了解波動
讓你從高中到大學
輕鬆征服物理！
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從波動的基本知識，
到光波、音波，
進而了解何謂「都卜勒效應」！
萬物皆是波？
而且光兼具波與粒子的性質？
縱波與橫波如何用圖形表示？
波的圖形與函數有何關係？
從振動、介質、折射、鏡像……到微分，
一起來探究有趣的物理學吧！
包括基礎與進階知識，
陪你從高中理組，
一直到大學物理相關科系的最佳學習書！
國立台灣師範大學物理系副教授 陸亭樺 審訂
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圖書介紹 - 資料來源：博客來 評分：
圖書名稱：世界第一簡單物理光、聲、波篇
內容簡介
從波動的基本知識，
到光波、音波，
進而了解何謂「都卜勒效應」！
萬物皆是波？
而且光兼具波與粒子的性質？
縱波與橫波如何用圖形表示？
波的圖形與函數有何關係？
從振動、介質、折射、鏡像……到微分，
一起來探究有趣的物理學吧！
包括基礎與進階知識，
陪你從高中理組，
一直到大學物理相關科系的最佳學習書！
國立台灣師範大學物理系副教授 陸亭樺 審訂
作者介紹
作者簡介
新田英雄
1987年 早稻田大學研究所理工學研究科博士課程修畢
專攻 理論物理學、物理教育
現今 東京學藝大學教育學系教授 理學博士
主要日文著作：
《物理與特殊函數—入門研究課程》（共立出版）
《用Excel學電磁學》（合著・歐姆社）
《用Excel學量子力學》（合著・歐姆社）
《世界第一簡單物理「力學篇」》（歐姆社）
譯作：
《相對論》（Stannard著，新田 英雄譯，丸善出版）
審訂者簡介
陸亭樺
現職：國立台灣師範大學物理系 副教授
學歷：國立交通大學電子物理系學士、國立交通大學電子物理系博士
經歷：國立交通大學博士後研究員、國立台灣師範大學物理系助理教授
授課科目：光學、光電工程導論、光電技術
研究方面：雷射物理
譯者簡介
衛宮紘
清華大學原子科學院學士班。自由譯者，譯作有《上司完全使用手冊》（東販）、《超慢跑入門》（商周）、《男人懂了這些更成功》（潮客風）、《世界第一簡單電力系統》（世茂）……等。
新田英雄
1987年 早稻田大學研究所理工學研究科博士課程修畢
專攻 理論物理學、物理教育
現今 東京學藝大學教育學系教授 理學博士
主要日文著作：
《物理與特殊函數—入門研究課程》（共立出版）
《用Excel學電磁學》（合著・歐姆社）
《用Excel學量子力學》（合著・歐姆社）
《世界第一簡單物理「力學篇」》（歐姆社）
譯作：
《相對論》（Stannard著，新田 英雄譯，丸善出版）
審訂者簡介
陸亭樺
現職：國立台灣師範大學物理系 副教授
學歷：國立交通大學電子物理系學士、國立交通大學電子物理系博士
經歷：國立交通大學博士後研究員、國立台灣師範大學物理系助理教授
授課科目：光學、光電工程導論、光電技術
研究方面：雷射物理
譯者簡介
衛宮紘
清華大學原子科學院學士班。自由譯者，譯作有《上司完全使用手冊》（東販）、《超慢跑入門》（商周）、《男人懂了這些更成功》（潮客風）、《世界第一簡單電力系統》（世茂）……等。
目錄
前言
序曲1
第1章光9
1. 光的直進與反射10
如何用鏡子映照全身15
2. 光的折射16
3. 透鏡與像22
凸透鏡的成像28
4. 光的色散29
補充
光學史32
光散射的機制32
光的吸收與透明、不透明34
太陽光的溫暖35
反射定律35
外面的亮度與窗戶上的反射36
光的速度與折射率37
折射定律38
