了得網自然科學_學物理，就這麼簡單！趣味實驗與科學史中的物理學

編輯推薦

青少年讀者、科學愛好者以及大眾讀者

內容簡介

你還在為學小好物理而煩惱嗎？那些看不見、摸不著、過於巨大、極其微小的各種物理現像是否是你學不好的絆腳石呢？
為了研究我們身邊的物理現像，許多科學家從一次次的實驗中得到靈感、獲取真理。可以說想要打下堅實的物理基礎，實驗是*好的選擇。本《學物理，就這麼簡單！趣味實驗與科學史中的物理學》，專家使用各種科學實驗州帶領你一步步回顧科學史，同時還會耐心地提示要點，這一切都是為了使你身臨其境地體驗物理學的樂趣。

作者簡介

渡邊儀輝
1966年生於日本北海道。北海道大學研究生院地球物理專業結業，現任市立函館高等學校物理教師，兼任公立函館未來大學外聘講師。25年獲日本物理教育學會頒發的學會獎——大塚獎，27年獲日本文部科學大臣優秀教員表彰。愛好是開發物理實驗器具和樂器（貝斯）演奏、作曲、編曲。著作有《救護車駛過後警報聲為什麼會變》（寶島社），在函館報紙上進行“在家就能做的科學實驗”的專欄連載1年至今（每周一期，累計5期）。

目錄
第1章力的研究
亞裡士多德的運動學說與落體運動
亞裡士多德對地球表面自然運動的觀點 2
亞裡士多德對非自然運動的觀點 4
對亞裡士多德運動學說的批判 6
亞裡士多德運動學說的矛盾 8
伽利略的成就與運動理論的發展
伽利略的發現①單擺的等時性 10
伽利略的發現②下落距離與時間的平方成正比 12
伽利略的發現③不同質量的物體在真空中同時落地 14
伽利略的發現④拋物運動是兩種運動的合成 16
力、動量、動能的區別
力的分類 18
真空中的拋物運動 20
保存在物體中的是mv還是mv2? 22
動量守恆與能量守恆 24
力的定義
怎樣定義力的大小？ 26
力是如何改變運動的？ 28
力與質量、加速度的關繫 30
物體的受力平衡 32
慣性質量的引力質量
伽利略的假想實驗與慣性定律、慣性質量 34
廣義相對論與包含質量來源之謎的基本粒子 38
力學的研究結語
第2章熱學的研究
熱是什麼
古人對熱的認識 42
燃素說與熱質說 44
熱是能量的一種形式 46
熱運動 48
氣體分子的運動
為什麼用100℃的水蒸氣蒸桑拿不會被燙傷? 50
比較氣體分子的速度 52
衡量氣體分子運動的尺度——溫度 54
相同溫度下氣體分子的運動速度都相同嗎? 56
熱機的原理
熱機的工作原理 58
熱機必須及時散熱纔能連續運轉 60
熱機效率的提高 62
加熱與冷卻 64
熱力學的第二定律
熱力學**定律的適用範圍 66
熱機的效率可以達到100%嗎？ 68
**類永動機與第二類永動機 70
麥克斯韋妖 72
熱的傳遞方式
熱傳導：振動的傳導 74
熱對流：流動介質引起熱量傳導 76
熱輻射：用電磁波傳遞熱量 78
熱學的研究結語
第3章光學的研究
光的直射和折射
光沿著直線傳播 82
人眼為何能看見東西？ 86
凸透鏡為何能成倒立的實像 88
光的粒子性和波動性古典編
光為什麼會發生偏折 90
惠更斯原理 92
費馬原理 94
雙折射與光的粒子性、波動性 96
光速測定與波動說反敗為勝
羅默測定光速 98
托馬斯楊的活躍 100
菲涅耳反敗為勝 102
水中的光速測定與波動說的勝利 104
以太之謎
阿拉果的疑慮 106
以太風 108
光速不變原理 110
光的粒子性和波動性近代編
19世紀的烏雲 114
光量子假說 116
光的粒子性能說明什麼問題呢？ 118
光的波粒二像性的影響 120
光學的研究結語
第4章電學的研究
靜電時代
靜電力的首位發現者是誰？ 124
醫生吉爾伯特的出版物 126
電介質極化 128
何謂靜電感應？ 130
靜電的性質
儲電裝置的發明——萊頓瓶 132
靜電放電 134
電量和靜電力的關繫——庫侖定律 136
庫侖定律的**位發現者並非庫侖 138
從靜電到動電
動物電和金屬電 140
伏特電堆 142
從電堆開始發展 144
熱電和塞貝克效應 146
用電探索物質的性質
電解 148
歐姆定律發現前夕 150
歐姆定律 152
支交之爭
直流和交流 156
直流輸電的缺點和交流輸電的優點 158
愛迪生vs.尼古拉特斯拉 160
電學的研究結語
第5章流體的研究
層流的紊流
何謂流體力學？ 164
層流和紊流的區別 166
層流中還有旋渦？ 168
紊流研究與前沿科學有關 170
靜止流體
水壓會作用於各個方向——帕斯卡定律 172
為什麼會產生浮力？ 174
容易弄錯的阿基米德定律 176
表面張力
為什麼會產生表面張力？ 180
表面張為和數學研究 182
弱化表面張力的界面活性劑 184
毛細現像的奇特之處 186
伯努利定律
伯努利父子的恩怨 188
正確理解伯努利定律 190
流體力學中的能量守恆定律 192
伯努利定律的錯誤使用 198
升力的產生
康達效應 200
升力是怎樣產生的？ 202
流體的研究結語
後記 207
參考文獻 209
譯後記 211

