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| 編輯推薦： |
1.以生活实例为切入点，激发孩子兴趣，物理学习变得轻松有趣
雨后为什么会有彩虹？黑色是不是一种颜色呢？飞机那么大那么重，是如何飞上天空的？……从贴近孩子生活的具体问题入手，结合有趣好玩的科学小实验，深入浅出地解开常见的生活现象背后的物理学原理，充分激发孩子的物理学习兴趣。
2.180 趣味小问题、小实验，培养孩子自主学习能力
180 启发性的问题设计，激发好奇心，帮助孩子理解和记忆物理知识；13个好玩的科学小实验，调动孩子对物理的兴趣，训练观察、动手等能力。
3.33个物理主题，好玩不枯燥
磁、电、光、引力、惯性、摩擦等33个主题，讲述温度与暖气片、磁铁和门铃、燃烧与汽车的行驶等日常不同事物之间奇妙的联系，展现物理改造人类生活的历程，帮助孩子建立起物理思维。
4.220 手绘图精彩演绎，物理知识变得简单直观
细致生动的手绘图，演绎原理的发生过程，透视机械的内部构造，使抽象复杂的物理问题，变得直观、简单，轻松培养孩子对科学的兴趣和探索精神。
5.中科院物理研究所研究员、科普作家罗会仟倾情推荐
作为不同空间、时间和能量尺度下的“万物之理”，物理学并不以深奥难懂著称，而是
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| 內容簡介： |
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从看到世界的第一眼，孩子们的小脑袋就不停地思索万事万物运转的秘密，比如雨后为什么会有彩虹？黑色是不是一种颜色呢？飞机那么大那么重，是如何飞上天空的？……这本物理启蒙书从贴近生活、孩子感兴趣的具体问题入手，结合有趣好玩的科学小实验，围绕物质、热、真空、磁、电、光、引力、浮力、惯性、振动、摩擦、声波等33个物理主题，深入浅出地解开常见的生活现象背后的物理学原理，构筑了一个完整的物理知识体系，展现了物理改造人类生活的历程，充分启发孩子对物理的兴趣。
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| 關於作者： |
步印科普研究组，一个由童书作家、教师、编辑、画师联手组成的团队。8名组员分工协作，童书作家敲定写作风格，专业人员核查、审定物理知识，插画师手绘插图，精心打磨方成此书。
本书插画，由毕业于伦敦艺术大学中央圣马丁学院的徐新蓉创作。她独具匠心的稚拙笔触，明快舒服的色调，奠定了本书轻松的氛围。从文字、插图，到设计，都在告诉孩子们：别怕，物理可以很有趣，而且可以很简单。
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| 目錄：
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许许多多的小东西固体、液体、气体热热的东西它有多热 为什么冰会浮在水面上 三个新名词空气也有质量磁铁 43比原子更小的东西 摩擦生电 发电机和电动机电池 电路 蒸汽火车其他机械 燃烧让汽车前进假设聪明人也会犯错有升必有落上浮还是下沉 方形水滴蒸发惯性火摩擦声音电话世界上最快的东西红橙黄绿蓝靛紫恒星是由什么构成的魔法盒子——收音机雷达和电视机科学精神
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| 內容試閱：
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21 方形水滴
你见过方形的水滴吗?