薄透鏡公式39
光的色散41
進階補充
彩虹的形成42
第2章波45
1. 波的基礎知識47
2. 波的干涉67
補充
「位置－位移」圖形和「時間－位移」圖形的關係76
波的反射77
進階補充
運動方程式79
簡諧運動與sin函數81
正弦波的數學式和圖形83
駐波85
深入補充
以微分表示運動方程式87
運動方程式與簡諧運動87
波動方程式88
橫波的波動方程式91
縱波的速度與楊氏係數92
波動方程式的解93
重疊原理與波動方程式94
延伸問題95
第3章聲97
1. 聲波的基本99
2. 聲波的傳遞方式108
各種樂器的「時間－位移」圖形115
3. 聲波的駐波119
拍音130
補充
氣柱的空氣振動134
聲音的速度（聲速） 137
弦的橫波速度137
音階137
進階補充
聲速的公式140
音色與聲波的重疊141
開口端的修正143
深入補充
聲波的波動方程式143
聲速公式的推導146
氣體的位移和密度變化的關係147
第4章都卜勒效應149
1. 聲源移動時聽到的聲音151
聲源移動的都卜勒效應公式156
2. 觀測者移動所聽到的聲音159
觀測者移動的都卜勒效應公式163
補充
聲源和觀測者一起移動的都卜勒效應169
進階補充
斜向的都卜勒效應174
光的都卜勒效應176
震波176
第5章光波179
1. 波的干涉和繞射181
波相互增強與弱化的數學式187
2. 粒子與波191
繞射光柵所產生的干涉201
3. 萬物皆是波205
補充
波的能量與強度211
電磁波的傳遞媒介是什麼？ 211
進階補充
球面波212
球面波的干涉213
粒子性與波動性214
深入補充
波能量的公式215
正弦波的能量216
附錄A 單位
基本單位與導出單位217
倍數的表示記號與名稱218
分貝219
附錄B 數學的補遺
泰勒展開220
延伸問題（p.95）的解答222
索引227
序曲1
第1章光9
1. 光的直進與反射10
如何用鏡子映照全身15
2. 光的折射16
3. 透鏡與像22
凸透鏡的成像28
4. 光的色散29
補充
光學史32
光散射的機制32
光的吸收與透明、不透明34
太陽光的溫暖35
反射定律35
外面的亮度與窗戶上的反射36
光的速度與折射率37
折射定律38
薄透鏡公式39
光的色散41
進階補充
彩虹的形成42
第2章波45
1. 波的基礎知識47
2. 波的干涉67
補充
「位置－位移」圖形和「時間－位移」圖形的關係76
波的反射77
進階補充
運動方程式79
簡諧運動與sin函數81
正弦波的數學式和圖形83
駐波85
深入補充
以微分表示運動方程式87
運動方程式與簡諧運動87
波動方程式88
橫波的波動方程式91
縱波的速度與楊氏係數92
波動方程式的解93
重疊原理與波動方程式94
延伸問題95
第3章聲97
1. 聲波的基本99
2. 聲波的傳遞方式108
各種樂器的「時間－位移」圖形115
3. 聲波的駐波119
拍音130
補充
氣柱的空氣振動134
聲音的速度（聲速） 137
弦的橫波速度137
音階137
進階補充
聲速的公式140
音色與聲波的重疊141
開口端的修正143
深入補充
聲波的波動方程式143
聲速公式的推導146
氣體的位移和密度變化的關係147
第4章都卜勒效應149
1. 聲源移動時聽到的聲音151
聲源移動的都卜勒效應公式156
2. 觀測者移動所聽到的聲音159
觀測者移動的都卜勒效應公式163
補充
聲源和觀測者一起移動的都卜勒效應169
進階補充
斜向的都卜勒效應174
光的都卜勒效應176
震波176
