【新觀念伽利略1：物理】

前言 從五大領域了解物理學的世界 8



一、充分理解物體的運動

一旦開始運動就不會停止！ 12

汽車受力後得以加速 14

力的大小=質量×加速度 16

月球持續向地球墜落？ 18

太空站仍然受地球引力的影響 20

太空探測器靠持續往後噴出離子流來推進 22

能量的總和始終不變 24

若沒有摩擦力就無法行走 26

Coffee Break 看見蘋果落下而發現了萬有引力？28

發現「慣性定律」的伽利略與笛卡兒 30

可以輕鬆投出時速200公里的球嗎？ 32

重物和輕物在真空中會以同樣的速度落下 34

分段思考何謂「拋體運動」 36

緊急煞車時感覺到的力是什麼？ 38

帕斯卡發現的壓力原理 40

Coffee Break 回顧牛頓才思敏捷的「奇蹟年」 42



二、充分理解氣體與熱的活動

吸盤因大氣壓力的推擠吸附於牆壁上 46

氣體溫度來自分子的運動 48

飛機上零食鋁箔袋膨脹的原因 50

「熱」愛作「功」 52

焦耳揭露熱的真面目 54

有可能製造出不用燃料的永動機嗎？ 56

熱不可能全部轉化為功 58

「馬克士威惡魔」存在嗎？ 60

如何表示咖啡與牛奶混合的情形 62

Coffee Break 史上最高的溫度出現於宇宙之始 64



三、充分理解波的性質

光是「橫波」，聲音是「縱波」 68

為什麼救護車經過其鳴笛聲會變化 70

光在玻璃中的行進速度會變慢 72

若光不反射就看不見物體 74

肥皂泡看起來七彩斑斕的原因 76

聲音是怎麼產生的？ 78

聲波傳播時會繞過障礙物 80

電磁波是電子振盪所產生的波 82

Coffee Break 生前受到批判的都卜勒 84

地震主要會傳遞兩種波 86

拍打到海岸上的波浪很不可思議 88

波在相撞後會疊合再恢復原狀 90

為什麼凸透鏡可以將物體放大成像 92

Coffee Break 地震時容易搖晃的建築物 94



四、充分理解電與磁的作用

相似的電與磁 98

智慧型手機發熱的原因 100

電流會產生磁力 102

移動磁鐵時電會流動 104

電動機利用磁鐵與電流發動 106

關係密切的「電壓」、「電流」及「電阻」 108

家用電為何是「交流」電 110

高效傳輸電力的聰明機制 112

馬克士威完成了「電磁學」 114

Coffee Break 磁鐵無論從何處切開都具有N極與S極 116



五、從微觀物理到最尖端物理

能看見遠處的光，是因為光的「波粒二象性」 120

為什麼陽光可以發電 122

原子中的電子位於何處？ 124

何謂「既是粒子也是波」 126

原子核中充滿巨大的能量 128

質子和中子為什麼不會散開 130

原子僅由3種基本粒子組成 132

完成量子論的科學家們 134

愛因斯坦顛覆常識的思考 136

物理學的歷史就是「力的統一」 138



附錄 十二年國教課綱自然科學領域學習內容架構表 140



【新觀念伽利略2：量子論】



一、「量子論」究竟是什麼？

量子論是微觀世界的物理法則 10

微觀世界與巨觀世界 12

相對論與量子論是自然界的兩大理論 14

理解量子論必須知道的兩大重點 16

量子論會完全顛覆你原有的常識！ 18

量子論說明了宇宙誕生的瞬間 20



二、兼具波動與粒子性質的神奇現象

電子及光既是波動也是粒子 24

波動究竟是什麼？ 26

光和波動其實是同一種東西 28

光的顏色不同是因為「波長」不同 30

「光是波動」所無法解釋的現象 32

光也具有粒子的性質 34

光究竟是波動？或是粒子？ 36

Coffee Break 夜空中的星星、晒黑的皮膚，與光的關係 38

探究原子真正的樣貌 40

正電會集中於原子的中心 42

把電子換成光來思考 44

電子在軌道上以波的形態存在 46

電子在軌道上移動的機制 48

Coffee Break 量子論的效果是肉眼看得見的？ 50



三、認識量子論最重要的「狀態共存」概念

一個電子可以共存於箱子的左右兩邊 54

電子的波動性質終於真相大白！ 56

一旦進行觀測，電子的波動就會縮為一點 58

「電子的波動」是怎樣的波？ 60

電子會「分身」同時存在於各個地方 62

「觀察前」為波動，「觀察到的瞬間」變為粒子 64

一個電子會通過兩道狹縫 66

Coffee Break 連愛因斯坦也對量子論抱持懷疑 68

歧異最大的量子論詮釋 70

「半死半活的貓」存在嗎？ 72

在微觀世界中，一切都變得曖昧不明 74

電子的位置與運動方向無法同時確定 76

量子論建構了對於真空的新認知 78

Coffee Break 未來已經決定好了？ 80

跟鬼魂一樣？電子竟然能穿過牆壁！ 82

因穿隧效應導致的原子核衰變 84

太陽會發光都要歸功於穿隧效應！ 86

空間之中交疊著許多的「場」 88

Coffee Break 無中生有 90



四、用量子論探討自然界的謎團

量子論扮演了物理學與化學的橋樑 94

量子論清楚解釋了週期表的意義 96

量子論也解釋了原子結合的機制 98

量子論也說明了固體的性質 100

量子論也可以解釋力的機制 102

下一階段的目標是發展「量子重力論」 104

Coffee Break 宇宙是「弦」構成的？ 106

透過量子論探討宇宙的起源 108

其實有很多個宇宙同時存在!? 110

用量子論的觀點解釋為何候鳥不會迷路 112

量子論的效應也顯現在光合作用上？ 114

Coffee Break 宇宙中的一切說不定都是「幻影」 116



五、應用了量子論的最新技術

以量子論為基礎的「原子鐘」準確度不同凡響 120

「雷射」也是量子論的產物 122

因量子論而有重大突破的半導體

已是當今社會的必需品 124

用「量子開關」打開保險箱！ 126

次世代的運算機器「量子電腦」 128

量子電腦擅長哪些運算 130

無法監聽偷窺！「量子密碼」將成為資安的關鍵 132

Coffee Break 雖然傳統卻可靠的「弗納姆加密法」 134

令人感到不可思議的「量子纏結」現象 136

世界各國都在緊鑼密鼓開發量子論的應用技術 138



附錄 十二年國教課綱學習內容對照表 141