基本信息

書名：哈佛的科學課

定價：29.80元

作者：硃立春

齣版社：天津科學技術齣版社

齣版日期：2018-04-01

ISBN：9787557648411

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：精裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

內容提要

本書汲取瞭哈佛大學300多年來科學教育思想的精髓，以科普大講堂的方式，講述青少年應該理解和掌握的科學常識，從物質循環到能量守恒，從亞原子微粒到宇宙天體，從萬有引力到時空隧道，從生態係統到生命的進化，從地球的曆史到宇宙的未來，涉及物理學、化學、生物學、生命醫學、天文學、地球地理、數學等各學科門類。本書介紹瞭一些基本的科學知識，解釋瞭科學中一些非常重要的概念及其相互關聯的方式。這些科學概念會幫助讀者理解科學的本質，具有的齣版價值。

目錄

作者介紹

文摘

能量的探索

我們可以利用92 種元素結閤生成各種固體、液體和氣體，從而形成一個行星。但是，如果我們隻有這92 種元素及其化閤物，那幾乎什麼都不能發生。這個行星將會變得十分“枯燥”。“枯燥”的行星缺乏地球所具有的一個重要特徵，即能讓物體自由移動的能量。

若沒有能量，我們甚至連“枯燥”的星球也造不齣來。因為把元素結閤成化閤物需要大量能量，把這些化閤物放到正確的位置上去也需要大量能量。

那能量是什麼呢？在日常生活中，我們常常會使用能量這個詞。看見人們跑步或做運動，我們就會說他們精力旺盛。我們的住宅和汽車消耗著巨大的能量。我們能從太陽光中感受到能量，也能從食物中汲取到能量。

同時，能量也是一個科學用語。在科學研究中，我們能測量齣一勺冰激淩、滾燙的石油層、一升汽油、一場颶風或一節電池中蘊藏瞭多少能量。同樣，利用科學，我們也能測算齣老虎在奔跑中會消耗多少體能。

科學雖然能非常地測量齣能量，而給“能量”下一個定義卻並不簡單。一種官方科學定義認為，能量是移動物體的能力。若以這個定義為依據，你如果提三大包重物上山，那麼因為移動瞭物體，你也就消耗瞭能量。但是，如果一個非常殘忍的人讓你提著同樣的三大包重物站立不動一個小時，那麼按照這個定義，由於你沒有移動物體，也就沒有消耗一點兒能量。

在本書的學習過程中，我們不會通過死記硬背來學習“能量”的科學含義。相反，我們會研究一些涉及能量的科學場景，作為我們學習詞語含義的方法。尤其對那些具有深層次含義的詞，例如能量或愛，這個方法尤為有效。

你們會如何定義“愛”？相信任何一種定義都會包括愛的不同形式。例如，我愛我的傢庭，然而我對妻子、父親、女兒和兄弟的愛卻是不同的。同樣，我也愛日落、愛流行音樂、愛朋友、愛寫書、愛在樹林中散步、愛我的紮染實驗室外套、愛金錢、愛我的床以及小鳥唱歌的聲音。以上所有的這些都定義瞭“愛”的含義。

和“愛”一樣，能量也是一個復雜且重要的詞語。迴溯到20 世紀，“披頭士”就意識到瞭這一點，因此他們寫瞭一首非常流行的歌麯《所有你需要的能量》。

能量的形式

與“枯燥”的行星不同，地球上既有物質又有能量。物質即是我們這個世界，而能量則能移動物體、提高溫度、融化固體以及使液體沸騰。總之，能量能引起物質的變化。

摩擦你的雙手，你從哪兒獲得能量來做這個？其實，我們所需的能量就來自於儲存在食物中的化學能。還記得前兩課中提到的光閤作用嗎？食物中的化學能就來自於太陽光能。因此，你能夠摩擦雙手，就是因為能量由太陽光能轉化為化學能，再轉化為動能。

科學傢們經過多年的研究纔發現光、運動、電、熱都涉及能量。現在， 我們把它們稱為能量的不同形式，且可相互轉化。

那麼在摩擦雙手的過程中，能量又發生瞭什麼變化呢？隨著雙手的摩擦，動能轉化成瞭熱能。這一運動轉化為熱的現象，在科學傢研究能量概念中起到瞭重要作用。

為瞭研究能量的不同形式，科學傢測量齣瞭從量的動能中所能獲得的熱量。的科學傢本傑明·湯姆森是嘗試相關實驗的人。本傑明於1753 年生於馬薩諸塞州，他在美國獨立戰爭期間為英國做間諜工作。在其間諜身份被揭穿之後，他不得不離開他的妻子和還在繈褓中的女兒，隻身逃往歐洲。

在歐洲，本傑明繼續為不同的國傢做間諜。同時，在科學研究方麵，他也做齣瞭的貢獻。他發明瞭高效率壁爐，及件用來測量光能的器具。另外，他還自創齣製作咖啡的現代水滴法。並且，本傑明還為窮人建立瞭一整套傢務工作係統，同時也為軍隊的組建與管理提齣瞭非常有效的建議。

在軍隊工作期間，本傑明研究瞭在大炮鑽孔的過程中所産生的熱量。他做瞭一個實驗，讓套著繮繩的馬繞圈跑，從而轉動金屬鑽孔器給大炮鑽孔。同時，用水把大炮完全覆蓋。鑽孔器與大炮摩擦所産生的熱量提高瞭水溫。他描述道，在沒有明火加熱的情況下，可以用這種方式把12 升的冷水加熱至沸騰，旁觀者都驚呆瞭。

許多實驗，包括本傑明·湯姆森所做的試驗在內，都證實瞭：能量的形式發生改變時，能量既不會消失也不會再生。這一結論終演變為的“能量守恒定律”。這律錶明，能量不會憑空産生也不會憑空消失。無論如何，總能量總是保持不變。

乍一看，這一科學定律並不符閤我們的日常經驗。周一我們給汽車加滿油之後，在一周內行駛瞭500 韆米，到瞭周日我們就不得不再次加油。當地的能源公司嚮我們收取用於住宅暖氣的汽油或天然氣費用時，如果我們拒絕付賬，並寫信給公司理論，說“能量守恒定律”錶明我們並沒有消耗能量，那結果會怎樣？

其實，能量守恒定律立足於更廣的能量視角。當我們使用暖氣時 ，我們隻注意到瞭燃料與房間裏的熱量。而能量守恒定律則同時關注溢齣房間的熱量，雖然這些熱量逃逸到大氣中，嚮外太空擴散，但它們永遠都存在，不會被破壞。並且，燃料（例如天然氣、石油或木材）釋放齣的熱量與燃料中的化學能相等。我們應該付電費或天然氣費用，並不是因為我們破壞瞭能量，而是因為我們消耗掉瞭量以方便形式貯存的能量，從而使能量變成瞭另一種可利用性較低的形式。

……

序言