高中物理如何正确理解“质能方程”人教版

如何正确理解“质能方程”
陈云彩
江苏省高邮市车逻中学（江苏 高邮225606）
1、问题的提出
在谈到结合能和质量亏损时，有的人误认为，当核子组成原子核时，有质量亏损，放出结合能的过程中是质量变成能量，这是对质能方程的一种误解。

2、对质能方程的正确的理解
辨证的唯物主义告诉我们，一切物体都在运动，运动是物质存在的惟一形式。

一种形式的能量对应一种形式的运动，物理学用能量来量度物质的运动，质量来量度物质的惯性，它们从不同的角度来描述物质。

爱因斯坦质能关系恰好揭示了质量和能量彼此间的联系。

互成简单的正比。

一定质量的物质，蕴含一定数量的能量。

即使一个相对观察者静止的粒子，内部仍然存在着运动，因而具有一定的内部运动的能量，即静止能量。

质能方程中，质量是相对意义上的质量，不是传统意义上恒定不变的牛顿质量。

当一组静止粒子构成复杂物质时，由于各粒子之间存在相互作用，以及有相对运动，整体的静止能量不等于各粒子的静止能量之和，两者之差称为物体的结合能，即与此相对应，物体的静止的质量亦不等于组成它们的各粒子的静止质量之和，两者之差称为质量亏损，所以质量亏损与结合能之间的关系为2mc E ∆=∆
质能关系的增量形式揭示了物质的运动形式可以相互转化，物质在反应或转化过程中，静止能与可利用能发生转化，同时，静质量与动质量也发生了相互转化，但这并不是能量与质量间的转化。

因为物质没有被消灭，因而描述它们的质量、能量仍各自守恒。

但学生常常从牛顿力学的质量来理解，认为核反应中亏损的质量转化成了能量。

把质能关系误解为质量变为能量的关系，动摇了物质不灭思想。

学习质能方程要使学生对质量和能量的认识获得一次质的飞跃，初步树立相对论质能观。

例如，一个负电子和一个正电子相遇发生湮灭而转化为一对光子，即e 01- +e 01 γ+γ
此过程，电子的静质量全部转化为 光子的动质量，但总质量仍保持不变，同样电子的静止能转化为光子的可利用能，总能量守恒。

相反的过程也能发生，能量超过1.02Mev 的光子穿过铅板时会产生电子—正电子偶，即γ e 01-+e 01，光子和电子的相互转化。

不仅表明光子和电子有着深刻的联系，同时也说明了质量和能量是一个不可分割的辨证整体
对质量亏损和质能方程的理解：在核反应中仍遵守质量守恒和能量守恒的规律，核反应中的质量亏损，并不是这部分质量消失或质量转变为能量，物体的质量应包括静止的质量和运动的质量，质量亏损是指静止的质量的减少，减少的静止质量转化为与辐射能量相联系的运动质量。

另外质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子的总数是不变。

3、质能方程是一个普遍适用的规律
质能方程在计算核能的时候才出现，这给学生一种暗示，认为质能关系只适用于原子核一类微观对象，教师要让学生明白，质能关系是物质的基本关系，质能方程是一个普遍适用的规律，无论是微观世界还是宏观世界，质能关系都适用，但是我们通常只要质能增量关系 来计算核能，这并不是说其他体系不适用。

这是因为其他体系的物质内部的作用远没有像核子间作用那样强大。

因此，系统变化时的相对质量亏损极其微小，可以忽略不计。

所以在化学反应或其他的变化中，我们一般不考虑质量亏损。

这和研究微观问题时不考虑万有引力作用的道理是一样的。

参考文献 郭硕鸿，电动力学。

北京，高等教育出版社，1993。