3小時讀通基礎物理：波動篇 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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圖書標籤:

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教你如何攻略波動！

　　一聽到「波動」，就覺得「好難」？
　　波動之所以睏難，在於波有高低起伏，難以捉摸。
　　本書以插圖加上敘述，幫助讀者預測波動。
　　隻要使用書中介紹的秘密三步驟解題，
　　任何人都能輕鬆搞定波動！
　　大學學測，就看這本！
 

作者簡介

桑子　研 Ken Kuwako

　　生於1981年。國、高中物理老師。畢業於東京學藝大學，築波大學研究所課程修畢。第一間教課學校就是女校，麵對看到物理就大感冒的女學生們，每天都十分苦惱。於是使用iPod製作影像教材，更開發三步驟解題法等教學法，融入課堂之中。

　　在他獨特的教學之下，學生們終於不再害怕，重獲自信。目前以打造新的理科教育環境為目標，並投入教職員錄用顧問、校外學習規畫、師生共同繪本製作等活動。

　　著作有《3小時讀通基礎物理 波動篇》（世茂齣版）
　　Kuwako-Lab.com  
　　kuwako-lab.com

譯者簡介

李漢庭

　　1979年生，畢業於國立海洋大學電機係，自學日文小成。2003年進入專利事務所開始從事翻譯工作，2006年底開始從事書本翻譯。領域從電機專利文件乃至於小常識、生活醫學、科技等等的中日對譯，樂於在工作中吸收新知識。目前嘗試將觸角延伸到特殊造型與影像創作，有各方麵之作品。往後仍希望能接觸更多領域，增加知識廣度，同時磨練文筆。譯有《圖解風力發電入門》《3小時讀通有機化學》、《3小時讀通太陽能電池》、《3小時讀通基礎物理 波動篇》等（以上世茂齣版）。
 

前言　2
目錄　4

朝會　10
兩種討厭物理的人　10
隨處可見的波　11
本書的特徵　12
波的錶現方式與五大性質　15
前言　16
波是什麼？　16
波的兩種說明圖（y-x 圖．y-t 圖）　20
波的標示符號　22
y-x 圖　22
y-t 圖　23
何謂頻率　23
最重要的波公式　24
兩種波　26
以橫波來錶現縱波　30
縱波1．2．3 　32
波的五大性質　35
波的性質❶圓形波　36
波的性質❷反射　38
①原樣反射的「自由端反射」　40
②反嚮反射的「固定端反射」　40
波的性質❸摺射　42
波的性質❹乾涉　44
波的性質❺反射＋乾涉＝駐波　46
總結　50
問題練習①縱波與駐波　52
解答．解說　54
第一堂課總結  其①　57
第一堂課總結  其②　58
樂器的架構  弦．氣柱的振動　59
前言　60
聲波的真麵目　61
聲音的速度　62
聲音的高低　63
聲音的大小　64
弦的振動與駐波　64
弦所造成的波--波長　66
弦所造成的波--波速　66
f 與 L 成反比　67
f 與 T 成正比　68
f 與 p成反比　68
振動模式與頻率　69
氣柱振動　71
開管　72
開管的振動模式與聲音高低　74
閉管　76
閉管的振動模式與聲音高低　78
開口端修正　80
問題練習②弦與氣柱　80
解答．解說　82
第二堂課總結　88
救護車笛聲的秘密  都蔔勒效應　89
前言　90
水波的擴散狀態　91
聲音的擴散狀態　92
聲源若移動會發生什麼事？　93
發生都蔔勒效應的原因　95
以算式錶示都蔔勒效應　97
聲源靜止時的聲波波長　97
○A聲源靠近的時候　98
○B聲源遠離的時候　100
觀測者移動也會引發都蔔勒效應　101
○C觀測者靠近聲源的時候　102
○D觀測者遠離聲源的時候　104
救護車與觀測者都在移動的時候　106
聲源與觀測者互相靠近的時候　106
聲源與觀測者互相遠離的時候　107
都蔔勒效應1．2．3　109
都蔔勒效應的應用　114
A有牆壁的時候　114
低鳴　117
B聲源斜著靠近的時候　119
C有風吹的時候　121
問題練習③ 都蔔勒效應 其①　123
解答．解說　124
問題練習④ 都蔔勒效應 其②　126
解答．解說　127
第三堂課總結　130
閃閃發亮  光的乾涉　131
前言　132
光的基礎知識　132
光也會變慢！？摺射率就是縮減率　134
光的反射　136
光的摺射　137
摺射公式　139
光是粒子？還是波？　140
二維乾涉　141
光具有波的性質　145
用登山來理解相長公式　147
位置P1為何會相長？　148
位置P2為何會相長？　150
位置P3為何會相長？　151
登山路徑與相長的條件式　152
相長條件與整數 m 的關係　154
用登山來理解相消公式　155
位置P1' 為何會相消？　156
位置P2' 為何會相消？　157
登山路徑與相消的條件式　158
相消條件與整數 m 的關係　159
楊氏實驗　160
楊氏實驗與路徑差　161
路徑差的使用方法　164
五種路徑差　167
光柵　168
光柵的路徑差　168
薄膜乾涉　170
薄膜的路徑差　171
光路差　174
光的自由端反射與固定端反射　176
掌握自由與固定的印象　179
薄膜的乾涉　180
寫齣薄膜乾涉條件式　183
乾涉條件式寫法1．2．3　183
楔形乾涉　184
牛頓環　188
應用  從下方觀測牛頓環，條件會有何種變化　192
問題練習⑤ 光柵　194
解答．解說　194
問題練習⑥ 楊氏實驗　196
解答．解說　198
問題練習⑦ 楔形乾涉　200
解答．解說　201
第四堂課總結　206
從零開始 波函數寫法　207
前言　208
正弦．餘弦是什麼？　208
正弦．餘弦與波的關係　209
角度與弧度　213
波的四種型態　214
y-x 圖與波數 k　214
y-x 圖與角頻率 　216
動態波函數的寫法　218
波函數的意義　223
波函數1．2．3　224
波函數的變形　227
導齣「2 波函數」　228
如何使用「2 波函數」　229
問題練習⑧ 波函數　230
解答．解說　230
補課總結　234

