《魔鬼物理学》系列丛书是一套针对青少年及成人读者的物理学普及读物。这套丛书包括三本：《魔鬼物理学1：隐藏在日常生活背后的物理学知识》《魔鬼物理学2：迷人又有趣的量子力学》《魔鬼物理学3：超级英雄故事里的物理学》，分别从日常生活、流行文化、漫画英雄的角度解释了人们熟悉的物理学原理，比如牛顿定律、电磁感应、热力学定律等。这套书告诉你，原来，物理世界不仅有黑洞、引力波、相对论、希格斯玻色子，还有电动牙刷、薛定谔的猫、超人和蝙蝠侠。

本书是该套丛书的第一本，由詹姆斯·卡卡里奥斯著，主要从日常生活中随处可见的电子设备出发，讲述我们身边的物理学。这本书告诉你，学物理不只是背公式、建模型、做习题；物理世界不只有黑洞、引力波、相对论、希格斯玻色子……电动牙刷、导航仪、冰箱、飞机等背后也隐藏着奇妙的物理学原理。

《柯克斯书评》、《书单》、《华尔街日报》、《出版人周刊》好评推荐！

学物理难道不只是背公式、建模型、做习题吗？不一定！我们生活中常见的电子设备也可以是学习物理知识的工具。你以为物理世界只有黑洞、引力波、相对论、希格斯玻色子吗？错！电动牙刷、导航仪、冰箱、飞机背后也隐藏着奇妙的物理学原理。

电动牙刷是如何充电的？导航仪是如何准确定位的？冰箱为什么能制冷？飞机为什么能在天上飞？这些你想过或者没想过的问题，这些物理老师可能也答不上来的问题，你都能在詹姆斯·卡卡里奥斯著的这本《魔鬼物理学（1隐藏在日常生活背后的物理学知识）》里找到答案。

其实，电动牙刷的充电原理与电磁感应有关，导航仪通过计算信号的传输时间和速度来定位，冰箱的制冷原理与蒸汽散热的原理正好相反，飞机能够飞起来主要归功于机翼的特殊设计……

从早晨的第一缕阳光射进你的房间，到结束繁忙的一天关灯入睡，恍然间你会发现自己就置身于一个奇妙的物理世界中。生活中常见的电子设备都可以成为我们学习物理知识的教具，就这样，你的生活与物理学紧紧联系在一起。

物理学并不只是抽象的公式和名词，它更是你日常生活的一部分。

第1章 起床啦！

第2章 开车进城去！

第3章 看医生

第4章 去机场

第5章 坐飞机

第6章 做商业报告

第7章 留宿酒店

致谢

注释

图片说明

你乘坐电梯来到公寓大楼的地下车库，走向自己的汽车——一辆油电混合动力汽车。你的钥匙扣上挂着一个无钥匙遥控器，只要按下按钮就可以打开锁住的车门。进入汽车以后，你在方向盘前坐好，发动汽车向车库出口开去。在车库出口处，你减慢车速，一个传感器识别出你车中的电子钥匙，自动为你打开了车库门。

从本质上来看，汽车是一种把势能转化为动能的机器。在内燃发动机中，势能表现为化学能，这种能量储存在汽油分子中。在电动汽车中，势能来自电化学电池。而油电混合动力汽车既装有内燃发动机，又配有电动机1，这种汽车的设计目标是将两种能源的优势最大化，同时让其劣势最小化。燃油汽车加满一箱油后可以跑很远的距离，但这种汽车的每公里油耗指标不理想，还会产生有害气体。电动汽车则更加环保、高效，但是每次充满电后的行驶距离有限，因为其电池的能量密度较低。如果只考虑正常情况下的驾驶需求，汽车只要装一个小型发动机就可以了（这样的发动机在油耗方面效率更高）。但是，如果车辆需要在高速路上加速或者爬陡坡，小型发动机将无法为车辆提供足够的动力。上述情况虽然不常有，但却是驾驶者可能遇到并且必须应对的重要情况，因此，为了让这种更小、更高效的发动机在特殊情况下仍能产生足够的动力，油电混合动力汽车把以电池供能的电动机作为次要能量来源。这样一来，油电混合动力汽车不仅靠更高效的发动机降低了每公里油耗，而且还不用付出牺牲加速性能的代价——因为在车辆加速的时候，电动机可以起到辅助作用。

