世界第一簡單 物理學 力學篇 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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漫畫→圖解→解說

　　物理學是一門與自然現象息息相關的學問。力學即為其基礎。一般教科書多以文字敘述力學的動態意象，缺少瞭圖像連結使初學者總無法體會實際概念與真正有趣之處。本書藉由漫畫將力學的物理運動，以及力隨時間變化所産生的變動以動態方式錶現齣來，期望讀者能清楚理解力學的基礎概念──「牛頓三大運動定律」、「動量與衡量」、「功與能量」、「力學能守恆定律」。

　　本書藉由漫畫清楚描繪力學的動態意象，另輔以文字說明概念，最後以循序漸進的方式說明力學基礎知識，以及與生活相關的物理學。如此一來，使得原本枯燥乏味的力學現象及相關定律變得更有趣，任何人都能依以下指示，隨著本書的安排輕鬆習得力學知識。

　　如果你是，正要學習物理或是學不好物理的人：首先請僅閱讀漫畫部分。即使碰到無法理解的地方，也無須在意。你將因為漫畫而體驗到物理的有趣之處！

　　物理成績普普，但想進一步學習高中程度的物理力學的人：除瞭漫畫外，也請接著閱讀進階部分。

　　大學生．理工科係齣身的社會人士．喜歡物理的高中生：請依序閱讀漫畫、進階至挑戰部分。此部分是以高中程度的微積分，進一步為漫畫內容作補充。

本書的用法

　　本書專為不擅長物理的人至理工科係的大學生等不同程度讀者所撰寫，為瞭使各種讀者可配閤自己適閤的程度學習，而分成「漫畫部分」、「進階」、「挑戰」三個階段。

　　正要學習物理的人或是學不好物理的人：首先請僅閱讀漫畫部分。即使碰到無法理解的地方，也無需在意。你將會因為有趣的漫畫而順利讀完吧！讀完一遍漫畫後，接下來請連同「實驗室」再閱讀一次。雖然會齣現數學算式，但由於僅會使用到國中程度的數學，若認真閱讀，應可漸漸理解！若即使如此還是有無法理解之處，就請略過吧！讀得越透徹，越能漸漸懂得物理的思考法。之後，再請依自己的興趣及理解程度，慢慢往進階部分和挑戰部分邁進。此外，請利用在本書學得的力學定律，試著思考生活週遭的現象。重要的是，不斷思考。

　　物理成績普普，但想進一步學習高中程度物理力學的人：請盡量閱讀進階部分。進階部分為補充漫畫內容的解說。若是非常喜歡理科的人，即使是國中生也可以理解！此外，對於書中齣現的算式，請自己計算一遍。請不要死背公式，因為藉由基本定律導齣結果是理解物理的關鍵之一。

　　大學生．理工科係齣身的社會人士．喜歡物理的高中生：請一路讀至挑戰部分。此部分是以高中程度的微積分，進一步為漫畫內容作補充。微積分是由發現三大運動定律的牛頓所創造的，為充分運用力學所不可或缺的道具。此外，使用微積分後，可清楚地展示齣力學各定律間的關聯。若不看書，也能由牛頓三大運動定律導齣動量守恆定律、功和動能的關係、能量守恆定律的話，則錶示你已具備相當的物理實力。

作者簡介

新田英雄 (NITTA HIDEO)

現任：東京學藝大學助理教授。理學博士。
專長：理論物理學、物理教育。

主要著作
　　「物理和特殊函數(物理數學One Point)」(共立齣版)
　　「用Excel學電磁學」(共著，OHM社)
　　「用Excel學簡單的量子力學」(共著，OHM社)

製作者簡介

株式會社TREND．PRO

　　1998年創業，由於擅於漫畫式的創作，因此受到各大企業和團體的委託製作，包括報章雜誌的廣告特集，以及公傢機關等，製作各種形式的漫畫廣告。近年來，亦積極活躍於數位廣告製作以及齣版企劃。過去的製作實績公開於官方網站中。http://www.ad-manga.com/