方形的水滴是不存在的。不存在的原因，正好也是钢针能浮在水面上的原因。
在水的表面上，似乎有一层薄薄的“皮”。这层“皮”有弹性，而且薄到看不见。这层“皮”不是橡胶做的，它也是一层水。只要你把钢针放在这层“皮”上，而不把“皮”戳破，钢针就能漂浮。这层有弹性的“皮”能把钢针给托起来。
想浮起一根针，最简单的方法就是把针放在吸水纸上，再把纸放在水面上。吸水纸吸饱了水就会沉底，针就留在水面上了。你也可以不用吸水纸，直接把针放在水上，但这么做，针就很难浮在水 面上。你很容易就会把水的“皮”戳破。
水仿佛长出了一层“皮”，是因为水的表面有一种力的存在。这种力有一个特殊的名字，叫表面张力。
表面张力的例子随处可见。观察一下吸管末端或漏水的水龙头下面的水滴，你会发现水滴在变大，直到变得太重了才会掉下来。水滴变大的过程很像小气球吹气变大，如果你往气球里装入水，薄薄的气球也会这么长大。顾名思义，表面张力就是作用在水的表面上的一种力，不管是上表面、下表面还是其他方向的表面，都会有这样的力。水盆里的水只有上表面，而下落的水滴在四面八方都有表面。表面张力也是水滴能停留在水龙头上一段时间的原因，当水滴的重量越来越大，大到足以克服表面张力的牵引时，水滴才会从水龙头上掉落下来。
把水洒在干燥的木桌上，水会四散开来，把木桌打湿。但如果桌面上沾了油或打了蜡，再把水洒在上面，水就不会打湿桌面了。这时，水就会聚集成许多小小的圆形水珠，或者摊成薄薄的一大片。在干净的桌面上，你几乎观察不到表面张力的现象，而在有油的桌面上，表面张力使水聚成球形，而重力又会把这些水珠压扁，最后形成像煎饼一样的形状。
而且没有哪滴水是方形的。从没有人见过方形的水珠。这是因为表面张力总是想要把水拉到最小的空间里。对于一定量的水（或者其他任何物体）来说，球形是占据空间最小的形状，所以雨滴永远是球形的，因为它表面的那层“有弹性的皮”——表面张力，会把它们拉成这种形状。
表面张力也是昆虫能凫水而行的原因。那些昆虫从来不会打湿自己的脚，因为它们都是在水的表面— 那层“皮”上走路的。
表面张力也让雨水不会透过帐篷的布料。帐篷的布料上其实充满了小洞，但为什么雨水不会透过这些小洞漏进帐篷里呢?很多去露营的人都想不通这个问题。下雨时，水滴的表面会把这些小洞盖住，所以水是漏不进去的。但如果你用手指揉搓布料，不管是在帐篷外面揉搓还是在里面揉搓，帐篷就该开始漏水了。揉搓的动作会弄破水滴的表面，让水经过小洞，穿透布料。所以你要是不想让帐篷漏水，就千万别去揉搓帐篷布。
有洞的咖啡罐盖子也会发生类似的事情。用钉子在盖子上戳几个洞，然后把盖子放在水上，它反而会浮在水面上，不会像漏水的船一样沉底。水的表面会盖住盖子上的洞，不让水流进盖子里。
那么，水的表面张力到底是怎么来的呢?理解表面张力最好的方式，就是去想象一下构成水的分子。在水中，水分子可以自由地移动，而且相互之间拥有很强的吸引力。这种吸引力主要来自分子里的电荷，而非引力。对位于水底的水分子来说，在同一个时刻，每个分子都会受到各个方向上的其他分子的吸引，作用在每个分子上的吸引力都是来自四面八方的，所以可以说，所有的吸引力达到了平衡，来自某一个方向的吸引力和来自其他方向的吸引力大小相同，所以分子在运动时根本感受不到任何吸引力。
但这种情况仅限于水面以下的水分子。位于水面上的水分子，只能受到其下方和周围的分子的吸引，上方是没有吸引力的，也就是说，这些水分子会被除上方以外的、其他方向的力吸引。因此，这些分子受到的吸引力就不平衡了，它们的运动也不能像水底的邻居一样自由和容易。当然，水面以上的空气中也有分子，但这些气体分子对水面上水分子的吸引远比水分子之间的吸引要弱，所以气体分子的吸引力可以不计。
正是这种来自下方和四周分子的吸引力，让位于表面的水分子产生了表面张力。
在沾了油或打了蜡的桌面上，油或蜡的分子吸引力不够强，不足以克服水分子之间的吸引，所以桌面不会湿。位于油分子和其他水分子之间的“水面”，依然被其他的水分子牢牢地吸引着。而有的东西能被水打湿，是因为它们的分子对水分子的吸引足够强，强到能克服表面张力了。
