3小時讀通基礎物理：波動篇

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
 

序

　　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。