基本信息

书名：哈佛的科学课

定价：29.80元

作者：朱立春

出版社：天津科学技术出版社

出版日期：2018-04-01

ISBN：9787557648411

字数：

页码：

版次：1

装帧：精装

开本：16开

商品重量：0.4kg

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内容提要

本书汲取了哈佛大学300多年来科学教育思想的精髓，以科普大讲堂的方式，讲述青少年应该理解和掌握的科学常识，从物质循环到能量守恒，从亚原子微粒到宇宙天体，从万有引力到时空隧道，从生态系统到生命的进化，从地球的历史到宇宙的未来，涉及物理学、化学、生物学、生命医学、天文学、地球地理、数学等各学科门类。本书介绍了一些基本的科学知识，解释了科学中一些非常重要的概念及其相互关联的方式。这些科学概念会帮助读者理解科学的本质，具有的出版价值。

目录

作者介绍

文摘

能量的探索

我们可以利用92 种元素结合生成各种固体、液体和气体，从而形成一个行星。但是，如果我们只有这92 种元素及其化合物，那几乎什么都不能发生。这个行星将会变得十分“枯燥”。“枯燥”的行星缺乏地球所具有的一个重要特征，即能让物体自由移动的能量。

若没有能量，我们甚至连“枯燥”的星球也造不出来。因为把元素结合成化合物需要大量能量，把这些化合物放到正确的位置上去也需要大量能量。

那能量是什么呢？在日常生活中，我们常常会使用能量这个词。看见人们跑步或做运动，我们就会说他们精力旺盛。我们的住宅和汽车消耗着巨大的能量。我们能从太阳光中感受到能量，也能从食物中汲取到能量。

同时，能量也是一个科学用语。在科学研究中，我们能测量出一勺冰激凌、滚烫的石油层、一升汽油、一场飓风或一节电池中蕴藏了多少能量。同样，利用科学，我们也能测算出老虎在奔跑中会消耗多少体能。

科学虽然能非常地测量出能量，而给“能量”下一个定义却并不简单。一种官方科学定义认为，能量是移动物体的能力。若以这个定义为依据，你如果提三大包重物上山，那么因为移动了物体，你也就消耗了能量。但是，如果一个非常残忍的人让你提着同样的三大包重物站立不动一个小时，那么按照这个定义，由于你没有移动物体，也就没有消耗一点儿能量。

在本书的学习过程中，我们不会通过死记硬背来学习“能量”的科学含义。相反，我们会研究一些涉及能量的科学场景，作为我们学习词语含义的方法。尤其对那些具有深层次含义的词，例如能量或爱，这个方法尤为有效。

你们会如何定义“爱”？相信任何一种定义都会包括爱的不同形式。例如，我爱我的家庭，然而我对妻子、父亲、女儿和兄弟的爱却是不同的。同样，我也爱日落、爱流行音乐、爱朋友、爱写书、爱在树林中散步、爱我的扎染实验室外套、爱金钱、爱我的床以及小鸟唱歌的声音。以上所有的这些都定义了“爱”的含义。

和“爱”一样，能量也是一个复杂且重要的词语。回溯到20 世纪，“披头士”就意识到了这一点，因此他们写了一首非常流行的歌曲《所有你需要的能量》。

能量的形式

与“枯燥”的行星不同，地球上既有物质又有能量。物质即是我们这个世界，而能量则能移动物体、提高温度、融化固体以及使液体沸腾。总之，能量能引起物质的变化。

摩擦你的双手，你从哪儿获得能量来做这个？其实，我们所需的能量就来自于储存在食物中的化学能。还记得前两课中提到的光合作用吗？食物中的化学能就来自于太阳光能。因此，你能够摩擦双手，就是因为能量由太阳光能转化为化学能，再转化为动能。

科学家们经过多年的研究才发现光、运动、电、热都涉及能量。现在， 我们把它们称为能量的不同形式，且可相互转化。

那么在摩擦双手的过程中，能量又发生了什么变化呢？随着双手的摩擦，动能转化成了热能。这一运动转化为热的现象，在科学家研究能量概念中起到了重要作用。

为了研究能量的不同形式，科学家测量出了从量的动能中所能获得的热量。的科学家本杰明·汤姆森是尝试相关实验的人。本杰明于1753 年生于马萨诸塞州，他在美国独立战争期间为英国做间谍工作。在其间谍身份被揭穿之后，他不得不离开他的妻子和还在襁褓中的女儿，只身逃往欧洲。

在欧洲，本杰明继续为不同的国家做间谍。同时，在科学研究方面，他也做出了的贡献。他发明了高效率壁炉，及件用来测量光能的器具。另外，他还自创出制作咖啡的现代水滴法。并且，本杰明还为穷人建立了一整套家务工作系统，同时也为军队的组建与管理提出了非常有效的建议。

在军队工作期间，本杰明研究了在大炮钻孔的过程中所产生的热量。他做了一个实验，让套着缰绳的马绕圈跑，从而转动金属钻孔器给大炮钻孔。同时，用水把大炮完全覆盖。钻孔器与大炮摩擦所产生的热量提高了水温。他描述道，在没有明火加热的情况下，可以用这种方式把12 升的冷水加热至沸腾，旁观者都惊呆了。

许多实验，包括本杰明·汤姆森所做的试验在内，都证实了：能量的形式发生改变时，能量既不会消失也不会再生。这一结论终演变为的“能量守恒定律”。这律表明，能量不会凭空产生也不会凭空消失。无论如何，总能量总是保持不变。

乍一看，这一科学定律并不符合我们的日常经验。周一我们给汽车加满油之后，在一周内行驶了500 千米，到了周日我们就不得不再次加油。当地的能源公司向我们收取用于住宅暖气的汽油或天然气费用时，如果我们拒绝付账，并写信给公司理论，说“能量守恒定律”表明我们并没有消耗能量，那结果会怎样？

其实，能量守恒定律立足于更广的能量视角。当我们使用暖气时 ，我们只注意到了燃料与房间里的热量。而能量守恒定律则同时关注溢出房间的热量，虽然这些热量逃逸到大气中，向外太空扩散，但它们永远都存在，不会被破坏。并且，燃料（例如天然气、石油或木材）释放出的热量与燃料中的化学能相等。我们应该付电费或天然气费用，并不是因为我们破坏了能量，而是因为我们消耗掉了量以方便形式贮存的能量，从而使能量变成了另一种可利用性较低的形式。

……

序言