製作：re_akino
作畫：高津 Keita
DTP：有限會社Move

譯者簡介

林羿妏

　　2006年畢業於颱灣大學國際企業學係，目前為兼職口筆譯者。譯有：《圖解燃料電池》、《世界第一簡單 統計學》、《世界第一簡單 微積分》《世界第一簡單 密碼學》《世界第一簡單 電學原理》（以上皆為世茂齣版）。

《物理世界的奧秘：從宏觀到微觀的探索之旅》 導讀： 本書旨在帶領讀者領略物理學的廣闊天地，深入探討那些構成我們宇宙萬物的基本原理和現象。我們不聚焦於初階的力學概念，而是將視野拓展至更深層次的物理學領域，涵蓋經典物理學的後續發展、現代物理學的基石，以及對宇宙本質的深刻洞察。這本書是一場跨越尺度的思想探險，從電磁場的精妙互動，到原子核內的狂暴能量，再到時空的彎麯與量子世界的奇特規律，無不一一展現。 第一部分：電磁學的輝煌與統一 電磁學是連接電力、磁力與光現象的橋梁，是理解我們日常技術和宇宙中許多基本作用力的關鍵。本書將從麥剋斯韋方程組的深刻內涵齣發，揭示電場、磁場、電流與電荷之間的內在聯係。 1.1 場的概念的深化： 我們將超越簡單的庫侖定律和畢奧-薩伐爾定律，深入探討矢量勢和標量勢在描述復雜電磁場分布中的作用。電磁場如何作為能量和動量的一種載體在空間中傳播，以及在不同參考係下電場和磁場的相對性，都將是本部分的重點。 1.2 變化的電磁場與波的産生： 變化的磁場如何産生電場（法拉第定律的動態詮釋），以及變化的電場如何産生磁場（安培-麥剋斯韋定律的補充），最終導嚮電磁波的必然存在。我們將詳細分析電磁波的性質，包括其橫波特性、能流密度（坡印廷矢量）和動量。 1.3 光：電磁學的勝利： 光作為一種電磁波，其性質如何被精確描述？從光的乾涉、衍射和偏振現象，到其與物質相互作用的細節，本書將構建一個完整的經典光學圖景。我們還會探討電磁波譜的各個波段，從無綫電波到伽馬射綫的物理本質。 1.4 交流電路與電磁感應的高級應用： 深入探討RLC電路的暫態響應和穩態振蕩，理解諧振現象在無綫電技術中的核心地位。磁通量的變化率如何決定感應電動勢，以及變壓器、電感器在現代電力係統中的關鍵作用。 第二部分：熱力學與統計物理的微觀解釋 熱力學揭示瞭能量轉換的宏觀規律，而統計物理則通過對大量粒子行為的概率性描述，從微觀層麵解釋瞭這些宏觀現象的根源。 2.1 熱力學的三個半定律： 我們將重新審視熱力學定律，特彆是熵的概念。熵——衡量無序度的物理量——如何定義係統的不可逆過程，以及它與信息論之間的深刻聯係。卡諾循環的理想化模型將引齣熱效率的極限。 2.2 統計物理學的基石： 介紹係綜理論（微正則、正則和巨正則係綜），理解如何通過概率分布來計算宏觀可觀測量的平均值。玻爾茲曼分布在描述係統中粒子占據不同能級時的概率分布中的核心地位。 2.3 理想氣體之外：真實氣體的行為： 分析範德華方程如何修正理想氣體模型，以考慮分子間的作用力和分子本身的體積。討論相變現象，如液化、凝固，從統計力學的角度理解其背後的能量和自由能變化。 2.4 量子統計的萌芽： 引入玻色-愛因斯坦統計和費米-狄拉剋統計，為後續的量子物理學做鋪墊。理解費米子（如電子）和玻色子（如光子）在能量分布上的根本差異，這是理解固體物理和低溫現象的關鍵。 第三部分：相對論的革命——時空觀念的重塑 狹義相對論和廣義相對論徹底顛覆瞭牛頓力學中絕對時間與絕對空間的觀念，揭示瞭物質、能量、時空之間深刻的相互作用。 3.1 狹義相對論：速度極限與時空交織： 從對光速不變原理的假設齣發，推導齣洛倫茲變換。深入分析時間膨脹、長度收縮的物理效應，以及相對論性動量和能量的概念，特彆是著名的質能等價關係 $E=mc^2$ 的物理意義。 3.2 廣義相對論：引力的幾何化描述： 廣義相對論的核心在於等效原理——引力效應與加速度效應的不可區分性。我們將探討引力如何被描述為時空幾何的彎麯。黎曼幾何和度規張量將作為理解引力場的數學工具。 3.3 廣義相對論的預言與驗證： 分析水星近日點的進動、引力紅移（光在引力場中的頻率變化）以及光綫在強引力場中的偏摺。簡要介紹黑洞、引力波等極端物理現象的理論基礎。 第四部分：量子世界的奇異性 量子力學是描述微觀世界的基本理論框架，其概率性、不確定性和波粒二象性挑戰著我們的直覺。 4.1 量子化的開端： 從黑體輻射的“紫外災難”和光電效應，迴顧普朗剋常數和光子概念的引入，理解能量為何是量子化的。介紹德布羅意波，確立物質的波粒二象性。 4.2 薛定諤方程的統治： 詳細闡述非相對論性薛定諤方程的結構和物理意義，將其作為描述微觀粒子（如電子）波函數的演化工具。我們將分析簡單的勢阱、階梯勢壘等例題，理解量子隧穿效應的奇特現象。 4.3 矩陣力學與不確定性原理： 介紹海森堡的矩陣力學觀點，並深入探討不確定性原理 $Delta x Delta p geq hbar/2$ 的根本限製，它並非測量技術的缺陷，而是自然界固有的屬性。 4.4 原子結構與能級： 運用量子力學原理，解釋玻爾模型為何被取代，詳細分析氫原子能級、角動量和自鏇的量子化特性。泡利不相容原理如何決定瞭元素周期錶的結構和物質的化學性質。 4.5 量子場論的展望： 簡要介紹量子場論的必要性，即如何將相對論與量子力學結閤。理解基本粒子如何被視為場的激發態，為標準模型的構建打下理論基礎。 結論： 本書通過以上四個維度的深入探索，力求展現物理學作為一個有機整體的內在美感和邏輯嚴密性。它不僅僅是知識的堆砌，更是思維方式的轉變——從確定性到概率性，從絕對到相對，從宏觀到微觀，引導讀者以更深刻、更全麵的視角理解我們所處的物理現實。

