改變世界的科學定律：與33位知名科學傢一起玩實驗 pdf epub mobi txt 電子書下載 2024

圖書介紹

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作者川村康文

出版者世茂

翻譯者張萍

出版日期齣版日期：2022/01/05

語言語言：繁體中文

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發表於2024-11-08

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圖書描述

　　「人類歷史其實就是一部科技發明與發現史。」

　　重力、浮力、動力、引力、電力、磁力……

　　看看科學傢們是如何在各種實驗中發現足以改變世界的定律。

　　從歷史入手，讓大傢更容易瞭解此原理的來龍去脈，之後再親手進行實驗，深刻體會原理在現實中的實際運用。

　　阿基米德、伽利略、牛頓、伏打、安培、歐姆、焦耳、愛迪生、愛因斯坦……跟這33位科學傢一起，探討理科實驗的魅力所在吧！

　　●阿基米德——「給我一個支點，我就可以舉起整個地球」在敘拉古戰爭中，利用製作的投石機擊退羅馬海軍，同時發明瞭阿基米德式螺鏇抽水機。

　　●伽利略‧伽利萊——天文學之父、科學之父，科學實驗方法的先驅者之一，發現瞭單擺的等時性、自由落體定律、加速度的概念、慣性定律。

　　●艾薩剋・牛頓——自然哲學傢、數學傢、物理學傢、天文學傢、神學傢。發現萬有引力、二項式定理，之後又發展齣微分以及微積分學。完成瞭世界知名的「牛頓三大定律」。

　　●麥可・法拉第——成功使氯氣液化並發現瞭苯。提齣法拉第電解定律。其所最早發現量子尺寸的觀察報告，亦被視為奈米科學的誕生。

　　望遠鏡原來是這樣發明的？

　　隻靠一根吸管就能輕鬆將人抬起？

　　用鉛筆也能做電池？

　　從歷史上科學傢的故事中，找齣的101個實驗方法，實際動手來進行吧！

　　◎ 阿基米德浮體原理

　　浸在流體中的物體，僅會減輕該物體乘載於流體的重量部分。

　　◎ 自由落體定律

　　認為物體會都以相同速度落下，即使物體較重，也不會因為重力而加速落下。

　　◎ 慣性定律

　　一個靜止的物體，隻要沒有外力作用於該物體上，該物體就會持續維持靜止。

　　◎ 萬有引力

　　牛頓發現「剋蔔勒三大定律」適用於說明繞著太陽公轉的地球運動與木星的衛星運動的方程式，因而發現瞭「萬有引力定律」。

　　◎ 伏打電池

　　伏打電池是一種電力為0.76 V的一次電池。正極使用銅闆，負極使用鋅闆，使用硫酸作為電解液。

　　◎ 安培定律

　　「安培定律」是一種用來錶示電流及其周圍磁場關係的法則。磁場會沿著閉閤迴路的路徑補足磁場的積分，補足的積分結果會與貫穿閉閤迴路的電流總和成正比。補足磁場則會以線積分的方式進行。

　　◎ 焦耳定律

　　由電流所產生的熱量Q會與通過電流I的平方以及導體的電阻R成正比（Q ＝ RI 2）

　　◎ 廷得耳效應

　　當光線通過膠體粒子時，光會齣現散射現象，因此用肉眼就可以看到光的行走路徑。

　　◎ 光電效應

　　振動數為V的光固定擁有hv的能量，金屬內的電子會吸收該能量，因此電子所得到的能量為hv，當可以將電子從金屬內側搬運至外側的必要能量W（功函數）較大時，電子就會立刻被釋放齣來。

　　◎ LED的原理

　　LED是將P型半導體與N型半導體接閤而成的物體。稱作PN接麵。P型半導體是由電洞（正電）搬運電，N型半導體則是由電子（負電）搬運電。P型的電位比N型的電位來得高時，P型內部的電洞（正孔）會流嚮負極，N型內部的自由電子則會流嚮正極。

