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我为什么要学数学？

我为什么要学物理？

我为什么要学化学？

它们有什么用？

在课堂上学到的理科知识，到底和我们的生活有什么关联？本系列图书会告诉我们：在生活中，这些理科知识无处不在，学好它们非常重要。

本系列作者是来自相关学科的专家、教师，通过图文结合的方式、通俗易懂的文字，介绍关于数学、物理、化学等领域的一系列知识，教你善用学科知识改变生活！小读者们将在阅

读的过程中玩到欲罢不能，彻底激活理科潜能！

1 光线、光的反射和折射 

在完全漆黑的房间里能看见周围环境吗？ _ 003 

假如你变成透明人的话 _ 007 

棱镜、光线、光的折射 _ 014 

我们看不见的光 _ 020

2 热现象 

热量与温度有何区别？ _ 029 

超高温与超低温 _ 034 

加热五日元硬币，中间的圆孔会如何变化？ _ 046 

我们都穿着“空气衣服”_ 051 

人类梦想的永动机 _ 053 

3 质量、重力、浮力、密度、压力 

吃 1 千克食物体重会如何变化？ _ 065 

称一称空气的质量 _ 069 

万有引力与质量 _ 073 

为什么会有上浮与下沉？ _ 086 

1 千克的棉花与铁哪个重？ _ 097 

比萨斜塔实验是谎言？ _ 104 

被高跟鞋踩到比被大象踩到还痛？ _ 111 

喝果汁时的大气压 _ 117 

4 静电和电压 

静电与动电 _ 123 

油罐车的铁链毫无意义 _ 128 

用吸管进行的科学游戏 _ 136 

5 关于地球的物理学知识 

测量地球大小的方法 _ 143 

地球的时速是多少？ _ 151

小球落入贯通地球的洞中会怎样？ _ 156 

用杠杆撬起地球需要多少年？ _ 162 

1941 年的“放射性食盐”骚动 _ 165 

后 记 _ 175 

作者简介 _ 177

 (日) 左卷健男

日本法政大学教职课程中心教授。1949年出生于枥木县，毕业于千叶大学教育学系，后于东京学艺大学研究生院进修研究生课程（物理、化学和科学教育）。在初中、高中任教

26年后，于京都工艺纤维大学学术中心担任教授，2004年起任同志社女子大学教授。2008年起任现职。

著有《成人复习中学化学》《新高中化学》《新高中物理》《你不知道的水知识》等。

徐建烽 审校

新浪五星金牌教师、首师大附中物理高级教师，北京海淀区骨干教师，全国青年物理教师大赛二等奖，北京首届海淀区现场教学大赛一等奖。善于从浩瀚题海中发掘基本规律及通解通法，从复杂运动中把握物理学本质，教风亲切洒脱，诙谐幽默，广受学生欢迎。

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被高跟鞋踩到比被大象踩到还痛？

小球落入贯通地球的洞中会发生什么？

用杠杆撬起地球需要多少年？

欢迎阅读本书，从中你可以学到课堂上学不到的物理知识，有趣的故事、大胆的想象，让知识不再乏味，让你轻轻松松爱上物理！

作为一名专业从事物理教学的工作者，的心愿其实就是把自然科学像讲故事—样娓娓道来，让更多的人，特别是孩子们，了解科学的魔力与神奇，了解那些光怪陆离的现象后面隐藏的奥秘与原理，不需要高深的理论和复杂的推导，更没有晦涩的说教。

当我拿到这本书，如饥似渴地一气儿读完后，我坚定地写下：这就是我一直苦苦寻找的那本书，来得正是时候。

——徐建烽,首师大附中物理高级教师

书摘插图

在完全漆黑的房间里能看见周围环境吗？

为什么我们能看见东西？

我们的身体具备所谓的“五感”。其中的触觉（触碰时的感觉）、味觉（对味道的感觉）、嗅觉（对气味的感觉）、听觉（对声音的感觉）都是通过与对象直接接触而产生的感觉。

那么你是否思考过，听觉与视觉是如何与对象进行“接触”的呢？听觉是通过我们耳朵里的鼓膜感知物体振动时所产生的空气变化而形成的。那“五感”中剩下的“视觉”（看见的感觉）又是怎样实现的呢？

视觉，即使远离所看见的对象也能进行感知。这自古以来就被认为是不可思议的事情。古希腊的哲学家们也对所谓的“看见”有着深刻的思考。

为什么我们能够“看见”呢？终得出了两种结论。

一种叫作“光线流出说”。它认为是从我们眼睛中射出叫作“视线”的光，其接触到物体，从而形成了视觉。另一种叫作“光线流入说”。它认为是物体本身发出的光进入我们的眼睛，从而被我们看见。而“光线流出说”中所提出的“通过从我们的眼睛中衍生出类似触手的‘视