序 章　開始對物理産生興趣？！　1

第一章 作用力與反作用力定律
1. 作用力與反作用力定律　14
何謂作用力與反作用力？　15
力的平衡　20
力的平衡及作用力與反作用力定律　23
超距力及作用力與反作用力定律　30
2. 牛頓運動定律　33
力學為物理的基礎　33
進階
純量和嚮量　37
嚮量的基礎　37
力的平衡及力的嚮量　39
牛頓三大運動定律　41
畫齣錶示重力的力的嚮量位置　42
挑戰
以算式錶示作用力與反作用力定律　43
重力及萬有引力　44
 
第二章 力與運動
1. 速度與加速度　48
等速度直綫運動　48
等加速度運動　52
實驗室當速度不固定時的前進距離……55
2. 運動定律　60
慣性定律　60
運動方程式　68
實驗室以計算來求齣正確的力的值……75
拋物運動　77
進階
等加速度運動的三個公式　87
平行四邊形定律　88
力的閤成及分解　89
沒有力作用的狀態及牛頓第一運動定律　91
有力作用的狀態及牛頓第二運動定律　91
速度．加速度．力的方嚮　92
物體不具有力　93
力的單位 N（牛頓）　93
挑戰
如何決定質量與力？　94
重力的大小　95
拋物運動　97
速度．加速度及微積分　100
v-t圖形的麵積及移動距離　101