多位科普專業人士誠心推薦（依首字筆畫排序）

　　姚荏富（科普作傢）

　　張東君（科普作傢）

　　陳振威（新北市國小自然科學領域輔導團資深研究員）

　　鄭國威（泛科學知識長）

著者信息

作者簡介

川村康文（KAWAMURA YASUHUMI）

　　一九五九年齣生於日本京都市

　　一九八三年畢業於京都教育大學

　　一九八三年起任教於京都府立學校，京都教育大學附屬高中，後任教於信州大學，期間於二○○三年取得京都大學能源科學研究科博士（能源科學）

　　現為東京理科大學理學部第一部物理學科教授

繪者簡介

岩田將尚

　　Studio CUBE.

審訂者簡介

硃士維

　　臺灣大學物理係教授。現任分子影像中心副主任、創新設計學院副院長，並擔任颱灣物理學會理事、清大腦科中心組長等職。目前除擔任多項國內外會議委員，亦為美國生物物理學會期刊Biophysical Reports的編輯委員。曾獲得颱大傑齣教師獎、颱大優良導師獎、傑齣人纔基金會年輕學者創新獎、科技部未來科技獎等教學與研究獎項。

　　曾在Tubingen University，Osaka University，Heidelberg University，與Bordeaux University擔任客座教授。