线’捕捉物体并返回”的想法，对于我们现代人来说，一定很奇怪吧。

但是，又要如何用“光线流入说”来解释如“巨大的山体发出的光是如何进入我们小小的眼睛，然后被清晰地缩小并呈现的”这样的问题呢？由于当时的人们还没发现镜头成像的原理，所以对此也感到无法理解。当时的人们还认为，巨大山体的光射进眼睛的话，由于眼中的光线太多，视线会变得十分混乱。

“光线流入说”终被确立，是因为人们后来明白了“光是沿直线传播的，并且能通过镜头的折射终投射在幕布上”的原理，而人眼中就有类似镜头、幕布等作用的

结构。

电影院中的光束

我们的眼睛是球状的结构，由起到类似镜头作用的眼角膜与晶状体，以及感知光线的视网膜等组成。

射入眼睛的光线，会通过眼角膜与晶状体后投射到视 网膜上。当我们看远处和近处的物体时，会通过改变晶状体的厚度来进行对焦。而投射在视网膜上的是一个倒立的像（上下颠倒的像）。视网膜上分布着很多的视神经细胞，其感知到光线后会通过视神经将这些信息传递给大脑。大脑对这些信息进行处理后，再将视网膜上的倒立像变换成正立像，这样我们才能看见物体。 

那么，假设有一间一尘不染的、没有任何光线的漆黑房间，在这样的房间里，我们能用眼睛看清楚周围的环境吗？ 

答案是不行的，无论我们怎么仔细地看也看不见任何东西。在完全漆黑的、没有光线的地方我们是看不见的。 

如果可以睁大眼睛看见一点的话，那就说明还是有一丝微弱的光线存在。 

做个实验吧，在白纸上戳一个细小的圆孔，然后蒙在手电筒上，这样就会从圆孔中射出一股细小的光束。将这股细小的光束横着放在眼睛前 1 厘米的位置，你能看见这束光线吗？ 

即使放在 1 毫米的近处我们也看不见它。因为如果想 要看见，就必须让光线射入眼睛才行。 

注意，之前我们在描述房间时提到了“一尘不染”。因为如果有尘埃的话，尘埃自身会将光线向着四面八方进行漫反射，其中有一部分光线就会进入我们眼中，我们就能看见光了。电影院中的光束之所以会被看到，就是因为这个原理。 

手电筒射出的光束照到墙壁后，我们能看见被光线照射的墙壁。这是因为墙壁会将光线反射到各个方向，而其中就会有光线进入我们的眼睛。

前言

我之所以写作这本书，是因为：物理是很有趣的！这也是我希望能在一开始就开门见山地告诉各位读者的事情。

物理是一门非常有趣且具有魅力的学科，它记述了世界上的一切事物，并且，我们身边的各种现象都与物理的思考及物理定律相关联。

本书中的内容取材自基础、基本的物理知识，是大部分人在学生时代所学过的初中及高中阶段的物理知识。很多人之所以对学校所教授的物理知识没有兴趣，就是因为其内容过于抽象、缺乏真实感，自然也就无法被理解。很多人认为这些知识与自己的生活及人生毫无关系，

只是用来应付学校的毕业考试而已。

我自己所学的专业就是小学、初中及高中初级的理科教育，原先也曾做过初中、高中的理科教师。我在当理科教师时的一个目标就是“希望当天的授课内容，能成为全家在一起吃饭时热烈讨论的话题”。

我觉得，如果理科的教学能让学生学而有所得、有所感，并开阔心胸……这样的效果才是好的。可以说，本书就是将我的这种想法，以文章的形式体现出来的一个结果。

透过科学，人们对不可思议甚至充满戏剧性的世界，一点点地加以解释和说明，一点点地打开自然科学世界的大门。虽然还有未知的领域存在，但是大部分已被人们所

认知。

作为理科教育的专家，就是希望能从这些已知的内容，甚至更为基础、基本的知识中取材，让读者们明白：你看，只要再前进一步，就能有新发现，这多么有趣，不是吗？

如果各位读者在读完本书后，产生了“这种情况是怎么回事”“那种情况又是什么原因”这样的新疑问，也许就说明我的尝试成功了。

例如，本书第 156 页提出的“小球落入贯通地球的洞中会怎样？”这样的问题，衍生出在伦敦—纽约之间开通真空管道列车的设想。在不考虑空气阻力、摩擦力等前提下，理论上仅靠重力是可以让列车行驶的。

希望读者们看了这部分内容后，也会产生类似“那样的话，真空管道列车已经可以投入实际运行了吗？”或者“短距离的话，列车在向高处行驶时也不需要牵引马达的帮助，或是引擎等驱动装置，成为只靠很少能量就能实现运行的交通系统”的扩展想法。

我今后也会将这些令人感动且让人内心丰富的理科知识继续深入地研究下去。

左卷健男