世界第一简单物理光、声、波篇 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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　　从波动的基本知识，
　　到光波、音波，
　　进而了解何谓「都卜勒效应」！

　　万物皆是波？
　　而且光兼具波与粒子的性质？
　　纵波与横波如何用图形表示？
　　波的图形与函数有何关系？
　　从振动、介质、折射、镜像……到微分，
　　一起来探究有趣的物理学吧！

　　包括基础与进阶知识，
　　陪你从高中理组，
　　一直到大学物理相关科系的最佳学习书！

　　国立台湾师范大学物理系副教授 陆亭桦 审订

好的，这里有一份图书简介，内容不涉及“世界第一简单物理光、声、波篇”中的任何主题，且力求自然、详尽： --- 《探寻古今：一部关于人类文明早期贸易路线的深度研究》 图书简介 本书深入剖析了公元前 3000 年至公元 500 年间，欧亚非大陆主要贸易网络的形成、演变及其对早期人类社会结构、政治格局乃至文化交流产生的深远影响。这不是一本简单的历史年表汇编，而是一部侧重于物质流向、经济动因与社会互动关系的宏大叙事。 第一部分：起源与奠基——早期资源驱动下的区域交换 本部分首先聚焦于文明的摇篮地带，如美索不达米亚的苏美尔城邦与尼罗河流域的古埃及。我们详细考察了早期城市国家如何依赖稀缺资源（如硬木、青金石、锡和盐）的区域性调配来维持其复杂的基础设施和王权统治。研究追溯了最早的河流贸易——底格里斯河与幼发拉底河上的船只，以及尼罗河两岸的季节性漂流。重点分析了在文字尚未普及的阶段，契约的建立、信用的维系是如何通过陶土印章和早期的符号系统来实现的，这些非正式的经济机制构成了后世复杂贸易法的雏形。 我们随后将视野投向了地中海东岸的黎凡特地区。迦南人和腓尼基人的崛起，标志着航海技术和远洋贸易的突破性发展。本书详细描绘了他们如何通过建立沿岸的贸易站，将地中海东部的香料、雪松木与西西里的谷物、西班牙的金属进行交换。在此阶段，贸易不再是点对点的零星交换，而开始形成网络化的结构，这极大地加速了区域间知识和技术的扩散。 第二部分：大动脉的形成——丝绸之路的早期雏形与帝国交汇 进入青铜时代晚期，随着区域性王国的强大和帝国格局的形成，贸易活动迎来了质的飞跃。本书将大量篇幅用于重构波斯“皇家大道”的早期形态以及连接中亚草原的游牧民族商路。 我们通过考古学发现的贸易遗址，如土库曼斯坦的萨拉兹（Saras）遗址群，来佐证贸易路线的物质证据。讨论集中于阿卡德帝国、赫梯帝国与埃及的“外交礼物”交换体系，这实际上是早期奢侈品贸易的官方化体现。重点分析了“锡之路”——锡的战略地位如何驱使着庞大的跨大陆运输网络，以及对锡源头的争夺如何塑造了地缘政治的早期版图。 此外，书中详尽阐述了“丝绸之路”概念的早期实践。在秦汉王朝统一之前，楚国与西域之间的“蜀锦之路”是其重要的前奏。我们审视了文化交流的载体——不仅仅是商品，还有手工业技术（如玻璃制造、冶金术）和宗教观念的传播。通过对出土文物的年代学分析，我们重建了早期商人社群的构成，包括他们的语言、信仰和管理组织。 第三部分：海权与陆权——贸易网络的制度化与冲突 公元前 500 年至公元 500 年间，贸易网络的复杂性达到了前所未有的高度，伴随着的是国家对贸易的介入和垄断企图。 罗马帝国的崛起为地中海贸易带来了空前的安全与统一（Pax Romana）。本书细致考察了奥古斯都时代对埃及谷物运输的严格控制，以及对安息帝国和后来的萨珊波斯之间陆路贸易的微妙平衡。我们深入分析了罗马的“黄金外流”问题——为了购买东方香料、丝绸和宝石，罗马铸币的大量外流如何引发了帝国财政的结构性压力。这种财政压力反过来又刺激了帝国在边境地区的军事扩张和资源掠夺，展现了贸易与军事扩张的内在联系。 在印度洋，季节性季风的规律被水手们掌握，形成了更为可靠的“季风贸易圈”。本书阐述了印度河流域文明与美索不达米亚的直接海上联系，以及后来亚历山大东征后，希腊化文化对南亚贸易路线的重塑。我们考察了印度香料（黑胡椒、肉桂）和宝石（红宝石、绿松石）如何通过阿拉伯半岛的中间人，最终抵达地中海市场，以及这种多重中介导致的商品价值层层递增的现象。 第四部分：商人的生活与社会影响 最后一部分，本书关注贸易活动背后的“人”。我们描绘了早期商队组织者的生活、他们如何应对沙漠中的水源危机、山区的盗匪威胁以及不同政权间的关税壁垒。通过对古代法律文书（如古代近东的楔形文字泥板）和碑铭的研究，我们揭示了早期商会、合伙经营的法律框架，以及在不同文化区域中，外来商人的法律地位和他们建立的社区。 本书的结论部分强调，早期贸易网络不仅仅是经济活动的集合，它们是人类最早的全球化尝试。这些路线的兴衰，直接决定了哪些文明得以繁荣，哪些技术得以扩散，以及最终塑造了我们今天所理解的欧亚大陆文明的地理格局。本书旨在为读者提供一个宏大而细致的视角，去理解那些塑造了古代世界的看不见的经济纽带。 ---