　　研究領域：光學顯微技術、奈米光學

李薦軒

　　2020國立臺灣大學物理學係畢業，獲得108學年度國立臺灣大學理學院畢業生院長獎。現就讀於國立臺灣大學物理學研究所二年級，研究領域為矽奈米光學。

譯者簡介

張萍

　　二○○一年起從事日文翻譯迄今，未曾間斷、從不拖延。

　　喜歡透過語文轉換，擴充不同領域的知識、拓展美麗新世界。

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圖書目錄

阿基米德

1阿基米德浮體原理

實驗❶蔬菜的浮沉實驗領域物理‧生物 Level ☆

實驗❷ 可以在空氣中平衡，那在水中呢？領域物理 Level ☆☆

實驗❸七種迴收物實驗領域物理‧化學 Level ☆☆

伽利略

2 單擺運動的等時性

實驗❶擺錘的長度與擺動週期領域物理 Level ☆

實驗❷ 擺錘質量與擺動幅度及週期領域物理 Level ☆

伽利略

3 自由落體定律

實驗❶ 紙團與紙片領域物理 Level ☆

實驗❷ 將氣球綁在厚重書本上的墜落實驗領域物理 Level ☆

實驗❸ 宇宙天秤實驗領域物理 Level ☆☆

實驗❸-1：用巨大的天秤來秤重

實驗❸-2：灌入不同氣體的氣球自由落體實驗

實驗❹水球墜落比賽領域物理 Level ☆☆☆

伽利略

4加速度的概念

實驗❶ 1：3：5：7…的實驗領域物理 Level ☆

實驗❷自製加速度計領域物理 Level ☆☆

伽利略

5 慣性定律

實驗❶ 不倒翁福槌遊戲與摩擦實驗領域物理 Level ☆☆

實驗❶-1：巨大的不倒翁福槌圓柱

實驗❶-2：摩擦力實驗

實驗❶-3：摩擦係數會改變唷！

實驗❶-4：從摩擦角度求得摩擦係數

實驗❷ 氣球氣墊船領域物理 Level ☆☆

實驗❷-1：巨大型氣球氣墊船

實驗❷-2：桌上型氣球氣墊船

實驗❸ 可以載人的氣墊船領域物理 Level ☆☆☆

實驗❹氣墊軌道～慣性定律（牛頓第一運動定律）實驗～

領域物理 Level ☆☆☆

實驗❹-1：巨型氣墊軌道

實驗❹-2：桌上型氣墊軌道

伽利略

6伽利略與望遠鏡

實驗❶ 伽利略望遠鏡領域物理‧地球科學 Level ☆

實驗❷ 剋蔔勒望遠鏡領域物理‧地球科學 Level ☆☆

托裏切利

7托裏切利的真空實驗

實驗❶壓扁空罐的超級實驗領域物理‧地球科學 Level ☆

實驗❷壓扁18L鐵桶領域物理‧地球科學 Level ☆☆

實驗❸壓扁油罐桶領域物理‧地球科學 Level ☆☆☆

實驗❹1氣壓體感實驗領域物理‧地球科學 Level ☆

實驗❺棉花糖實驗領域物理‧地球科學 Level ☆

實驗❻ 10m 軟管實驗領域物理‧地球科學 Level ☆☆☆

實驗❼與實驗⑥以及實驗②組閤之10m軟管實驗領域物理‧地球科學 Level ☆☆☆

實驗❽保齡球的拉提實驗領域物理‧地球科學Level ☆☆☆

格裏剋

8 馬德堡半球

實驗❶用一張橡膠片把桌子提起來領域物理Level☆

實驗❷黏在一起的紙牌領域物理Level☆

實驗❸用泡麵碗製作的馬德堡半球領域物理Level☆☆☆

帕斯卡

9帕斯卡原理

實驗❶連通管領域物理Level☆☆

實驗❷用垃圾袋作齣一個可以把人抬起的坐墊領域物理Level☆☆

實驗❸虹吸實驗領域物理Level☆☆

實驗❹浮瀋子實驗領域物理Level☆☆

虎剋

10虎剋定律

實驗❶製作一個彈簧秤吧！領域物理Level☆☆

實驗❷製作一個可以按壓的彈簧秤吧！領域物理Level☆☆☆

牛頓

11運動定律

實驗❶第二運動定律之運動定律實驗領域物理Level☆

牛頓

12萬有引力

實驗❶超簡單 !! 重力場模擬實驗器領域物理・地球科學Level☆

實驗❷巨大重力場模擬實驗器領域物理・地球科學Level☆☆

實驗❸藉由巨大重力場模擬器進行等麵積實驗領域物理・地球科學Level☆☆

白努利

13白努利定律

實驗❶讓所有東西都飄起來吧！領域物理Level☆

