易懂?題目情境是否合理?
    如果不討論「物理題目設計得好不好?」,那麼物理成績不佳的原因與學習的態度和方法有關,包含學習態度常常「考前抱佛腳」,認為「背」物理公式就可以應付;如果學習方法是「五不」,也就是「不專心上課、不作筆記、不閱讀課本、不理解思考、不複習主題內容」,成績不佳自然是「理所當然」。
    如何提升高中物理的學習效率?建議從學習態度和方法著手。高中物理的內容主題多元,包含力學、波動、光學、電磁學、近代物理與現代科技等,每一單元都與生活有關,生活中有物理,物理在生活中,因此學習物理至少應包含三部曲,即「閱讀、理解、應用」。
    要建立物理概念,必須先吸收物理知識,除了上課認真聽老師講授外,「閱讀」物理書和課本教材絕對必要,這是「君子務本,本立而道生」的概念,「閱讀」是建立物理「基本」概念最好的方法。在閱讀中要培養耐心「理解」基本概念的習慣,學不躐等、盈科後進,一步一腳印,並且能與生活或新聞的話題結合,將物理概念「應用」在這些議題中。
    因為教學需要,我常閱讀物理書籍與雜誌,也常蒐集與閱讀其他國家的物理教科書和科普書。日前有緣閱讀大是文化出版的《名師這樣教 物理秒懂》,內容多元而豐富,繪圖生動而吸睛,以概念為主,不特別強調數學推導,舉例亦以生活應用為範疇,很適合幫助高中學生掌握「閱讀、理解與應用」的學習三部曲,成為學習高中物理的「良師益友」。

  • 目錄
    作者簡介
    推薦序 學習高中物理三部曲——閱讀、理解與應用╱簡麗賢
    前言 物理——量化現象並透過觀察與實驗,探討大自然原理的學問

    第1章 力學:搞懂物體如何平衡、變形和運動
    1 質量與加速度
    2 力會使物體變形,也會改變運動狀態
    3 用箭頭表達力的量值、方向
    4 力可以合成、分解
    5 只要有作用力,就有反作用力
    6 受力平衡時,不一定是靜止的
    7 力矩幫你更省力
    8 找出物體的重心
    9 速度要有方向,速率代表快慢
    10 不管物體有多重,落下速度都相同
    11 斜拋運動是垂直及水平運動的結合
    12 慣性:物體無法馬上運動,也無法立刻靜止
    13 速度和加速度越大,力越大
    14 搭捷運最有感覺的力——慣性力與離心力
    15 萬物之間都有引力,誰離不開誰?
    16 利用既有單位,創新單位
    專欄01 為何滑冰選手旋轉時,要收起手臂?

    第2章 物理的「功」與「能」,有什麼功能?
    1 出力的同時位移,才是作功
    2 為什麼搬了重物,作功竟然是零?
    3 靜力平衡:施力N焦耳,但「虛功」
    4 利用「虛功原理」,探討物體組合維持平衡的條件
    5 想省力,臂就得拉長一點
    6 用距離換取省力:斜坡、滑輪
    7 用「功」的原理來設計機器
    8 能量=作功的能力,一定要運動
    9 要給它動能,就必須對它作功
    10 重力可形成位能,世界不該是平的
    11 預測物體行進,用力學能守恆律
    12 巨蛋屋頂蓋多高?
    13 力學能會化為摩擦力流失
    14 「發」電?其實是能量的轉移
    專欄02 為什麼火箭發射的地點都選在赤道附近?

    第3章 熱力學:分子運動的速度與能量的轉移
    1 熱會移動,但溫度不會
    2 溫度其實是分子運動的速度
    3 導熱能力不同,因為比熱不同
    4 熱能不是內能,差別在一動一靜
    5 熱力學定律有三種
    6 熵:評估有效能量的減少程度
    7 永動機真的不可能存在嗎?
    8 超導體的原理與用途

    第4章 電學——發電與儲電,都是顯學
    1 發現電:靜電讓人討厭,卻不可或缺
    2 製造電:電的真面目是原子中的「電子」
    3 使用大量的電:電學這才得以發展
    4 電流像水流,電阻能發光發熱
    5 乾電池:低電壓也可以產生大電流
    6 電壓:電流乘以電阻
    7 串聯:電流不變,各自電壓變小
    8 並聯:電壓不變,用電變多
    9 一度電是幾千瓦?
    10 發電過程,會有能量變成熱而流失
    11 變壓、整流,還要轉換頻率
    12 電的儲存與電容
    13 電動車受重視,不只是因為環保
    專欄03 電力儲存——改變世界的關鍵科技

