3小時讀通基礎物理:波動篇
 
作者: 桑子研 
譯者: 李漢庭
出版社: 世茂
出版日期: 2017/08
頁數: 272
尺寸: 14.8x21
ISBN-10: 9869480519
ISBN-13: 9789869480512
書城編號: 1296105
 

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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!

號稱物理兩巨頭之一的波動該如何攻略?只要依循三步驟,就能輕鬆解開疑問!每章末都附有幾題練習題,好讓讀者能驗收之前的閱讀成果,同時並配合大考的出題方向,提醒讀者特別需注意處以及常見的考題。

推薦人
台灣大學物理學系教授 陳政維

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
原樣反射的「自由端反射」40
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縱波與駐波52
解答.解說54
第一堂課總結 其57
第一堂課總結 其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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1.2.3109
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 都卜勒效應 其123
解答.解說124
問題練習 都卜勒效應 其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1.2.3183
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 光柵194
解答.解說194
問題練習 楊氏實驗196
解答.解說198
問題練習 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 k214
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1.2.3224
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 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1.2.3262
後記266
鳴謝266
作者小檔案267
索引268

內文試閱
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)。

波的性質  反射+干涉=駐波

接著我們來探討在浴缸裡不斷製造波的情況。當波往牆面前進,撞牆之後就會反射回來。而當反射回來的波撞上新的入射波時,就會引發干涉。

此時波不再左右移動,而是分為上下激烈振動的位置,以及完全不動的位置。這種波就稱為駐波。
駐波是什麼樣的波呢?請看下圖。紅色實線表示往右前進的入射波,紅色虛線表示向左前進的反射波。請先看入射波與反射波在隨著時間過去後,會如何移動。

我們發現入射波(實線)隨著時間經過會往右移動,反射波(虛線)則會往左移動。接著看下一頁的圖,紅色實線就是將兩種波上下相加的結果。

桑子研 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
http://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)。

 
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