然而，站在一名物理学家的角度看，每辆汽车都是靠电能驱动的。不管让车轮转动的能量来自那里，从本质上来看，电动汽车、燃油汽车，甚至是靠蒸汽机驱动的古董车，它们的能量归根结底都来源于电。

在正常情况下，原子是电中性的（既不带正电荷，也不带负电荷）。然而，电中性的原子是不能和其他电中性的原子形成化学键的。如果我们让两个原子靠得非常近，它们的电子旋转轨道就会发生重叠。带负电的电子会互相排斥，使得两个原子彼此远离并且各自独立。要想让两个原子结合在一起形成一个分子，就必须克服这种排斥力，因此必须找到一种额外的吸引力来抵消电子之间的排斥力。原子间的所有键都依赖于电所产生的吸引力，这种吸引力能让两个原子保持“在一起”的状态。在一个汽油分子中，原子之间的键叫作“共价键”，共价键通常来说非常牢固，想让共价键断裂，就必须施加相当大的能量。当汽车发动机中发生燃烧反应时，汽油分子的碎片会重新组合起来，由于共价键的强度很大，所以这个过程会释放出相当大的能量。

还有一种化学键叫作“离子键”，电池中储蓄的能量就来自离子键。如果原子所带的电子数目比正常数目少或者多，原子就变成了“离子”。在一个“阳离子”中，绕原子核运动的带负电的电子数目少于原子核中带正电的质子数目。如果电子的数目大于质子的数目，我们就会得到一个“阴离子”。电池是一种靠离子来产生电压的设备。一个典型的电池可以让离子在两个金属棒之间移动2（这两个金属棒被称为“电极”或者“终端”）。电池的两个电极通常都浸泡在某种液体中，这种液体可以是酸性的（比如硫酸），也可以是碱性的（通常是氢氧化钾），它使电池一极上的原子带上电荷，从而形成离子。如果我们选择适当的金属作为电极，再选择合适的化学液体，就可以让带负电的离子堆积在一个电极处，而让带正电的离子堆积在另一个电极处。我们在液体中放置一个起分隔作用的挡板，让离子待在相应的电极处，并防止阳离子与阴离子在液体中互相结合放电。当我们用一根导线把电池的两极连在一起时，导线两端的电势差使得导线中的电子远离电池的阴离子极，而流向阳离子极。于是，这根导线中就产生了电流。我们可以利用这种电流来做机械功，比如驱动一个电动机。

P31-33

不管你想了解漫画书中的超能力的奥秘，还是想了解日常生活中隐藏的科学原理，物理学都是所有答案的核心。这本书用物理定律来解释我们周围的世界，你很难找到比这本书更棒、读起来更令人愉快的书了。

——肖恩·卡罗尔，加州理工大学物理学家、畅销书作者

我知道，有许多你挚爱的设备正主导着你每天的生活。想想看，如果你能理解这些设备的工作原理，生活将变得多么丰富。读完这本书以后，你可能会惊奇地发现，即使是日常生活中普通的电子设备，比如智能手机和全球定位系统，也要依赖于现代物理学的知识才能工作。在这本迷人、有趣又浅显易懂的书中，你将迎来一个新世界。

——劳伦斯·克劳斯，Origins Project负责人，畅销书作者

从头到尾，这本书生动地介绍了许多主导我们日常生活的物理学原理,这些原理决定了我们如何与他人互动，也决定了我们如何与周围的世界互动。在这本书中，卡卡里奥斯再次找到了普通读者和物理学之间的共鸣点。这一次，卡卡里奥斯深刻地向我们展示了物理学原理是如何让现代生活成为可能的。

——《柯克斯书评》

这本书能让读者产生一个全新的认识：原来在我们熟悉的日常生活的表象之下，是科学在为我们服务。此外，这本书还从历史的角度介绍了许多人类世界的科学新发现。我们的世界曾经依赖于蒸汽机来驱动，但当时我们对蒸汽机工作原理的了解微乎其微。而现在，我们的世界越来越依靠一个伟大的工程创新——半导体——来运作。这本书将带你踏上一趟迷人的探索之旅，在这次旅程中，你将看到许多日常生活背后隐藏的科学。

——《书单》

这本书提供了一桌科学的饕餮盛宴……你会不时地发出感叹：“原来是这样！”

——《华尔街日报》

这本书清晰地描绘了日常设备中隐藏的炫酷科技，如果读者学过中学物理，阅读体验将会更好。

——《出版人周刊》