第三章 動量
1. 動量及衡量104
如何錶示運動的強度？106
實驗室依質量不同造成動量的差異……109
動量的變化及衡量111
實驗室求齣擊球的動量……117
2. 動量守恆120
作用力與反作用力及動量守恆 120
實驗室宇宙及動量的定律……126
3. 有用的「動量變化＝衡量」129
用來降低衝擊129
用來發齣快速球133
進階
動量及衡量139
生活中的「動量及衡量」140
導齣動量守恆定律的方法141
隻以動量守恆定律解開的問題：分裂及閤體143
動量的單位144
挑戰
作用力與反作用力定律及動量守恆定律145
嚮量的動量守恆定律146
火箭的推進147

第四章 能量
1. 功及能量152
何謂能量？153
實驗室動量及動能的差異……162
位能164
功及位能169
實驗室確認功的原理……172
功及能量175
實驗室功及動能的關係式……178
安全距離及速率180
2. 機械能守恆定律184
能量的轉變184
機械能守恆定律187
實驗室以算式來錶示機械能守恆定律191
求齣拋物運動的速度和高度194
實驗室斜麵上的機械能守恆定律195
進階
能量的單位 200
上提的功及重力的功的差異201
位能203
嚮上拋的速度及高度204
挑戰
力的方嚮與功205
力非固定時的功（一維）206
恆定力及能量守恆定律209
彈簧的位能及力210
非恆定力及能量守恆定律210
能量守恆定律及硬幣碰撞問題211
附 　　錄 223
索 　　引 225

前言

　　理解物理所不可欠缺的是對於「現象」的正確想像。尤其在力學中，我們必須一邊想像物體的運動如何時刻變化，一邊理解物理法則。然而，以往的教科書通常以文字為主，所以無法充分錶達物體變動的意象。

　　本書活用漫畫的特長，嘗試突破上述教科書的種種限製。漫畫不僅是圖象的集閤，更能錶現齣時間性。因此，可生動地錶現齣隨著時間流動而變化的運動現象。如此一來，應該可將以往被認為枯燥乏味而缺乏實際體驗的力學現象及定律，變身為貼近生活的內容。當然，若不有趣就不可稱為漫畫。因此本書也在此著力不少。雖然這個嘗試是否成功僅能待各位讀者的評斷，但除瞭受限於篇幅，而不得不刪除談及圓周運動及非慣性座標的遊樂園章節之外，身為作者，我認為這是部相當令人滿意的作品。

　　本書的主角是位不擅長物理的高中生──二宮惠美。我相信即使是對物理抱持著懼怕態度的讀者也能和主角惠美一起學習、思考，並在樂趣中瞭解力學的基礎。

　　我希望本書可以有更多「不擅長物理的人」及「討厭物理的人」閱讀，並且期望大傢都能如同本書主角一般，漸漸對物理産生興趣。

　　最後，誠摯感謝Ohm社的工作人員、負責故事腳本的re_akino，以及完成絕佳漫畫的高津Keita先生。若沒有各位的協助，我絕對無法獨力完成此書。

新田英雄
2006年11月

牛頓三大運動定律

牛頓三大運動定律如下所示。

第一運動定律（慣性定律）v
當物體所受閤力為零時，靜者恆靜，維持等速度直綫運動。

第二運動定律（運動方程式）
物體的加速度與外力成正比，與質量成反比。

第三運動定律（作用力與反作用力定律）
對物體施加力量，都會同時受到物體一個大小相等而且方嚮相反的反作用力。

關於牛頓三大定律，我留待第2章再解說。本章在此僅說明與手掌上的球相關細節。

由第一運動定律可得知，施加於靜止物體上的力的閤力為0。換句話說，靜止物體上力的平衡可由第一運動定律導齣。手掌中的球在靜止狀態下，手對球所施加的力與作用於球的重力，兩者的閤力為0，這可由第一運動定律得知。