下課　235
作業．綜閤題．附錄　237
作業．綜閤題　238
作業．解答篇　243
附錄　全反射　252
附錄　sin＝tan 之謎　253
附錄　反射波的波函數　254
附錄　波動領域的公式　260
附錄　物理1．2．3　262
後記　266
鳴謝　266
作者小檔案　267
索引　268
 

序

　　從「Physics」到「物理」！

　　現在正是重新麵對物理的好時機。

　　有沒有人到現在還覺得「物理好難」？

　　我目前在教導國高中女生物理。女生有個傾嚮，隻要一聽到物理就說「我應該不行吧」。但其實物理是非常「容易」、「單純」、「親切又有趣」的學問。隻要老師的教學方式以及學生的學習態度能夠有所改變，就能輕易拿到高分。我就有許多學生原本很怕物理，但如今，物理卻全成瞭他們的拿手科目。

　　本書為瞭幫助「想改善對物理感到頭痛的人」「討厭物理的人」，而以波動做為主要內容。託各位讀者的福，廣受日本全國國高中生以及社會人士的好評。同時讀者也反應，希望我能解說力學之外的部分，因此本書將會說明大考中心物理雙巨頭的另一巨頭「波動」。

　　波動的睏難之處，在於波會高低起伏，動來動去。而波動與力學的不同之處，在於更加重視心中想像動態的過程。

　　因此本書收錄許多我實際上課時所使用的趣味插圖，以幫助讀者想像波動。

　　而且隻要使用本書所介紹的祕密三步驟解題法，任何人都能輕鬆搞定大考中心的物理試題。

　　在此將本書獻給隨波逐流的學生，以及不敢下水的社會人士。

　　從「Physics」到「物理」…

　　如今，終於能夠重新麵對物理瞭。
 

波的性質 　摺射
 
當波在前進途中，速度突然産生變化時，會發生什麼事情呢？比方說愈接近岸邊，水深愈淺的時候。波有一個性質，在水愈淺的地方速度愈慢，所以愈接近水岸，波的速度會愈慢。以下我們就來看看下圖這種水深突然變淺的情況。
 
在水深改變的位置（稱為界麵）上，波的速度 v 會變慢。但頻率 f 並不會改變。根據 v＝fλ 的公式，當 v 變小，波長λ就會縮短。
 
接著來探討如右圖所示，波斜嚮射入界麵的情況。
 
當波從深處往淺處入射，波前會保持與行進方嚮垂直，但波速會變慢，因此先通過界麵的波前會先降低速度。這時候波就會在界麵産生彎麯。
 
請想像兩個小孩抓著一根棒子的兩端嚮前跑。一邊的小孩如果突然放慢速度，另一邊的小孩還保持相同的速度，棒子就會突然轉嚮。波也會有相同的現象。這種波彎麯的現象就稱為「波的摺射」。若使用上一頁的圖來定義，則入射波行進方嚮與界麵垂綫所夾的角度稱為入射角，彎摺之後的角度就是摺射角。
 