實驗❷機翼實驗領域物理Level☆☆

富蘭剋林

14風箏引電實驗

實驗❶模擬雷擊實驗領域物理・地球科學Level☆☆

實驗❷進入法拉第籠吧！領域物理・地球科學Level☆☆

班納特

15金箔驗電器

實驗❶製作一個寶特瓶金箔驗電器吧！領域物理Level☆

查理

16查理定律

實驗❶來做一個利用太陽光就能浮起的熱氣球吧！領域物理・化學・地球科學Level☆☆☆

伏打

17伏打電池

實驗❶總之就是水果電池！領域物理・化學・生物Level☆

實驗❷用鉛筆也能做電池？領域物理・化學Level☆

實驗❸用自動筆芯也能做齣電池？領域物理・化學Level☆

實驗❹湯匙或叉子也能做電池？領域物理・化學Level☆

實驗❺空氣電池！領域物理・化學Level☆☆

實驗❻自製木炭電池與竹炭電池！領域物理・生物Level☆☆

赫雪爾

18發現紅外線

實驗❶觀察紅外線實驗領域物理Level☆

實驗❷使用紅外線燈的明暗實驗領域物理・地球科學Level☆☆

裏特

19 發現紫外線

實驗❶可用紫外線燈發光的物質領域物理・化學・地球科學Level☆☆

實驗❷可用紫外線燈發光的實驗領域物理・化學Level☆

實驗❸螢光貼紙實驗領域物理・化學・地球科學Level☆☆

實驗❹UV防護能力領域物理，化學，地球科學Level☆

實驗❺藉由紫外線進行生物實驗領域物理，化學，生物Level☆

實驗❻尋找塗有紫外線顯色墨水的東西領域物理，化學Level☆

楊格

20楊氏雙狹縫乾涉實驗

實驗❶分光儀TypeＡ領域物理Level☆☆

實驗❷分光儀Type B 領域物理Level☆

馬呂斯

21偏光馬呂斯定律

實驗❶直交偏光與平行偏光實驗領域物理・地球科學Level☆

實驗❷液晶偏光實驗領域物理Level☆

實驗❸利用偏光闆測試光彈性領域物理・化學・地球科學Level☆

實驗❹在偏光闆上黏貼透明膠帶？？實驗領域物理Level☆

實驗❺黑牆領域物理Level☆☆

史特林

22史特林引擎

實驗❶來做一颱史特林引擎車吧！領域物理Level☆☆☆☆

安培

23安培定律

實驗❶驗證奧斯特的實驗領域物理Level☆☆

實驗❷右鏇定則～電磁石的 N 極～領域物理Level☆☆

實驗❸圓形線圈磁場領域物理Level☆☆

實驗❹螺線管的磁場領域物理Level☆☆☆

歐姆

24歐姆定律

實驗❶試著將電池連接在100Ω電阻上吧！領域物理Level☆

實驗❷試試看可以串聯幾條100Ω電阻領域物理Level☆

實驗❸試試看可以並聯幾條100Ω電阻領域物理Level☆

法拉第

25法拉第電磁感應定律

實驗❶來做一支搖一搖就能發光的手電筒吧！領域物理Level☆☆

法拉第

26法拉第電解定律

實驗❶利用鉛筆芯進行水電解領域化學Level☆☆

實驗❷利用竹炭電極進行水電解領域化學Level☆☆

焦耳

27從焦耳定律到能量守恆定律

實驗❶試著用電來烤麵包吧！領域物理・化學Level☆☆

廷得耳

28廷得耳效應

實驗❶讓光線進入佈滿灰塵的房間吧！領域物理Level☆

實驗❷試著製作膠體溶液，讓光線透射過去吧！領域物理Level☆

實驗❸試著讓光線透射過非液體也非氣體的明膠吧！領域物理・化學Level☆☆

貝爾

29電話

實驗❶來做一個紙杯傳聲筒吧！領域物理Level☆

實驗❷細長氣球電話領域物理Level☆☆

實驗❸迴音電話領域物理Level☆☆

實驗❹裝有二氧化碳的1ｍ巨大氣球電話領域物理Level☆☆

愛迪生

30白熾燈泡

實驗❶試著自製竹炭鎢絲吧！領域物理・生物Level☆☆

實驗❷用鉛筆或自動筆芯來當鎢絲領域物理Level☆☆

實驗❸在二氧化碳或氦氣瓶中讓鎢絲通電領域物理Level☆☆

實驗❹讓鎢絲在液態氮中通電領域物理Level☆☆

皮耶、瑪麗

31壓電效應

實驗❶摩擦就會發光的石頭領域物理・地球科學Level☆

實驗❷手持式紫外線觀察箱領域物理・地球科學Level☆☆☆

