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推薦序 3D理化遊樂場導覽

• 第0章　走進大門——遨遊理化世界
  0-1　為什麼該學理化？
  0-2　科學的研究步驟
  0-3　做實驗最常犯的錯誤
  0-4　精確的度量
• 看動畫‧學理化動畫
  0-1：正確用燒杯加熱的方法動畫
  0-2：正確稀釋硫酸的方法動畫
  0-3：正確的酒精燈點火方法
• 第1章　廚房——物質的分類與變化1-1　物質的變化
  1-2　純物質與混合物
  1-3　物質三態
• 看動畫‧學理化動畫
  1-1：水的三態實驗動畫
  1-2：酒精的蒸發實驗
• 動動手‧動動腦
• 第2章　噴水池——水
  2-1　水的密度
  2-2　水溶液
  2-3　水汙染
• 看動畫‧學理化
  動畫2-1：水的密度測量實驗
  動畫2-2：水的體積變化實驗
  動畫2-3：食鹽溶於水實驗
• 動動手‧動動腦
• 第3章　熱氣球——空氣
  3-1　空氣的組成
  3-2　氧氣
  3-3　二氧化碳
  3-4　空氣汙染
• 看動畫‧學理化
  動畫3-1：空氣的成分實驗
  動畫3-2：氧氣的製造與收集實驗
  動畫3-3：二氧化碳的製造與收集實驗
  動畫3-4：二氧化碳的不可助燃實驗
  動畫3-5：二氧化碳的判別實驗
  動畫3-6：空氣汙染
• 動動手‧動動腦
• 第4章　紀念品店——元素與週期表
  4-1　元素
  4-2　常見的元素
  4-3　原子與分子
  4-4　週期表
• 看動畫‧學理化
  動畫4-1：磷與硫的分子結構
  動畫4-2：水分子的形狀
• 動動手‧動動腦
• 第5章　積木館——原子與化學反應原子
  5-1　原子結構
  5-2　原子量與分子量
  5-3　莫耳化學反應
  5-4　化學反應的現象
  5-5　氧化與燃燒
  5-6　化學式與反應式
  5-7　粒子觀點
  5-8　反應速率與化學平衡
• 看動畫‧學理化
  動畫5-1：原子模型
  動畫5-2：質量守恆定律實驗
  動畫5-3：鈉與銅的燃燒反應實驗
  動畫5-4：冰、水、水蒸氣的結構
  動畫5-5：甲烷的立體模型與燃燒
  動畫5-6：溴水的可逆反應實驗
• 動動手‧動動腦
• 第6章　魔術館——電解質
  6-1　電解質
  6-2　酸與鹼
  6-3　酸與鹼的濃度
  6-4　酸鹼中和
  6-5　電流的化學反應
  6-6　電鍍
• 看動畫‧學理化
  動畫6-1：電解質的導電實驗
  動畫6-2：氯化氫的噴泉實驗
  動畫6-3：酸鹼中和實驗
  動畫6-4：水的電解反應實驗
  動畫6-5：硫酸銅水溶液的電解實驗
  動畫6-6：電鍍實驗
• 動動手‧動動腦
• 第7章　彩虹球池——碳化學
  7-1　有機化合物
  7-2　常見的有機化合物
  7-3　聚合物
  7-4　皂化
• 看動畫‧學理化
  動畫7-1：原油的提煉
  動畫7-2：常見有機化合物的結構
  動畫7-3：聚氯乙烯的結構
  動畫7-4：清潔劑的去汙原理
• 動動手‧動動腦
• 第8章　田徑場——直線運動
  8-1　時間
  8-2　路徑與位移
  8-3　速度
  8-4　加速度
• 看動畫‧學理化
  動畫8-1：單擺的週期測量實驗
  動畫8-2：等加速度運動實驗
• 動動手‧動動腦
• 第9章　拔河館——力
  9-1　力是什麼？
  9-2　力的測量
  9-3　兩力平衡
  9-4　浮力
  9-5　壓力
• 看動畫‧學理化
  動畫9-1：力的效應實驗
  動畫9-2：彈簧秤的兩力平衡實驗
  動畫9-3：水與酒精的浮力實驗
  動畫9-4：噴泉實驗
  動畫9-5：馬德堡半球實驗
  動畫9-6：托里切利實驗
• 動動手‧動動腦
• 第10章　蹺蹺板——力與運動
  10-1　兩力的合成
  10-2　力矩與槓桿原理
  10-3　牛頓第一運動定律
  10-4　牛頓第二運動定律
  10-5　牛頓第三運動定律
• 看動畫‧學理化
  動畫10-1：引體向上的力合成實驗
  動畫10-2：加利略的慣性定律實驗
  動畫10-3：慣性定律實驗

動動手‧動動腦

繪圖及圖片來源

　　什麼是理化？理化就是物理與化學的合稱。大多數人聽到這物理、化學，難免心中一驚。有些人因為在校時受過「學習傷害」；有些人則認為這兩門學科高深莫測，不容易懂。其實物理與化學所要學的對象，就隱藏在我們日常生活中。以往大家都覺得理化不容易學，這是因為過去的教育注重知識的灌輸，而缺少實際觀察與動手的機會，《3D理化遊樂場I、II》編寫的目的，是要把理化與生活常識連接起來，輔以3D實驗動畫，讓以往學習上的困難與盲點一掃而光，希望每一位讀者，逛完《3D理化遊樂場I、II》後，都能真正理解理化的各項學理，而不是只背了一大堆的名詞。