第5章光波179
1. 波的干涉和繞射181
波相互增強與弱化的數學式187
2. 粒子與波191
繞射光柵所產生的干涉201
3. 萬物皆是波205
補充
波的能量與強度211
電磁波的傳遞媒介是什麼？ 211
進階補充
球面波212
球面波的干涉213
粒子性與波動性214
深入補充
波能量的公式215
正弦波的能量216
附錄A 單位
基本單位與導出單位217
倍數的表示記號與名稱218
分貝219
附錄B 數學的補遺
泰勒展開220
延伸問題（p.95）的解答222
索引227
序
前言
光、聲、波是我們身邊常見的自然現象。光和聲音都是波的一種，為了深入瞭解光和聲音，我們必須先理解波的基本性質。但是，波的概念不容易理解，波的運動不容易想像。在空間中擴展的波，會隨著時間怎麼變化？這並不是那麼容易描述。相反地，若能正確地掌握波的運動，即可瞭解波的性質。
因此本書利用漫畫圖解來說明。漫畫能夠生動地表現隨時間變化的運動，是非常獨特的表現手法。即便是波這麼複雜的運動，漫畫亦能說明得比教科書、教學影片清楚。
本書由漫畫和文章解說構成，僅閱讀漫畫的部分，你就能確實掌握高中物理程度的知識。重要的部分本書會反覆提及，加強讀者的印象。在完全理解之前，你可以反覆閱讀漫畫。本書列了許多數學式，對不擅長物理的人而言，或許會有點困難，但你可以大致瀏覽這些數學式就好。總之，希望你能反覆閱讀，多讀幾次，你不懂的地方便會漸漸豁然開朗。
文章解說的部分是給行有餘力的讀者、看完漫畫還想深入瞭解的人閱讀的。「補充」是高中物理的基礎解說；「進階補充」、「深入補充」主要是針對理組高中生、大學生。尤其是「深入補充」運用到微積分，所以較複雜。為了深入瞭解波，由運動方程式推導波動方程式、波的速率……這些數學上的理解是必要的。對這過程感興趣的人，請一定要閱讀「深入補充」。
最後，用漫畫表現光、聲、波是非常困難的。因此我要對以精湛的繪畫實力達到這個目標的深森小姐、負責製作編輯本書的TREND-PRO，以及歐姆社的同仁，致上最深的謝意。
光、聲、波是我們身邊常見的自然現象。光和聲音都是波的一種，為了深入瞭解光和聲音，我們必須先理解波的基本性質。但是，波的概念不容易理解，波的運動不容易想像。在空間中擴展的波，會隨著時間怎麼變化？這並不是那麼容易描述。相反地，若能正確地掌握波的運動，即可瞭解波的性質。
因此本書利用漫畫圖解來說明。漫畫能夠生動地表現隨時間變化的運動，是非常獨特的表現手法。即便是波這麼複雜的運動，漫畫亦能說明得比教科書、教學影片清楚。
本書由漫畫和文章解說構成，僅閱讀漫畫的部分，你就能確實掌握高中物理程度的知識。重要的部分本書會反覆提及，加強讀者的印象。在完全理解之前，你可以反覆閱讀漫畫。本書列了許多數學式，對不擅長物理的人而言，或許會有點困難，但你可以大致瀏覽這些數學式就好。總之，希望你能反覆閱讀，多讀幾次，你不懂的地方便會漸漸豁然開朗。
文章解說的部分是給行有餘力的讀者、看完漫畫還想深入瞭解的人閱讀的。「補充」是高中物理的基礎解說；「進階補充」、「深入補充」主要是針對理組高中生、大學生。尤其是「深入補充」運用到微積分，所以較複雜。為了深入瞭解波，由運動方程式推導波動方程式、波的速率……這些數學上的理解是必要的。對這過程感興趣的人，請一定要閱讀「深入補充」。
最後，用漫畫表現光、聲、波是非常困難的。因此我要對以精湛的繪畫實力達到這個目標的深森小姐、負責製作編輯本書的TREND-PRO，以及歐姆社的同仁，致上最深的謝意。
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