於本章所學得的作用力與反作用力定律為第三運動定律。由此定律可得知，手對球施加的力與球對手施加的力為大小相等、方嚮相反的力。

作用力與反作用力定律恆成立。即使移動手使球運動時，還是會成立。

畫齣錶示重力的力的嚮量位置

如同上圖所描繪的施加於球的力的嚮量，和的起點位置是不同的。但即使我們可以理解以手對球施加力所接觸的地方作為起點來描繪這個方法。那麼重力的起點，為何會從球的中心開始呢？其實，由於在基礎力學中，是把物體當作沒有尺寸大小的點（質點），因此當我們在畫力的嚮量的起點時，位置差異是沒有意義的。隻是用圖畫錶示時，若隻以點來錶示則難以理解，因此纔以具有大小的物體來錶示。

此外，雖然有尺寸的物體也屬力學所討論的範圍，但難度很高。如果要加入探討，則重力被視為施加在物體的質量中心（重心）上。隻要意識到這點，就能在有尺寸的物體的圖上，將重力描繪於物體的重心上。接下來，本書的內文中仍會將物體的圖以上麵左圖般，較接近實物的樣態來錶示，但仍請記得在力學上是以上麵右圖忽略物體尺寸的方式錶示的。

评分☆☆☆☆☆

我對物理學的理解，一直停留在非常初級的階段，很多概念就像濛著一層紗，總也看不清楚。所以，當我在網上偶然看到《世界第一簡單 物理學 力學篇》這個書名時，我幾乎是下意識地點瞭進去，心想，這麼自信的書名，或許真的有點東西。拿到書後，我最先感受到的是它撲麵而來的親切感。它沒有那些讓人望而生畏的專業術語，而是用一種非常生動、口語化的語言來解釋物理原理。我特彆喜歡它在講解“功”和“能”的概念時，引入的那些生活化的例子，比如搬傢、打球，這些場景我們都太熟悉瞭，所以很容易就能理解其中的物理含義。它不像一些書那樣，隻是簡單地給齣定義和公式，而是會深入地剖析每一個概念背後的邏輯和應用。讓我驚喜的是，它對一些復雜的物理現象，比如牛頓第三定律，也進行瞭非常細緻的解釋，並且用瞭很多巧妙的比喻，讓我能夠從根本上理解“作用力與反作用力”的原理。這本書最大的特點，就是它在保持科學嚴謹性的同時，最大限度地降低瞭閱讀門檻，讓我覺得學習物理學是一件輕鬆愉快的事情。

评分☆☆☆☆☆

說實話，我之前對物理學的學習一直磕磕絆絆，尤其是力學部分，感覺好多東西都像隔著一層紗，怎麼都透不明白。這次抱著好奇心入手瞭《世界第一簡單 物理學 力學篇》，純粹是被這個名字吸引瞭，心想，要是真的那麼簡單，我豈不是能輕鬆入門？拿到書之後，我先粗略地翻瞭一下目錄，發現它涵蓋的知識點還挺全的，從最基礎的質點、剛體概念，到運動學、動力學，再到功、能、動量等，基本都是力學領域的核心內容。一開始我還有點懷疑，這麼大的內容量，怎麼做到“簡單”？但當我開始認真閱讀第一章時，我就被它的講解方式震撼瞭。它沒有上來就拋齣一堆復雜的數學公式，而是先從最直觀的現象入手，比如物體在不同力作用下的運動狀態。它用瞭很多生活中常見的場景來比喻，比如推箱子、踢足球，讓那些抽象的物理概念變得具體可感。而且，它的每一步推導都非常清晰，就像剝洋蔥一樣，一層一層地揭開問題的本質。最重要的是，它強調瞭對物理概念的理解，而不是死記硬背公式。它會反復地用不同的角度和例子來解釋同一個概念，直到你真的理解為止。這本書的邏輯性非常強，前後呼應，讓我在學習的過程中不會感到迷茫。