作者简介

新田英雄

　　1987年 早稻田大学研究所理工学研究科博士课程修毕
　　专攻 理论物理学、物理教育
　　现今 东京学艺大学教育学系教授 理学博士

　　主要日文着作：
　　《物理与特殊函数—入门研究课程》（共立出版）
　　《用Excel学电磁学》（合着・欧姆社）
　　《用Excel学量子力学》（合着・欧姆社）
　　《世界第一简单物理「力学篇」》（欧姆社）

　　译作：
　　《相对论》（Stannard着，新田 英雄译，丸善出版）

审订者简介

陆亭桦

　　现职：国立台湾师范大学物理系 副教授
　　学历：国立交通大学电子物理系学士、国立交通大学电子物理系博士
　　经历：国立交通大学博士后研究员、国立台湾师范大学物理系助理教授
　　授课科目：光学、光电工程导论、光电技术
　　研究方面：雷射物理

译者简介

卫宫纮

　　清华大学原子科学院学士班。自由译者，译作有《上司完全使用手册》（东贩）、《超慢跑入门》（商周）、《男人懂了这些更成功》（潮客风）、《世界第一简单电力系统》（世茂）……等。

前言
序曲1

第1章光9
1. 光的直进与反射10
如何用镜子映照全身15
2. 光的折射16
3. 透镜与像22
凸透镜的成像28
4. 光的色散29
补充
光学史32
光散射的机制32
光的吸收与透明、不透明34
太阳光的温暖35
反射定律35
外面的亮度与窗户上的反射36
光的速度与折射率37
折射定律38
薄透镜公式39
光的色散41
进阶补充
彩虹的形成42

第2章波45
1. 波的基础知识47
2. 波的干涉67
补充
「位置－位移」图形和「时间－位移」图形的关系76
波的反射77
进阶补充
运动方程式79
简谐运动与sin函数81
正弦波的数学式和图形83
驻波85
深入补充
以微分表示运动方程式87
运动方程式与简谐运动87
波动方程式88
横波的波动方程式91
纵波的速度与杨氏系数92
波动方程式的解93
重叠原理与波动方程式94
延伸问题95

第3章声97
1. 声波的基本99
2. 声波的传递方式108
各种乐器的「时间－位移」图形115
3. 声波的驻波119
拍音130
补充
气柱的空气振动134
声音的速度（声速） 137
弦的横波速度137
音阶137
进阶补充
声速的公式140
音色与声波的重叠141
开口端的修正143
深入补充
声波的波动方程式143
声速公式的推导146
气体的位移和密度变化的关系147

第4章都卜勒效应149
1. 声源移动时听到的声音151
声源移动的都卜勒效应公式156
2. 观测者移动所听到的声音159
观测者移动的都卜勒效应公式163
补充
声源和观测者一起移动的都卜勒效应169
进阶补充
斜向的都卜勒效应174
光的都卜勒效应176
震波176

第5章光波179
1. 波的干涉和绕射181
波相互增强与弱化的数学式187
2. 粒子与波191
绕射光栅所产生的干涉201
3. 万物皆是波205
补充
波的能量与强度211
电磁波的传递媒介是什么？ 211
进阶补充
球面波212
球面波的干涉213
粒子性与波动性214
深入补充
波能量的公式215
正弦波的能量216
附录A 单位
基本单位与导出单位217
倍数的表示记号与名称218
分贝219
附录B 数学的补遗
泰勒展开220
延伸问题（p.95）的解答222
索引227