现在你可以理解为什么水会沿着棒子往下流了，即使棒子是斜着的也会。因为表面张力把水压在了棒子上。
表面张力也能解释为什么两股向下流动的水流最终会汇聚在一起。
表面张力的应用还有许多有意思的实例，比如说“水上浇油”。把油浇在水上，能让水的表面张力急剧减小。油的表面张力比水小很多，因为油分子之间的吸引力比水分子之间的吸引力小很多。你也许听说过有的船只在遇到风暴时船员的做法，他们会把油倒入水中以平息海浪。
把油倒进巨浪之中，确实能让风浪平静下来。当油让水的表面张力减小后，风浪就不能再卷得像以前那么高了。油会浮在水面上，并减小水的表面张力，因此水会有一种远离油层的趋势。水的表面张力会把水拉离油层，因为油的表面张力小于水的表面张力。这就好像一队胖子和一队瘦子拔河，结果可想而知，胖子队会把瘦子队拉向他们。想象一下，一个正好位于水面上，挨着油的水分子，它会被周围所有的水分子强烈吸引，而来自油层方向上的吸引力比较弱，所以自然地，这个水分子就会被拉离油分子。
也是由于这个原因，油会在水面上快速扩散。水面上的油可能会扩散到只剩一层分子那么薄的时候才会停下来，所以只要一点点油，就能起到很好的平静风浪的效果。即将沉没的船只为了保持漂 浮，会把携带的燃油排到水中。
通过把油排到水中，船只的命运得以保全，但人类的一个“敌人”很可能会因此死亡。这个“敌人”就是蚊子。当蚊子长大，长出翅膀之前，它们会经历一段幼年时光，那时，蚊子会头朝下，倒挂在水里，通过伸出水面的尾巴进行呼吸。如果你往水面上倒上油，水的表面张力就会变弱，弱到支撑不住倒挂着的蚊子幼虫时，这些幼虫就会沉入水底，溺水而亡。
水面上的油对不同的东西（比如船只和蚊子）来说有如此不一样的作用，想想也是挺奇妙的。
除了上面说过的这些，表面张力还有一个很重要的性质。拿一根细玻璃管，一头插入水盆里，你会发现水在玻璃管里爬升。玻璃管越细，水就爬升得越高，而且玻璃管里的水柱呈凹液面，就像一个盘子的形状。
这种水在玻璃管里爬升的现象也是表面张力作用的结果。具体来说，就是玻璃的分子对水分子有很强的吸引力，因此会把水给吸上来一段。由于玻璃分子围绕在水面四周，玻璃管内的水会受到一个指向玻璃管壁的拉力，把水面上的水分子拉向管壁，而已经接触到管壁的水分子无路可退，只好向上爬。这就是水柱向上升的原因。玻璃管越细，水面上的水分子和管壁的接触就越紧密，而且越细的水柱，在相同高度的情况下重量越轻，所以玻璃管越细，管内的水在表面张力的牵 引下爬升得就越高。
观察这种现象的细管不一定要用玻璃管。油会沿着灯芯爬升也是这个原因。浴巾比玻璃纸更吸水，是因为浴巾里布满了细小的孔隙，就好像一根根错综复杂的细管，能将水吸走。你身上的衣服吸干汗水也是这个道理。吸墨纸能通过表面张力将墨水吸进纸张内的孔洞中;接近地面的土壤能从地下吸水变潮;植物能从土壤中吸收水分，都利用了在细管中的表面张力。
“为什么没有方形的水滴?”这个问题现在听起来好像比开始更 有意义了。
24 火
在物理学中有一些问题，人们一直在探索答案。其中之一就是:火是什么?在问到这个问题之后，人们一般紧接着还会问:
为什么有的东西能够燃烧，有的东西不能?
为什么大部分物体燃烧释放出的火焰，在遇到风时会烧得更旺?
为什么蜡烛的火焰遇到风却会熄灭?
把蜡烛吹熄后，火焰去哪儿了?
为什么燃烧会发光?
为什么霓虹灯会发光?
为什么萤火虫会发光?
光到底是怎么“发”出来的? 然而，对于家长、老师，以及像我这样的图书作家来说，其中某些问题是难以回答的，虽然我们本该扮演着为人们解惑的角色。
我们每天都会接触到火，我们身边充满了光，但关于火和光，我们还有很多问题没有搞懂。而且，可惜的是，就算是我们已经搞懂的事实，解释起来也相当困难，可能就算我解释完了，你也不一定会比之前明白更多。其实我最想说的是:关于火和光的这一章太难懂了，咱们干脆跳过，不要讲了。
当然，我不会这么说的，我觉得这样不公平。毕竟，如果你能想出这些深奥的问题，那我就必须给你一个正经的回答，不能用“这些问题太难懂”来敷衍。我会尽最大的努力来回答这些问题。下面就开始了。
火是什么?这是我们提出的第一个难题。火到底是什么?