波的性質 　乾涉
 
如果兩顆大小相同的石頭往空中一丟，相撞瞭，會發生什麼事？兩顆石頭會「叩！」一聲掉在地上。如果換成兩道波相撞呢？讓我們從兩個方嚮同時製造一樣高的「波峰」A，並試著將兩者撞擊看看。請看左圖，兩道互相接近的波在撞擊的瞬間，高度突然提升為兩倍。之後又若無其事地穿過對方，繼續移動。這真是有趣呀。
 
接著請看右圖。一邊製造「波峰」，另一邊製造相同高度（深度）的「波榖」，當兩個波相撞的瞬間，竟然都消失瞭。
 
但就當我們以為波消失的時候，「波峰」又若無其事地往右去，「波榖」也平安地往左走。這種某個波影響另一個波的高度（振幅）的現象，就稱為波的乾涉。
 
為何會發生乾涉現象？我們知道，産生波的介質隻是單純的上下振動。請看上麵「峰與峰相撞的情況」的圖。從左邊來的波峰使介質往上振動，從右邊來的波峰也是一樣，當兩個波峰相撞就會把介質推到兩倍的高度（A＋A＝2A）。再看到下圖，當「波峰」撞到「波榖」時，往上振動的介質被「波榖」往下拉扯，因此介質會迴到原本的位置，看起來就像波消失瞭一樣（A－A＝0）。

评分☆☆☆☆☆

這本書的亮點在於其敘事策略的獨特性。作者沒有采用傳統的“提齣問題-分析問題-解決問題”的模式，而是更傾嚮於一種“情境導入-現象觀察-原理揭示”的路徑。他會先描繪一個生動的生活場景，比如海浪拍打沙灘，或者音樂會的現場，然後引導讀者去思考這些現象背後的物理規律。這種方式極大地激發瞭我的好奇心，讓我主動地去探究波動是如何運作的。在解釋聲波和光波時，他特彆強調瞭它們作為“波”的共性，但又清晰地區分瞭它們各自的特點。例如，他會用“水波的起伏”來類比聲波的壓縮和稀疏，然後用“光綫的直綫傳播”來對比它的不同。這種對比和類比，讓我在理解過程中能夠建立起更清晰的知識網絡。書中對“相位”這個概念的解釋尤其讓我受益匪淺，之前我總是覺得這個詞很抽象，但作者通過描述兩個波動源的同步性，讓我瞬間明白瞭它的含義。而且，作者還巧妙地將一些前沿的物理概念，比如“傅裏葉變換”在信號分析中的應用，以一種非常淺顯易懂的方式介紹給瞭讀者，讓我覺得自己不僅瞭解瞭基礎的波動，還窺見瞭它在現代科技中的重要作用。這本書的閱讀體驗非常流暢，每當我以為自己要遇到難點的時候，作者總能及時地提供一個恰到好處的解釋或者類比，讓我能夠繼續輕鬆地前進。

评分☆☆☆☆☆

這本書簡直是拯救瞭我這個物理小白！我一直對物理，尤其是波動這個概念，感到頭疼欲裂。高中時候的物理課，老師講到波動，我的腦子裏就隻剩下模糊的圖形和記不住的公式。每次看到波浪圖、聲波、光波這些詞，就感覺一陣眩暈。我嘗試過各種教材，但都感覺太過於理論化，看得我雲裏霧裏，完全抓不住重點。直到我偶然發現瞭這本書，我的物理世界突然就清晰瞭許多。作者的講解方式真的非常獨特，他沒有上來就堆砌那些嚇人的數學公式，而是從最直觀、最貼近生活的現象入手，一點一點地揭示波動的本質。比如，他會用扔石頭在水裏産生的漣漪來解釋波的傳播，用樂器發齣的聲音來講解聲波的特性。這種“潤物細無聲”的教學方法，讓我感覺自己不像是在學習枯燥的物理知識，更像是在探索一個有趣的世界。而且，作者在解釋每一個概念時，都力求通俗易懂，還會穿插一些曆史故事或者生活中的實際應用，讓我覺得物理不再是遙不可及的科學，而是和我們息息相關的。尤其是書中關於“疊加原理”的講解，之前我總是把它和化學上的“蓋爾-薩剋定律”搞混，看瞭這本書之後，纔真正理解瞭它在光波乾涉、聲音混閤等方麵的作用。真的，如果你也曾經因為波動而感到恐懼，這本書絕對是你的救星。它沒有要求你具備深厚的物理基礎，隻需要你擁有一顆好奇心，就能輕鬆愉快地走進波動的美妙世界。閱讀的過程非常輕鬆，一點也不覺得枯燥，甚至還時不時會心一笑，覺得物理原來可以這麼有意思。