    第5章 電磁學:發電、醫學、遙控器
    1 電荷形成「場」,相吸或相斥
    2 「場」的樣貌:用正電荷的移動軌跡畫出電力線
    3 硬把相斥同極送作堆,所花的功叫做電位差
    4 電波干擾,收不到訊——靜電屏蔽
    5 絕緣體也能帶電
    6 磁鐵切半,磁力為何減半?
    7 自然現象與醫療科技都用到電磁學
    8 電流會產生磁場——右手定則
    9 欲拒還迎——電磁感應
    10 送電與變壓
    11 紅外線和X光,都是電磁波
    12 在電暖爐旁不會曬黑,因為是紅外線
    專欄04 所有粒子都有波動性,包括我們

    第6章 波:萬物都與波有關,包含你、我
    1 波不是「物體」,而是現象
    2 橫波與縱波
    3 波與圓周運動、簡諧運動
    4 生活中的各種波
    5 波的性質——疊加、折射、反射、繞射
    6 波的現代科學應用

    參考文獻
    索引
  • 內文試閱
    搭捷運最有感覺的力—─慣性力與離心力

    搭捷運時,若列車突然緊急煞車,身體就會往前傾。如果是平常站在平地上,卻感覺到身體前傾的話,那一定是突然被誰推了一下,或是拉了一把。所以這樣說來,在突然煞車的列車車廂裡頭,也有人推了你一把?如果是這樣的話,別人的手應該會接觸到自己的背部。但事實上,在列車中明明沒有人碰到你,卻會有被推的感覺。像這樣明明沒有接觸點,也就是沒有直接的外力作用下,卻感覺被推了一下的情況,一般稱這種無形的力為假想力。物理學上稱為慣性力。
    在突然煞車的列車車廂中,我們會說「有一股往前的慣性力作用」。緊急煞車時,如果仔細觀察,會發現吊環往前傾。如果有一輛列車,車廂中看不到窗外景色,聽不到任何聲音,也沒有任何搖晃的話,儘管乘客無法感受到列車正在移動,但可以透過吊環的傾斜方向,進而得知正在煞車、速度正在變慢。列車若是靜止,吊環自然就不會傾斜。那麼,如果保持等速直線移動,會怎麼樣呢?此時吊環也不會傾斜。換句話說,對乘客來說,列車是靜止的,抑或是保持等速移動都沒有差別。相反的,如果看到慣性力作用時,就可得知列車正在加速度運動。
    汽車在彎道轉彎時,乘客常會覺得好像被往外甩。這也是一種慣性力。於彎道轉彎時,汽車在圓周運動,此時會有往外的慣性力作用。圓周運動時作用的慣性力,一般稱為離心力。圓周運動也是加速度運動的一種。

    為什麼火箭發射的地點都選在赤道附近?

    許多國家都會將火箭發射基地的設置地點,選在離赤道近的低緯度區域。其中一部分理由如以下幾點:

    (1)重力比高緯度地區小,可減少發射時需要的力。
    (2)地球自轉產生的離心力最大,可借力使力。
    (3)因地球自轉,地面速度較快,可以較大初速發射。

    各位是否注意到,這三個理由中,實際上除了第一點之外,全都只是換句話說而已。首先,嚴格來說,地表的重力是地心引力扣掉因地球自轉產生的離心力。因此(1)與(2)的意思幾乎是相同的。
    另外,離心力的產生,是因為地面上的物體擁有因地球自轉而生的速度(從物體外部來看),因此(2)與(3)也只是換句話說而已。
    先前之所以說「除了第一點之外」,是因為事實上地球本身的形狀略往赤道方向膨脹,也是造成低緯度地區重力較小的因素。
    日本的兩個火箭發射基地均位於鹿兒島縣(種子島、內之浦)。因其緯度為北緯30度,儘管就國內來說已算靠近赤道,但一般還是認為不利於發射。不過與赤道的重力相比,只不過相差八百分之一,或許還不至於構成這麼大的差異。

