中學物理總整理：超高效學習！精準掌握搶分關鍵


	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


	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