评分☆☆☆☆☆

說實話，我一開始對“3小時讀通”這個標題是有些懷疑的。畢竟物理，尤其是波動這種概念，想要真正理解透徹，怎麼可能隻花這麼短的時間？但這本書卻給我帶來瞭巨大的驚喜。它並沒有因為篇幅的限製而犧牲內容的深度，反而以一種極其精煉和高效的方式，將波動最核心、最關鍵的知識點呈現齣來。作者非常擅長抓住事物的本質，他不會在你身上浪費時間去講那些過於偏門或者不重要的細節。相反，他會將所有精力都集中在那些最能幫助你建立起對波動正確認識的基石上。我最喜歡的一點是，他對於一些經典實驗的解讀，比如雙縫乾涉實驗，他並沒有僅僅是羅列實驗步驟和結果，而是深入剖析瞭實驗背後的物理意義，以及它如何顛覆瞭我們對世界的認知。讀到這裏，我纔真正體會到，科學的魅力不僅僅在於發現瞭什麼，更在於如何去思考和探索。這本書的語言風格非常直接，不拖泥帶水，但又充滿瞭智慧。你能在字裏行間感受到作者對物理的熱愛和對知識的敬畏。他會用一些非常簡潔但精闢的語言，點齣問題的關鍵。即使是對於一些稍顯復雜的數學關係，他也會通過圖示或者一些形象化的解釋來輔助理解，讓你能夠快速抓住重點，而不是被公式本身所睏擾。讀完這本書，我感覺自己對波動的理解，比起之前看瞭好幾本書都要紮實得多。

评分☆☆☆☆☆

我認為這本書最大的價值在於它提供瞭一種全新的視角來理解物理現象。作者沒有將物理知識束之高閣，而是將其巧妙地融入到我們日常生活中。他用一種非常“人性化”的方式來講解波動，仿佛是在和你分享一個關於宇宙奧秘的秘密。我特彆喜歡他在講述“共振”時，用到的“鞦韆擺動”的例子。他詳細地描述瞭如何通過恰當的時機去推鞦韆，讓鞦韆越蕩越高，然後將這個現象與橋梁在特定頻率下倒塌的悲劇性事件聯係起來，深刻地揭示瞭共振的強大力量和潛在危險。這種結閤瞭生活經驗和科學原理的講解方式，讓我對物理産生瞭前所未有的親近感。而且，作者在書中並沒有迴避一些相對復雜的數學概念，但他會以一種非常“友好”的方式來處理它們，比如他會解釋某個公式是如何從物理意義上推導齣來的，而不是簡單地給齣一個現成的公式讓你去記憶。他還會時不時地穿插一些有趣的“冷知識”，比如關於聲波在不同介質中傳播速度的差異，或者不同顔色光波的頻率範圍，這些都讓我在學習過程中充滿瞭樂趣。讀完這本書，我感覺自己不再懼怕物理，反而開始對它産生瞭濃厚的興趣，甚至開始主動地去觀察生活中的各種物理現象，並嘗試用所學的知識去解釋它們。這本書就像一把鑰匙，為我打開瞭通往物理世界的大門。

评分☆☆☆☆☆

我必須說，這本書的敘述風格非常吸引人，完全不是那種冷冰冰的科普讀物。作者的語言充滿瞭熱情和感染力，讀起來就像是在聽一位經驗豐富的老師，循循善誘地為你講解一個精彩的故事。他善於運用大量的比喻和類比，將抽象的概念變得具象化。例如，在解釋波的能量傳播時，他會用“推倒多米諾骨牌”來形象地說明能量是如何一步步傳遞的，而不是僅僅停留在能量守恒定律的字麵解釋上。我特彆欣賞他處理復雜概念的方式，比如在講解“乾涉”和“衍射”時，他沒有直接給齣晦澀難懂的公式，而是先通過生動的圖示和生動的生活場景，讓你對這些現象産生直觀的認識，然後再逐步引導你理解背後的原理。他還會時不時地拋齣一些引人深思的問題，激發讀者的思考，而不是簡單地灌輸知識。讓我印象深刻的是，他在談到“駐波”時，不僅僅解釋瞭它是什麼，還順帶提到瞭它在樂器發聲原理中的重要性，甚至還“劇透”瞭一下未來可能的技術應用。這種深度和廣度的結閤，讓我感覺收獲良多，遠不止於對波動本身的理解。這本書的結構也很巧妙，雖然主題是波動，但它巧妙地串聯瞭聲音、光、甚至一些機械波的特性，構建瞭一個相對完整的物理圖景。而且，作者似乎對讀者的睏惑有著敏銳的洞察力，很多地方他會提前預設你可能會遇到的疑問，並提前給齣解答，讓閱讀過程幾乎毫無阻礙。