前言

　　光、声、波是我们身边常见的自然现象。光和声音都是波的一种，为了深入了解光和声音，我们必须先理解波的基本性质。但是，波的概念不容易理解，波的运动不容易想像。在空间中扩展的波，会随着时间怎么变化？这并不是那么容易描述。相反地，若能正确地掌握波的运动，即可了解波的性质。

　　因此本书利用漫画图解来说明。漫画能够生动地表现随时间变化的运动，是非常独特的表现手法。即便是波这么复杂的运动，漫画亦能说明得比教科书、教学影片清楚。

　　本书由漫画和文章解说构成，仅阅读漫画的部分，你就能确实掌握高中物理程度的知识。重要的部分本书会反覆提及，加强读者的印象。在完全理解之前，你可以反覆阅读漫画。本书列了许多数学式，对不擅长物理的人而言，或许会有点困难，但你可以大致浏览这些数学式就好。总之，希望你能反覆阅读，多读几次，你不懂的地方便会渐渐豁然开朗。

　　文章解说的部分是给行有余力的读者、看完漫画还想深入了解的人阅读的。「补充」是高中物理的基础解说；「进阶补充」、「深入补充」主要是针对理组高中生、大学生。尤其是「深入补充」运用到微积分，所以较复杂。为了深入了解波，由运动方程式推导波动方程式、波的速率……这些数学上的理解是必要的。对这过程感兴趣的人，请一定要阅读「深入补充」。

　　最后，用漫画表现光、声、波是非常困难的。因此我要对以精湛的绘画实力达到这个目标的深森小姐、负责制作编辑本书的TREND-PRO，以及欧姆社的同仁，致上最深的谢意。

光学史
 
对我们来说，光非常重要。光是什么呢？光的特性是什么？为什么我们可以看到东西？诸如此类的疑问，从很久以前就是人类探究的议题。举例来说，古希腊哲学家认为，是因为人的眼睛射出光线照到物体，我们才得以看见物体（现在人们已经了解，眼睛接收来自物体的光，经由大脑处理，我们才得以看见物体。但是，大脑影像处理的具体机制，目前还在研究中）。
 
一开始，光学先从几何学的角度探讨光线的特性。然后，随着人们对光的了解越来越深入，「光是粒子」的学说（光的粒子说）与「光是波」的学说（光的波动说）长年争论不休。后来科学家发现了光的干涉，这是光波才有办法解释的现象，所以最后是由波动说赢得胜利。而且科学家证明了光是电磁波，带有电力和磁力。这会在第5 章进行说明，第1 章是利用光线来说明光的特性。
 
光散射的机制
 
请想像什么都没有的真空状态。光可以在真空中行进，因此，太阳系外面的遥远星星所发出的光，可以抵达地球，让我们看见。在没有任何物质的真空中行进时，光是直线前进的（严格来讲，受到星星等重力源影响，空间会发生扭曲，而光是沿着空间的扭曲前进的，并非笔直地前进。但是，除非是黑洞等超强的重力源，否则光的扭曲很微小，星光几乎可以说是直线前进的）。
 
那么，光什么时候会转变方向呢？答案是碰到物体的时候。物质是由原子构成，而原子则是由带正电的原子核，以及带负电的电子所组成。另一方面，光是一种电磁波。电磁波具备电力和磁力。由于电力的性质，电磁波碰撞到原子时，原子的电子会得到电磁波的能量，产生振动*1。接着，根据「振动的电荷会放射电磁波」的电磁学定律，电子又会产生电磁波，往原子的四周放射出去（图1）。由这一连串的现象可知，当电磁波射入原子，原子会向四周放射电磁波。这就是电磁波与光散射的基本机制。
 
如同前文的说明，光照到物体会产生反射、散射，以微观的角度来看，原子内的电子是光散射的原因。另外，金属会散发金属光泽，就是因为金属内自由移动的电子（自由电子）所产生的散射。
 