评分☆☆☆☆☆

我一直對物理學抱有一種又愛又恨的情感，既著迷於它解釋世界的方式，又對那些繁瑣的公式和理論感到頭疼。所以，當我在書店裏看到《世界第一簡單 物理學 力學篇》時，我的第一反應是：“這名字也太誇張瞭吧？”但好奇心驅使我翻開瞭它，沒想到，它真的做到瞭“簡單”！這本書的敘述方式非常獨特，它不像傳統的教科書那樣，上來就給你灌輸一堆理論。而是從我們日常生活中最常見的現象入手，比如走路、拋物、開車等等，然後層層遞進，將抽象的物理概念和這些生活經驗聯係起來。我印象最深的是它講解“動量守恒”的部分，它沒有直接給齣公式，而是通過一個颱球碰撞的生動比喻，讓你直觀地理解在沒有外力作用的情況下，係統的總動量是如何保持不變的。書中的插圖也非常精美，每一張圖都恰到好處地幫助我理解瞭那些難以捉摸的概念，感覺就像是在看一本有聲讀物，把文字“聽”進去瞭。它真的讓我體會到，物理學並非高不可攀，而是隱藏在我們身邊的智慧。

评分☆☆☆☆☆

這本書，我真的是抱著試一試的心態買的，畢竟“世界第一簡單”這幾個字，乍一看有點像標題黨。我之前對物理學的印象，就是復雜的公式、抽象的概念，還有那些讓人頭疼的推導過程，感覺自己這輩子都和它無緣瞭。所以，當我在網上看到《世界第一簡單 物理學 力學篇》的時候，我的第一反應是“真的假的？”但那種“簡單”的誘惑，又讓我鬼使神差地點擊瞭購買。到貨之後，迫不及待地翻開，裏麵的排版和插圖就給我一種很親切的感覺，不像我以前看過的那些教科書，密密麻麻全是字，讓人望而卻步。它用瞭大量的圖示來解釋概念，比如那些關於力的矢量圖，一看就特彆直觀，能瞬間明白力的方嚮和大小是怎麼迴事。而且，它講的語言也特彆接地氣，像是朋友在給你講故事一樣，不像枯燥的學術論文。我印象最深的是關於慣性定律的那一部分，以前我總覺得它就是“物體保持原狀”，但這本書通過一些生活中的例子，比如公交車啓動和刹車時身體的晃動，一下子就讓我深刻理解瞭慣性的本質，以及它在日常生活中的普遍存在。這種“原來物理學可以這麼有趣”的感覺，在我翻閱這本書的過程中，一次又一次地湧現。它真的顛覆瞭我對物理學的刻闆印象，讓我覺得，也許我真的可以理解物理，甚至愛上它。

评分☆☆☆☆☆

我對物理學的恐懼，大概是從中學時代就開始瞭。那時候的物理課，感覺就是老師在颱上講，我在下麵聽，很多東西都像天書一樣。所以，當我看到《世界第一簡單 物理學 力學篇》的時候，我第一時間想到的就是“這書真的能讓我明白力學嗎？”我之前買過一些物理入門的書，但都看得雲裏霧裏，最後都束之高閣瞭。這次抱著一種“死馬當活馬醫”的心態，買瞭這本書。翻開第一頁，我就被它的語言風格吸引瞭。沒有那些高高在上的學術腔調，就是用一種很平實的語言，像聊天一樣跟你解釋問題。我尤其喜歡它在講解不同力的時候，用的那些生動的例子，比如引力，它會從蘋果落地講起，講到地球繞著太陽轉，然後又引申到宇宙中的星係運動，讓你覺得物理學無處不在，而且和我們息息相關。它對一些經典物理學實驗的講解也特彆到位，比如牛頓的那個著名的實驗，它不僅僅是告訴你結果，還詳細地解釋瞭實驗的設計思路和其中的關鍵環節，讓你能真正理解為什麼會得齣這樣的結論。這本書沒有把我當成一個什麼都不懂的小白，但又把復雜的概念解釋得清晰易懂，讓我有一種“原來物理學也可以這麼有趣”的驚喜感。