物理如此简单：力学篇

《物理如此简单：力学篇》是适合全学段中学生进行严肃阅读的物理学科普读物，具有极高的科普及学习价值。全书以生活中“简单的直线运动”开篇，引领你科学评判龟兔赛跑这一经典问题；以“无处不在的力”引领你认识一个真实的、充满相互作用的世界。在书中遨游，你会理解“坐地日行八万里”的真谛，你会参透足球运动员一脚踢出的“美丽香蕉球”中蕴藏的空气动力学原理。《物理如此简单：力学篇》引领你的研究从直线运动到生活中形形色色的曲线运动；引领你的思绪从地面延伸到浩瀚的宇宙星空。宇宙的中心在哪里？跑多快可以溜出太阳系？我们为什么要去火星？你所关注的这些科学问题，都会在阅读本书的过程中得到一些有意义的启示。

张君可，北京市特级教师，中学物理正高级教师，北京市高中物理核心组成员，北京市高中物理名师工作室负责人。主持多项国家级、教育部、北京市教育科学规划课题。近5年在《物理》《中学物理教学参考》《物理教学探讨》《物理教学》《现代教育》等国内中文核心期刊发表10余篇论文；近5年主编《高考内参??物理》《高中物理读本》《典例教案》《物理探究》等多册教师教学指导和物理科普读物。

王超，中国科学院物理学博士，在《纳米尺度》（Nanoscale），《合金与化合物杂志》（Journal of Alloys and Compounds）等SCI及国内核心期刊发表10余篇文章，荣获4项发明专利。

宋艾晨，北京市朝阳区基础教育综合评价能力建设研究团队数据分析组成员，参与多项国家级、北京市教育科学规划课题。

《物理如此简单：力学篇》紧扣中学物理知识点，强化科学拓展与思维发散，让读者感受到生活中处处有物理，物理如此简单！为降低初、高中不同年龄段学生的阅读门槛，作者减少了大量数学公式的堆砌，力求用有意思的语言、生动的例子甚至是比喻来更好地阐述物理现象和原理。

《物理如此简单：力学篇》具有以下特色：

大道至简：深入浅出地剖析生活中的物理知识及原理；

可读性强：一边阅读科学家的趣味故事，一边品味物理规律的发现及其科学方法；

课内同步：以初高中物理知识为主线，对物理学科的知识进行分类拓展；

思维提升：开阔视野，总结规律，掌握方法，提升思维；

科学普及：既体现科普价值，浅显易懂，又有内容深化；

以史明理：渗透物理学史，体会一代代物理学家的思考方式；

民族自信：将物理学与中国的现代科技发展联系，增强民族自信；

解决问题：引导读者利用所学物理知识去解释生活中的原理，提升问题解决能力。

《物理如此简单：力学篇》以科学探究要素为线索设置了多个辅助栏目

【生活物理】生活处处皆物理

【科学实验】身边的物理实验

【科学探索】像科学家一科思考

【原来如此】揭开物理原理的神秘面纱

【思维拓展】回看物理学史，展望前沿科技

【科学中国】感受中国物理学成就

【小试牛刀】探索实践，提升思维

前 言

物理真的很难吗？其实物理可以很简单！物理学家坚信“自然的法则尽管无所不包，条例却很少”。物理学家坚信“物理世界是简单的，是可以被理解的”。如果你也能像物理学家一样思考，你会悟到：物理如此简单！

作为物理教师，我们经常会遇到学生恐惧学习物理的情况，甚至他们在还没有接触物理时就对这门学科的学习毫无信心。究其原因，很重要的一点是，当前的物理教学和学生的物理学习远远脱离了物理学科的本真。物理是自然科学领域的一门基础学科，作为自然科学的带头学科，物理学研究大至宇宙、小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律，因此成为其他各自然科学学科研究的基础。它是教人认识自然和理性思考的。庄子云：“判天地之美，析万物之理。” 这大概就是物理学和物理教育的真谛。

现在中学生对物理学科的学习大多沉浸于解题，知识的获得局限于有限的教材和门类繁多的教辅，使提高物理思维、形成物理观念、提升物理学科素养有很大的困难。这也导致一些中学生对物理形成了刻板印象，认为物理很枯燥，难学， 并没有感受到物理是对自然的描述，物理是最具简洁美的科学。生活中处处有物理，学习物理不仅仅是为了解题，更是为了解决实际问题；学习物理不仅仅是为了学习已知，更是为了探究和发现未知！