一般来说，火总是与这种化学元素一起讨论——氧，我们呼吸的氧气就是由氧元素构成的。氧气是一种无色、无味的气体，你看不见、也闻不到氧气，但氧气的量很大，空气中大约有五分之一都是氧气。
氧气很容易和其他化学元素结合。其实，几乎所有的元素在加热后，都能在氧气中燃烧。如果你在空气中加热一段铁丝，然后将铁丝插入充满氧气的瓶子中，铁丝就会开始燃烧，并发出耀眼的光。几乎所有东西都能在氧气中燃烧，除了极少数的几种气体，比如氦气和氮气，和极少数几种金属，比如金。铁、铜、铅都能在氧气中剧烈燃烧。有些东西在氧气中无法燃烧，比如几种岩石，因为在它们的内部，已经有不少氧元素了。
燃烧源于其他分子在受热分解后，再与氧气分子的结合。这些分解再结合的过程会释放大量的能量，这些能量会以光和热的形式被释放出来。燃烧时发出的光，来自于原子内部的电子。我们认为，每个原子都拥有特定数量的电子，围绕着原子中心分层排布，就好像洋葱一层一层的皮一样，而且电子在不同的层上会具有不同的能量。在某些情况下，电子能从靠内的层跳跃到靠外的层上，并在原本的层上留下一个空缺。但很快，来自外层的电子也会跳跃到内层来填补这个空缺。在出现这种情况时，朝原子中心方向跳跃的电子，其释放的能量就会变成光。我们目前所知的一切形式的光，都是由 电子跃迁制造的。
这个过程解释了光的产生。这也回答了我们的最后一个问题:光是怎么“发”出来的。但我们还没能回答出火是什么呢。让我们继续探索，我们已经接近答案了。
氧气与其他元素结合的过程可快可慢。一张纸燃烧时，其分子分解并与氧气重新结合的过程发生得非常快，但当一块铁生锈，或者一块木头腐坏时，其分子分解并与氧气重新结合的过程发生得非常慢。在这些过程中，氧气都是必需的，是氧气让纸张燃烧，也是氧气让铁块生锈，让木头腐坏的。
当这个过程发生得很快时，会有大量的热一次性全部放出。这些热量产生了可见的火焰，由于原子内大量的电子发生跳跃，所以也会发光。
不过，不管氧气结合的过程是快是慢，放出的热量都是一样多的。铁块生锈和铁块燃烧放出的热量相等。它们之间的区别只在于，铁块生锈时，热量要经过很长的一段时间才能完全释放，而铁块燃烧时，热量一下子就释放出来了。每天释放出一点点热量，和几分钟内释放全部热量，其实总量是一样多的。
那么，我们对于“什么是火”的回答是:火，就是氧气在快速地与物体分子结合时，你能看见的东西。
我已经尽全力回答了这些问题:什么是火?为什么燃烧会发光?以及，光是如何产生的？
接下来，再让我们看看为什么你在朝火焰吹气时，火会烧得更旺?为什么你却能把烛火吹熄?还有，你把火焰吹熄后，火焰去哪儿了?准备好了吗?