媒體評論

評論

在線試讀

第1章力學的研究
大質量的物體會引起空間彎曲
亞裡士多德的運動學說和落體運動
伽利略的成就與運動理論的發展
力、動量、動能的區別
力的定義
慣性質量與引力質量
物體被用力拋出後，為什麼會沿著曲線飛出去呢？這個簡單的問題你能回答出來嗎？運動學理論的發展歷史就是從這個小問題開始的，對這個問題思考體現著人類思想的延續和傳遞。讓我們一起回顧物理的基礎——力學的研究歷史，看看人類對物體運動的認識都經歷過怎樣的發展和變遷
亞裡士多德的運動學說與落體運動
亞裡士多德對地球表面自然運動的觀點
人類對力學的探究*遠可以追前4世紀。古希臘哲學家亞裡士多德將自然界的運動分為自然運動和非固然運動兩種。不施加人為外力的運動稱為自然運動，其典型代表就是自由落體運動。亞裡士多德這樣理解這種運動：“石塊來源於泥土，因此有回到其原本所屬的天然位置（大地）的趨勢，於是會做直線落體運動。”用實驗1中的例子來解釋亞裡士多德的觀點的話，就應該是：水中的空氣有回到其原本所屬的天然位置（大氣）的趨勢，於是會直線往上升。但是，由於氣泡在黏性很大的液體中上升時，氣泡回到其原本位置的力與周圍“黏滯”的阻力平衡，氣泡會上升得非常緩慢。自由落體運動中下落物體的速度與重量成正比，與物體受到的（水、空氣等）的反作用力（阻力）成反比。這就是亞裡士多德對地球表面自然運動的觀點。
但是，仔細想一下就會發現，這種觀點本身充滿了矛盾。為了使空氣的阻力相同，我們用同樣大小、同樣形狀的lkg和lOkg的物體做自由落體運動，二者的下落速度應該相差10倍，但我們實驗一下就會發現，兩個物體幾乎是同時落地的。而且，下落速度與阻力成反比的話，空氣密度如果變為原來的1/2，速度應該會成為原來的2倍；空氣密度如果變為原來的1／1000，逮度應該成為原來的1000倍。以此類推，真空中的阻力基本為0時，速度應該趨近無限大。這就意味著物體在真空中無論從多高的高度下落，瞬間就能夠到達地面，顯然這是不可能的。
實驗1 使物體上浮的力與阻力平衡
材料準備
衝大麥茶時使用的塑料制長形容器、吸管、洗衣液、錐子、黏合劑
1 在容器的下方用錐子開一個口。插入吸管。
2 為防止吸管不牢固，用粘合劑進行固定。
3 從容器上方緩慢倒入洗衣液。為了避免起泡沫，倒入時一定要慢。
4 用嘴吹吸管，將氣體吹入，空氣氣泡就會緩慢地以“相同的速度”往上升起。
實驗小貼士
洗衣液的種類很多，黏性過強的洗衣液有時會使氣泡停留在瓶底。發生這種情況時，在洗衣液中稍加水調稀一些。商店裡也銷售稀一些的洗衣液。
原理解釋
洗衣液的黏性帶來的阻力會隨著氣泡的上升速度同比增大。開始時，氣泡因為浮力慢慢上升，但阻力隨之變大，浮力與阻力平衡時，氣泡勻速上升。
亞裡士多德的運動學說與落體運動
亞裡士多德對非自然運動的觀點
亞裡士多德曾斷言自然界厭惡真空，他認為“地球表面不存在真空，所以速度無限大的情況不會出現”，並以此作為對前述矛盾的反駁。