为避免科普宽泛、缺少物理知识内化的问题，我们紧扣中学物理知识点，强化科学拓展与思维发散，编写了系列图书。本系列图书分为三册，第一册《物理如此简单：力学篇》主要阐述生活中涉及的运动和力、功和能、动量、振动和波动等力学现象蕴藏的原理及应用；第二册《物理如此简单： 电磁学篇》主要阐述与日常生活、生产和科技发展息息相关的电场、磁场、电磁波、直流电路和交流电路等；第三册《物理如此简单：近现代物理篇》主要阐述热学、光学和量子物理基础等。

你手中这本有关物理学的书是严肃的，其中的每一个概念、思想、方法都是很多科学家经过细致严谨的实践研究获得的。作为编写者的我们并不是这些问题的发现者，我们能承诺的是书中的每一个知识点都有更为专业的物理学研究作为保障。在书写过程中，为降低初、高中不同年龄段学生的阅读门槛，我们减少大量数学公式的堆砌，力求用有意思的语言、生动的例子甚至是比喻来更好地 阐述。

为了让处于中学阶段的学生能够从更多角度认识物理学，本书以初、高中物理知识为主线，以内化物理原理、学习物理方法、培养科学思维为目标，充分考虑初、高中学生的思维特点，设置了多个板块分散到全书各个章节。

●“生活物理”从生活中的具体实例提出问题，激发思考。

●“科学实验”利用生活中的实验器材进行实验，用所学物理知识进行解释 和分析，将物理与生活紧密联系起来，让学生体会生活中处处是物理。

●“科学探索”引领学生像科学家一样思考，用科学的思维和方法探索未知。

●“原来如此”对“生活物理”中的问题给予解答并概括性地提炼和总结，从方法、能力等维度点拨，提升学生的科学素养，让学生豁然开朗，体会物理如此简单和有趣。

●“思维拓展”对中学物理知识进行拓展补充，发散思维。主要从物理知识 的深化以及量化、最前沿科技成果及应用、物理学史的发展等方面开阔学生视野，让其站在高处看物理。

●“科学中国”将中学物理知识与中国物理学发展融合在一起，让学生充分 认识中国的物理学成就，知道中国科学家在物理学的道路上付出的努力。

●“小试牛刀”给出生活中另外一些具有相同原理的案例，预留空间，鼓励 学生进一步深入学习并应用上述原理大胆尝试和实践。

物理是一种想象力，

你的想象力有多强，

你的物理世界就有多大。

物理是一种思维方式，

你的思维方式有多独特，

你就有多少种看待物理问题的视角。

物理如此简单，

打开书开始阅读吧！

编 者

2023 年5 月

目 录

第1章 简单的直线运动 1

第1节 如何科学评判龟兔赛跑的胜负？ 3

第2节 如何追上匀速前进的乌龟？ 8

第3节 用石头能测量比萨斜塔的高度吗？ 14

第2章 无处不在的力 17

第1节 嫦娥奔月后有什么变化？ 19

第2节 怕踩的乒乓球 24

第3节 为什么降雨的危害不如高空抛物？ 27

第4节 捏不碎的鸡蛋 31

第5节 难以置信的平衡术 36

第3章 运动的物体真给力 41

第1节 坐地日行八万里 43

第2节 为什么你带不动胖子？ 48

第3节 击打木人桩为什么手会疼？ 51

第4节 在电梯里测体重 54

第4章 优美的曲线运动 59

第1节 物体为什么会偏离原来的运动方向？ 61

第2节 怎样赢得铅球和标枪比赛？ 65

第3节 你会踢“香蕉球”吗？ 70

第4节 急转弯的路面为什么是倾斜的？ 76

第5节 “焦虑”的巴黎大炮 80

第5章 万有引力让宇宙不致散架 85

第1节 宇宙的中心在哪里？ 87

第2节 地球的运行轨道竟然不是圆 92

第3节 地球为什么会吸引苹果？ 98

第4节 跑多快可以溜出太阳系？ 102

第5节 我们为什么要去火星？ 107

第6章 探寻能量与动量的转换关系 111

第1节 为什么没有永动机？ 113

第2节 高空坠物的危害 117

第3节 弓箭中的智慧 122

第4节 通罗马的条条大路有区别吗？ 126

第5节 机械表中的能量艺术 130

第6节 汽车与足球碰撞出的火花 134

第7节 台球运动中如何击打白球？ 138

第8节 台球碰撞的不变量 143

第9节 童年的你差点造出火箭 147

第7章 波动带来的美丽世界 153

第1节 美丽的水波 155

第2节 地震带来的灾难为什么这么严重？ 158

第3节 如何利用超声波测速？ 161

第4节 深海潜艇如何看清物体？ 165

参考文献 169

“小试牛刀”参考答案 173

后 记 179