火焰能在空气中燃烧，是因为空气中有氧气。除了氧气，空气中还有一种气体，叫作氮气。氮气和氧气一样，无色无味，但氮气 和氧气不一样的是，氮气无法帮助燃烧。
增加氧气的量，火焰就会燃烧得更旺。当你向火焰吹气时，就给火焰带去了更多的氧气，额外增加的氧气让火焰的燃烧变旺了。不过，如果火焰很弱，比如烛火，那你很可能一口气就给它吹熄了。这是因为你吹的气带走了热量。没有足够的热量，蜡烛就不能燃烧。如果你把热量都给吹走了，蜡烛中的热量就不足以继续燃烧下去了。火焰熄灭后其实哪儿也没去，因为火焰熄灭仅仅代表着 燃烧过程，即氧气与物体结合的过程终止了。
最后的问题就是霓虹灯和萤火虫的问题。霓虹灯会发光，是因为有电流流过了霓虹灯的玻璃管。玻璃管里充有一种气体——氖（na?i）气。电流让气体原子中的电子发生了跳跃，进而发出了光。氖气霓虹灯发出的光是红色的，这是因为氖原子只能发出一种长波的光，而这种长波的光就是红色的。人们也会使用其他气体来制造霓虹灯，让灯光拥有不同的波长，从而呈现蓝色、橙色或其他颜色。 关于光的波长，我们会在后面讲到。
那萤火虫呢，萤火虫是怎么制造出光来的?原来，萤火虫的尾部有一个专门的发光器官，里面有一类发光物质叫荧光素，还有一类发光酵素叫荧光素酶，你可以把这两类物质想象成荧光棒里的发光材料。当需要发光时，萤火虫会打开尾巴表面的气孔，让空气进入体内，这样荧光素在荧光素酶的催化下就能与空气里的氧气发生化学反应，从而发出光来，当然，这种光也是因为电子的跳跃才产生的。别看萤火虫发出的光芒微弱，其实它们的发光本领很高，因为它们能将几乎全部的化学能量转化为光能，而普通的白炽灯只能把不到10%的电能用在发光上，剩下的都变成了没有用的热量释放掉了。后来，科学家模拟了萤火虫的发光原理，才制造出了节能荧光灯，大大提高了发光效率帮人们节省了很多电。
33科学精神
你相信书上写的每句话都是对的吗?
童话书当然另当别论，我指的是历史书、地理书或者物理书——比如这本书。
你还记得历史上的人们，只因为相信亚里士多德是个智者，就对他写在书里的话全盘接受吗?最终，伽利略站了出来，并用实验证明了亚里士多德的许多观点是错误的。
从伽利略的时代以来，所有的科学家都希望自己的观点能被实验证实。科学界不会再因为某个所谓的智者说过什么话，就相信某个观点是正确的了。科学家会首先用实验证明自己的观点，当一个观点经过了实验的证实，科学家才会相信这个观点是正确的。但是，如果后来的新发现或新实验的结果与他们认定的事实出现了分歧，他们就会说:
“这个观点已经不再符合事实，因此我们必须重新寻找一个与所有事实都相符的观点。”
看到了吧，科学家不会轻易相信他们听说的事情，或在书里读到的东西。
问题是，没有人能亲自把所有的观点和学说全部用实验证明一遍。在今天的科学世界中，定理和事实实在是太多了，没人能把它们全部学会。许多东西虽然未经证实，但人们也可以暂且认为它们是正确的。这没关系，只要你不要过于笃信就可以。
别说:“我愿意赌上性命，相信这个观点是正确的。”
要说:“我愿意相信这个观点是正确的，因为它听起来很合理。但如果我有证据，我会更加相信。”
这才是科学家做事的准则。
人们不可能为自己相信的所有观点都找到证据，所以只能选择相信在某个学科最有成就的人的观点。打个比方，如果一个人没有亲自去过埃及，他怎么会知道尼罗河里是不是真的有一种鲶鱼，天天翻着白肚皮游泳呢?他相信有，是因为有过对动物学深有研究的人说过，这种鲶鱼确实存在。我相信这种奇特的鲶鱼是存在的，虽然我从没亲眼见过。我相信，是因为最有可能见过的人写过这样的书。而且，除非有别的科学家真正去埃及，并说这种鲶鱼不存在，不然我会一直相信。但即便如此，我也不会拿上一万块钱去打赌这种鲶鱼一定存在，因为我没有证据。
这才是你对本书所讲物理知识该抱有的态度。
别像那些笃信亚里士多德，不肯相信伽利略的所谓“教授”们一样。也别像第一个发现长颈鹿的人一样，明明看到了，却说:“世界上没有这样的动物!”这些“教授”和这个发现长颈鹿的人明明有证据，却选择了无视，他们不愿意相信新的证据。
相信书中的合理观点，但同时也要对证据保持开放的心态。证据会告诉你书上的观点是对还是错。对于你在书中看到的、没有证据的观点，不要过分笃信。这样，你就学会了一个真正的科学家处事的原则，你就学会了真正的科学精神。
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