光的吸收与透明、不透明
 
照到物体的光，一部分会反射，剩下的则进入物体内部。反射光与被吸收的光，这两者的比例会因物质的种类、光照到物体表面的角度（入射角）而异。

评分☆☆☆☆☆

波的叠加和干涉，在这本书里被解释得如同讲故事一般。作者没有直接抛出抽象的公式，而是用“两波相遇”这个简单的场景，让我理解了波的叠加原理。他举例说，如果两列水波相遇，有时会互相增强，有时候会互相抵消，就像两群人手拉手，有时候会形成一股更强大的力量，有时候会分散开来。 而且，他还用“肥皂泡”的例子来解释光的干涉，让我明白了为什么肥皂泡会呈现出美丽的色彩。这种将抽象的物理现象与我们生活中的具体事物联系起来的解释方式，是我之前从未体验过的。这本书让我觉得，物理学真的不是高高在上的理论，而是无处不在的现象。

评分☆☆☆☆☆

最后，我想说的是，这本书让我对“世界第一简单”这几个字有了切身的体会。我之前一直以为物理是很难的学科，需要深厚的数学功底和复杂的推理。但这本书彻底颠覆了我的想法。作者用最通俗易懂的语言，最生动的比喻，最贴切的生活化例子，将光、声、波这些复杂的物理概念，变得简单易懂，甚至充满了趣味性。 我感觉自己就像是在一个充满魔力的课堂里，老师用轻松愉快的方式，一点点打开了我的智慧之门。这本书不仅仅是传授知识，更是激发了我对物理学的兴趣，让我开始愿意主动去观察周围的世界，去思考那些看似平凡的现象背后的物理原理。我真的非常推荐这本书给任何对物理感到畏惧或者好奇的朋友，相信你们也会像我一样，被这本书深深地吸引。

评分☆☆☆☆☆

这本《世界第一简单物理光、声、波篇》真的是我近期读过最让我惊喜的一本书了！我一直觉得自己是个物理“小白”，高中时的物理课简直是我的噩梦，那些复杂的公式和抽象的概念，总让我头昏脑涨。本以为这辈子跟物理就无缘了，没想到偶然间翻到了这本书，简直是打开了新世界的大门。作者用一种极其通俗易懂、甚至可以说是“接地气”的方式，把光、声、波这些看似遥不可及的物理现象，讲得像讲故事一样生动有趣。我最开始是抱着试试看的心态，但读着读着就完全被吸引住了，完全不像是在“学习”，更像是在享受一场知识的盛宴。 比如说，关于光的折射，我以前只知道光会弯曲，但具体怎么弯，为什么弯，完全没概念。这本书里，作者竟然用了一个泡在水里的筷子会“折断”的例子来解释，一下子就让我明白了。原来光在不同介质中传播速度不同，所以才会发生偏折。他还举了很多生活中的例子，比如彩虹的形成，海市蜃楼的原理，甚至是我们为什么能看到物体，这些日常现象背后的物理原理，被他讲得清清楚楚，明明白白。我之前觉得那些物理学家们研究的东西太高深了，现在才知道，原来它们离我们这么近，并且如此的奇妙。

评分☆☆☆☆☆

波的分类和特性，在这本书里被解释得淋漓尽致。作者没有一开始就给我一堆名词，而是通过类比和生活化的场景，一点点引导我理解。我之前对“波长”和“频率”这两个词总是傻傻分不清，但这本书里，作者用“人行横道上排队的人”来比喻波长，用“单位时间内通过的人数”来比喻频率，简直是 genius！ 而且，他还用“水波的浪高”来比喻振幅，让我一下子就明白了不同波的能量差异。他甚至还提到了驻波的概念，并且用简单的例子来解释，我感觉自己好像在“玩”物理，而不是在“学”物理。这本书的魅力就在于，它让你在轻松愉快的阅读过程中，不知不觉地掌握了最核心的物理原理。

评分☆☆☆☆☆

书中对于“波”的阐述，简直是颠覆了我以往的认知。我之前对波的概念非常模糊，总觉得它是一个很抽象的东西，只存在于课本的图示里。但这本书，通过大量的日常现象和生动的比喻，让我彻底理解了波的本质。作者并没有一开始就讲复杂的数学公式，而是从水波开始，比如石头扔进水里产生的涟漪，这实在是太形象了！我们都能看到水波的传播，而且能感受到它的能量。 他进而引申到其他种类的波，比如声波、光波，甚至是电磁波。他解释了波的特性，比如波长、频率、振幅，并且用非常生活化的例子来解释这些概念。比如，他用沙滩上排队的人来比喻波的传播，让人一下子就明白了波的“前进一步”是什么意思。他还提到了海浪，说海浪就是一种波，能把海滩上的沙子推来推去，这表明波可以传递能量。这本书让我觉得，物理学其实一点都不难，只要找到正确的方法，每个人都可以轻松掌握。