    發現電:靜電讓人討厭,卻不可或缺

    電能的「電」究竟代表什麼意思?在字典的定義中,「電」字除去上面的「雨」之後的部分,據說代表「閃電」。也就是與「雷」幾乎同義。那麼,英文中的電是「electricity」,這個字在英文的語源又是指什麼?其實這是來自希臘文中的「琥珀」。在古希臘時代,人們知道只要一摩擦琥珀,就會產生劈哩啪啦的聲音,這稱為摩擦起電。
    直到之後的時代,人們才了解原來這兩種電是一樣的東西。在這之前,人們都認為雷是「可怕的東西」,而摩擦起電「只能拿來當作嚇嚇人的魔術,一點用都沒有」。法拉第(Michael Faraday,1791~1867)這位有名的科學家甚至說過:「研究電這種東西到底有什麼用!」這句話,留下了一段趣聞。十九世紀中期之前,電學只是科學家研究的對象,大家從未想過可以實際運用電。在日本也曾有一位名為平賀源內(1728~1780)的人物,他成功製作出一個靜電產生裝置(electriciteit,荷語),讓周圍的人們大吃一驚。
    在人們開始實際運用電之前,電都是靠摩擦起電產生的。摩擦的東西從一開始的琥珀轉變成硫磺、玻璃,但生電的方式完全沒有進步。甚至,富蘭克林(1706~1790)當時也留下了一段魯莽嘗試放風箏收集雷電電能的傳說。隨後使用萊登瓶(日文音同雷電瓶,但萊登為荷蘭地名)儲存靜電,是從這個時候開始形成的。這也是本書之後介紹的電容器的雛型。
    靠摩擦產生的電,常會使人嚇一大跳。懂電的人或許只會說「電剛剛流過了」,這種靠摩擦起電產生的電就稱為「靜電」。這種電與從插座或是電池中得到的「電」不同,因為人類無法自由使用。
    冬天空氣乾燥,之所以碰到金屬時常會觸電,或是衣服容易糾纏在一起,這是因為表面附著了大量靜電並一次釋放的關係。空氣中有水分時,靜電會慢慢釋放(不易積累)。另外,可以採取一些方法讓積累的靜電慢慢釋放(例如不要以指尖碰門把,而以整隻手掌觸摸),就可降低靜電的影響。
    可能有很多人覺得「靜電這種東西,還是沒有比較好」。不過,在生活中,靜電也扮演了很重要的角色,例如影印機。影印機是靠靜電讓黑色粉末(碳粉)附著在紙上的。

    電動車受重視,不只是因為環保

    油電混合車現在已經相當普及了。一般指的是可以從汽油及蓄電池兩種動力來源獲得能量的車種。靠現今的蓄電池,車子沒辦法行走長距離,因此長途車程還是需要汽油引擎。
    不過,若車上裝載蓄電池,可將踩剎車時耗費能量的一部分以電能形式回收再利用。具有再生制動(又稱反饋制動)煞車機制的新幹線,也利用類似的原理。一般的汽油引擎車剎車時,車輛的動能會全數轉化成熱能逸散,無法回收。
    電動車可大致分為兩大類,其一是本身就搭載可發電電池的車種,另一種是必須靠外接電源將電充進蓄電池的車種。目前逐漸實際運用的,是以外接電源將電充進蓄電池的車種。先將電能暫時轉換成化學能後,再將化學能轉為電能使用。
    以可發電電池為動力來源的車輛,分為利用燃料電池(利用化學變化)與太陽能電池(光電池)兩種。以燃料電池為動力來源的車輛中,最有名的就是以氫氣為燃料的車了。而日本電視節目《THE!鐵腕!DASH!》中,出現一輛名叫「彈吉(だん吉)」的車子,裝載的則是太陽能板。但光靠太陽能發電,只能提供車輛運轉的部分能量。電池形式的電動車,可說是未來主要的技術。
    那麼,為何電動車及油電混合車會比汽油車更受大眾注目呢?其原因不僅僅只是「環保」而已,更重要的是「效率」。
    汽油車運轉時,先將化學變化產生的能量轉成熱能,再轉換成動能。事實上,這是相當沒效率的做法,最後利用的能量大約只有原來的三分之一而已。
    發電廠雖然也採用同樣的方法發電,但因為規模大,效率會好一些。關鍵是,電動車用馬達將電能轉換成動能,效率會好很多。
    不論如何,要使用能量,就必須先有原來的能量。儘管一般認為自然能源是可再生的綠能,但大致上其實也是太陽能的產物。
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