亞裡士多德還把投擲、敲打、搖動等因外部強制施加力的作用而產生的運動狀態稱為非囪然運動。他認為，物體具有要回到其本來所屬的天然位置的性質，當對物體施加人為的、與此相反的外力時，物體會向外力作用的方向運動。運動速度與外力的大小成正比、與阻力和物體的重量成反比。我們用這種觀點來解釋一下“投擲石塊時，石塊會做拋物運動”這種現像的原因。
石塊被扔出去並在空氣中行進時，石塊的後方會形成真空。因為自然界厭惡真空，空氣馬上從四面八方進入石塊後方，從後方推著石塊向前運動，這個力就是維持石塊運動的原動力。力作用在物體上時，物體就會向著力的方向運動。拋物運動中，如果在運動方向的切線方向沒有力作用的話，運動就不會持續。力隔著很遠的距離，接觸不到物體，當然不會傳遞過來。物體接觸到的隻有空氣，因此是空氣在推著物體運動。可以證明（實驗2），物體運動後方會形成旋渦。這個旋渦就；是空氣流入，真空消失的證據。
現在大家都知道亞裡士多德的這介主張是錯誤的。然而，到底是哪裡出了問題呢？
實驗2 卡門渦街
材料準備
飯盒大小的容器、牛奶、墨水、鉛筆
實驗步驟
1 用水將牛奶稀釋、倒入容器中，深度大約為5mm。靜置備用。
2 將墨汁在容器的一端滴入幾滴。
3 將鉛筆直立於滴入墨水的水中。
4 按照一定速度慢慢地橫向移動鉛筆，鉛筆後方就會出現好看的漩渦。這種漩渦被稱為“卡門漩街”。
實驗要點
改變鉛筆的運動速度或者粗細程度，旋渦的數目和頻率也會變化。至於這種旋渦為什麼會發生，在第5章“流體的研究”中我們再詳細解釋。
亞裡士多德的運動學說與落體運動
對亞裡士多德運動學說的批判
越多人認為通過仔細觀察實際現像來探求現像發生的原因是理所當然、毋庸置疑的，去批判和推翻這種結論就會變得愈加困難。特別是對於亞裡士多德的“物體的運動方向與施加的外力方向一致”這種觀點，現代的高中生和大學生也容易憑感覺相信。然而後來，與亞裡士多德的運動學說，特別是與“空氣從後方推動物體”這種觀點持不同意見的兩個人物出現了。
一個人是活前2世紀，發現了歲差現像（自轉物體的自轉軸為保持圓形旋轉而出現的偏向現像）的喜帕恰斯。他認為：“向上投擲物體時，手把向上的內嵌力傳遞給物體。物體剛被投擲後，因為內嵌力比物體的重量大，所以物體向上飛。內嵌力消失後，物體就又回到了手上。”
另一個人是活躍在6世紀的斐洛勞斯。他認為：“向上拋出物體的手對物體施加了衝力，這個力可以內化在物體當中。衝力耗盡了，物體就不再運動，*終會落下來。”這兩種觀點非常相似，但也有區別。內嵌力一直到物體落到地面上都會一直存在，而衝力在**點時恰好耗盡。前一種觀點認為，向上的內嵌力與向下的重力大小相等、方向相反時，物體達到**點。
那麼，這兩種觀點後來有怎樣的發展呢？實驗3或許會帶給你一些思考和啟發吧。

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