评分☆☆☆☆☆

对于声音，我一直以来只是模糊地知道它是一种振动，但这本书给了我更深刻的理解。作者并没有直接抛出“声波”这个概念，而是先从我们熟悉的“声音”本身入手，比如音乐的产生，我们说话的原理。他用非常形象的比喻，比如把空气比作一个巨大的弹簧，声音就像在这个弹簧上传播的“波浪”。他解释了音高、音量、音色这些概念，并且用了非常生动的语言来描述，我甚至能“听”到书中文字传达出来的声音。 尤其让我印象深刻的是，他对“回声”的解释。我以前只知道对着山谷喊，声音会传回来，但不知道为什么。这本书里，他详细讲解了声波遇到障碍物会反射，就像小石子扔到墙上会弹回来一样。他还举了一个很有意思的例子，说蝙蝠是通过发出超声波然后听回声来“看”东西的，这让我惊叹于大自然的神奇，也更加理解了声波的反射原理。读这本书，感觉自己不再是被动地接受知识，而是主动地去探索和理解，那种感觉非常棒。

评分☆☆☆☆☆

关于声音的传播，这本书也给了我全新的认识。我之前以为声音就是“说出来就听得到”，但这本书让我明白，声音的传播其实是一个充满细节和奥秘的过程。作者用“空气的震动”这个核心概念，循序渐进地解释了声音是如何从声源传递到我们耳朵里的。 他举了一个非常有趣的例子，说如果你在一艘船上，船上的人说话，虽然你听不到，但如果你伸出手，你会感觉到船体在震动。这就说明声音的传播不仅仅是通过空气，也可以通过固体。他还解释了为什么在真空里听不到声音，因为没有介质来传递声波。这让我对“真空”这个概念有了更具象的理解。读完这部分，我感觉自己好像能“看到”声波在空气中传播的轨迹，并且能感受到它的能量。

评分☆☆☆☆☆

声波的频率和我们的听觉，在这本书里得到了非常生动的解读。我之前只知道高频的声音刺耳，低频的声音沉闷，但这本书让我明白了其中的物理原理。作者用“声带的抖动速度”来比喻声带的振动频率，然后解释了高频的声音为什么会让我们觉得刺耳，低频的声音为什么会让我们觉得沉闷。 而且，他还提到了“次声波”和“超声波”，并且举了很多有趣的例子，比如大象如何利用次声波交流，蝙蝠如何利用超声波探路。这让我感觉，原来我们人类的听觉范围只是冰山一角，大自然中还有那么多我们听不到但却真实存在的“声音”。这本书拓展了我的听觉世界，也让我对声音有了更全面的认识。

评分☆☆☆☆☆

光线的传播，在这本书里不再是冰冷的几何线条，而是充满了生命力的。作者用“光的粒子说”和“光的波动说”这两个概念，生动地描绘了光的双重性格，让我大开眼界。我之前一直以为光就是直线传播，但这本书告诉我，光也有“绕过去”的能力，也就是衍射。 他举了一个非常贴切的例子，说把一个很小的物体放在光线前面，虽然物体挡住了大部分光，但在物体后面竟然还能看到光斑，这就是光的衍射。而且，他还用“不同颜色的光有不同的波长”来解释彩虹的形成，让我对彩虹这个美丽的自然现象有了更深刻的理解。这本书让我觉得，原来物理学是可以如此浪漫和富有诗意的。

评分☆☆☆☆☆

这本书最让我赞叹的地方在于，它能够把极其复杂的光学原理，用最简单、最直观的方式呈现出来。我之前对光的很多概念，比如光的干涉、衍射，一直停留在“听过但不知道是什么”的层面。但这本书里，作者巧妙地运用了生活中的例子，让我一下子就豁然开朗。 比如，他讲到肥皂泡为什么会五颜六色，我以前只觉得是颜料，但读了这本书才知道，原来是光的干涉现象在作祟。不同厚度的肥皂泡膜，会反射出不同颜色的光，就像不同频率的音乐会产生不同的音调一样。他还用丝绸的微观结构来解释为什么有些丝绸看起来有光泽，这让我第一次理解了衍射的原理。这种将抽象物理概念与日常生活紧密联系起来的做法，真是太聪明了！我感觉我不仅学会了物理知识，还学会了一种观察世界、理解世界的新视角。