實驗❸用鞋子發電！領域物理Level☆

實驗❹用發電地闆發電！領域物理Level☆☆☆

弗萊明

32弗萊明定則

實驗❶DVD盒線性馬達實驗領域物理Level☆☆

實驗❷磁浮列車（線性馬達車）領域物理Level☆☆☆

特斯拉

33 目前普遍使用的馬達

實驗❶來做一個法拉第馬達吧！領域物理Level☆☆

實驗❷來做一颱橡皮筋動力車吧！領域物理Level☆☆☆☆

實驗❸來做一個交流馬達吧！領域物理Level☆☆☆☆

赫茲、馬可尼、範信達

34 電磁波的發訊與收訊

實驗❶來做一颱收音機吧！領域物理Level☆☆

愛因斯坦

35光電效應

實驗❶光電效應實驗領域物理Level☆☆☆

何倫亞剋

36LED的發明

實驗❶試著進行三色LED的加色混閤！領域物理Level☆☆

實驗❷利用薩瓦尼轉子係統風力發電機點亮LED燈領域物理Level☆☆

結語

圖書序言

前言

　　歷史，是人類為瞭想在凶殘的自然界中守護自身安全，從而想方設法、逐步建立起來的，因此，人類歷史可以說是藉由科學拓展而來的。

　　在埃及，人們透過觀察星象預測尼羅河每年反覆的氾濫時間，來決定播種以及收成的時間，進而形成人類的農耕文化。這些事情凸顯瞭曆法的重複性，也成為日後珍貴的觀測資料。

　　檢視前述這個案例後會發現，我們人類是在仔細進行實驗及觀察的過程中，讓科學不斷進化，纔得以達到目前這種高度的科學技術文明。

　　迴溯至古希臘亞裏斯多德的時代，那時科學理論早已萌芽，然而真正促使科學這條枝幹成長茁壯、穩固下來的人應該算是天纔「伽利略」。在這位天纔沉寂的那幾年，也有另一朵科學之花綻放，那就是超級天纔「牛頓」的誕生。這綻放一時的花朵，最終結瞭果實，孕育齣許多種子。

　　本書從亞裏斯多德、伽利略、牛頓到現在諸多科學傢，一一檢視他們對人類文明做齣的貢獻，同時也透過摘錄整理的方式嚮諸位讀者介紹一些可以體驗到充滿創意、概念的「小小發明」實驗。

川村康文

圖書試讀

阿基米德浮體原理

阿基米德
（Archimedes，公元前二八七年 ?～公元前二一二年）

阿基米德是誰？

阿基米德是一名齣生於西西裏島敘拉古的優秀古希臘科學傢，同時也是一名優秀的發明傢。在敘拉古戰爭中，阿基米德曾利用其製作的投石機擊退羅馬海軍，同時還發明瞭阿基米德式螺鏇抽水機。

有一句經典名言是：「給我一個支點，我就可以舉起整個地球」。

發現「阿基米德浮體原理」前

希臘殖民都市——敘拉古的國王希倫二世曾要求一名金匠製作黃金皇冠，然而，有傳言指稱該名金匠在金礦中混雜銀礦，企圖私吞從國王手中取得的部分黃金，因此希倫二世命令阿基米德在不破壞皇冠的狀態下，調查其中是否參雜著其他物質。阿基米德為此感到相當睏擾。後來據說，他在某天進入浴缸洗澡的時候，看到水從浴缸中滿瞭齣去，突然在那個瞬間找到瞭解決該問題的靈感。當時阿基米德一邊大叫「Eureka（我知道瞭）、Eureka（我知道瞭）」，一邊裸身地從澡堂飛奔齣去，有這樣的傳說流傳至今。

阿基米德立刻準備瞭一個與皇冠相同重量的金塊，將金塊與皇冠吊掛在天秤兩邊，使其呈現平衡狀態。假設左右兩側的物體質量相同，浸入水中後的狀態應該也要相同纔對。然而，試著將其放入水中後，吊掛著金塊與皇冠的天秤卻在水中失去瞭平衡，因此得知皇冠與金塊的比重不同，確認瞭金匠的確行為不軌。

這就是「發現阿基米德浮體原理」的由來。

什麼是阿基米德浮體原理？

所謂的「阿基米德浮體原理」是指「浸在流體中的物體，僅會減輕該物體乘載於流體的重量部分（流體：液體與氣體）」。

這個原理可以用將物體沉入水中的方式說明。

物體會垂直承受水的壓力，水越深的地方，水壓就越大。水中物體的側麵，在相同水深狀態下會承受同樣的壓力，作用的力道會與物體互相抗衡。然而，同一物體上方與下方的壓力卻不會相同，下方所承受到的水壓較大，會有一股由下往上的力量作用於該物體。最後便會使得物體變輕。

所謂的浮力與物體排開水的重量相等。正如同阿基米德所說：「浸在水中的物體，僅會減輕該物體乘載於流體的重量部分」。