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3小時讀通基礎物理:波動篇

ぶつりの1.2.3波動編

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內容簡介

  教你如何攻略波動!

  一聽到「波動」,就覺得「好難」?
  波動之所以困難,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。
  只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!
 
 

作者介紹

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,筑波大學研究所課程修畢。第一間教課學校就是女校,面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》(世茂出版)
  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系,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。目前嚐試將觸角延伸到特殊造型與影像創作,有各方面之作品。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(以上世茂出版)。
 
 

目錄

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
波的表現方式與五大性質 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
以橫波來表現縱波 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反向反射的「固定端反射」 40
波的性質❸折射 42
波的性質❹干涉 44
波的性質❺反射+干涉=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
聲波的真面目 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  都卜勒效應 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
發生都卜勒效應的原因 95
以算式表示都卜勒效應 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卜勒效應 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
都卜勒效應1.2.3 109
都卜勒效應的應用 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 都卜勒效應 其① 123
解答.解說 124
問題練習④ 都卜勒效應 其② 126
解答.解說 127
第三堂課總結 130
閃閃發亮  光的干涉 131
前言 132
光的基礎知識 132
光也會變慢!?折射率就是縮減率 134
光的反射 136
光的折射 137
折射公式 139
光是粒子?還是波? 140
二維干涉 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
薄膜干涉 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
薄膜的干涉 180
寫出薄膜干涉條件式 183
干涉條件式寫法1.2.3 183
楔形干涉 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 楔形干涉 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
導出「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.綜合題.附錄 237
作業.綜合題 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
 
 



  從「Physics」到「物理」!

  現在正是重新面對物理的好時機。

  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。女生有個傾向,只要一聽到物理就說「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。只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,物理卻全成了他們的拿手科目。

  本書為了幫助「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」。

  波動的困難之處,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。

  而且只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,終於能夠重新面對物理了。
 
2010年5月 桑子 研
 

詳細資料

  • ISBN:9789869480512
  • 叢書系列:科學視界
  • 規格:平裝 / 272頁 / 25k正 / 14.8 x 21 cm / 普通級 / 全彩印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
 

內容連載

波的性質  折射
 
當波在前進途中,速度突然產生變化時,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(稱為界面)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,波斜向射入界面的情況。
 
當波從深處往淺處入射,波前會保持與行進方向垂直,但波速會變慢,因此先通過界面的波前會先降低速度。這時候波就會在界面產生彎曲。
 
請想像兩個小孩抓著一根棒子的兩端向前跑。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,棒子就會突然轉向。波也會有相同的現象。這種波彎曲的現象就稱為「波的折射」。若使用上一頁的圖來定義,則入射波行進方向與界面垂線所夾的角度稱為入射角,彎折之後的角度就是折射角。
 
波的性質  干涉
 
如果兩顆大小相同的石頭往空中一丟,相撞了,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?讓我們從兩個方向同時製造一樣高的「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「波谷」,當兩個波相撞的瞬間,竟然都消失了。
 
但就當我們以為波消失的時候,「波峰」又若無其事地往右去,「波谷」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,就稱為波的干涉。
 
為何會發生干涉現象?我們知道,產生波的介質只是單純的上下振動。請看上面「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「波谷」時,往上振動的介質被「波谷」往下拉扯,因此介質會回到原本的位置,看起來就像波消失了一樣(A-A=0)。

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