0-1　為什麼該學理化？
　　如果你有正確的理化知識，那麼你一定是聰明的消費者，理性的公民，最重要的是，你也有潛力成為具有強烈好奇心的快樂現代人！舉例來說，某家洗車業者的招牌上寫著：「一般洗車100元」旁邊另一家洗車業者的招牌寫著：「水分子洗車120元」，一定會有消費者誤以為，水分子洗車與一般洗車是不一樣的，但是稍懂理化常識的人就知道，所有的水都是由水分子構成的，水分子洗車並沒有什麼特別，當然沒有理由要加價囉！社會上的公民，如果人人都能理性思考，那騙徒就無所遁形了！
　　其實理化說穿了，就是研究、了解大自然以及弄明白物質與能量的科學。為了分門別類，有系統理解大自然現象，所以把理化分成物理與化學這兩大基礎學科。其中的物理學，主要是探討自然界裡包括聲、光、熱、電以及力等主要領域的科學，而化學則是含蓋了物質的結構、組成、特性、變化，以及物質間之反應的科學。
　　你可以拿起本書附上的光碟片瞧瞧，若在光線的反射下細細觀察，一定會發現它的表面有五彩繽紛的燦爛條紋。但是，你是否知道這片重量不到20公克的光碟，當初在工廠製造時，是由第一片母片開始，先由工程師利用物理及化學方法蝕刻成60億個坑洞，並在光碟上排成螺旋環狀，然後經過反覆數次翻模，最後把原料射入模型中，才能製造出大量與母片有一模一樣坑洞的塑膠片。接著，還要在上面覆蓋金屬（金、銀、銅或鋁）薄膜，你看到的光碟片如果是銀白色的大多是鋁膜，如果是金色黃的大多是銅膜。而金屬薄膜上還要再覆蓋塑膠，最後再背後印刷標題與圖案，才變成你手上這片光碟。如果你把它輕輕的放入光碟機中叫出檔案，裡面可以儲存約3億個中文字，相當於一套百科全書。
　　為什麼會如此神奇？其實光碟片上每一個坑洞的高低，都代表著不一樣的信號，這些信號組合起來，就可定義為特定的顏色、音頻或是文字，所以當光碟機用雷射光束去掃瞄這些坑洞，並透過機器解讀這些訊號所代表的意義，就能把空洞記號還原成情節精采的電影、旋律動聽的歌曲，或者是感人的文章。
　　當然只要像打鑰匙一樣，照著光碟上面的坑洞依樣蝕刻，就可以輕易複製出一模一樣的產品。如果要大量壓製光碟，更要經過上述製模、壓製等過程，每一個步驟都涉及物理與化學的原理，其中涉及的材料如塑膠、鋁箔或銅箔等更是化學家深入研究後才選擇的物質。

　　這些日常生活隨手可得的材料，處處都蘊藏著理化的原理，精采無比！

　　現在，你是不是做好熱身，準備與我們一起遨遊這神奇的知識殿堂了呢？

0-2　科學的研究步驟
　　在正式進入學習的階段之前，必須先學會蹲馬步的基本動作，也就是熟練科學研究的三步驟：觀察、假設與實驗。如果研究科學的方法或態度不正確，很可能會得出似是而非的答案，所以對任何簡單的理化現象，都不可輕易遽下結論。
　　例如夏天午後天氣很悶熱時，老人家往往會說：「快下雨了！」因為這是老人家累積了多年的觀察得到的經驗，所以往往很準確。但是你可不要倒因為果，認為是因為天氣悶熱才導致下雨，其實是因為天空的水蒸氣凝結成雨的過程會放出熱，才會導致氣溫上升。接下來就來好好討論這科學研究三步驟。

做觀察：
　　這是科學研究最基本的功夫。科學家會透過敏銳的觀察力，來解開自然界奧祕。傳說中，牛頓（Isaac Newton, 1642-1727）因為觀察到蘋果從樹上掉下來，而發現萬有引力定律。而所謂的觀察，又可細分為定性觀察與定量觀察兩種。例如「水是液體」、「冰是固體」這類的觀察，不涉及數值，就是定性觀察。而定量觀察則必須包含數字與單位，例如「水加熱至100℃時會沸騰」、或是「100 c.c的水，質量是100公克」，這些都是屬於定量觀察。

提出假設：
　　在觀察之後，接著就要針對觀察到的現象提出可能的解釋，在還沒有經過實驗證實之前，一切的理論都還是處於假設階段。

做實驗：
　　有了假設之後，接下來就要設計實驗，來驗證並支持假設的成立。如果實驗推翻了假設的可能性，就必須重新回到前一個步驟，提出新的假設。

　　一般而言，唯有透過仔細的觀察與思考，加上實驗，才是學好理化的不二法門。

陳偉民、林金昇、江彥雄 （摘自本書第0章）