趙永誠(chéng)

〔關(guān)鍵詞〕 質(zhì)能方程；理解；守恒

〔中圖分類號(hào)〕 G633.7

〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕 Ｃ

〔文章編號(hào)〕 1004—0463（2009）

07（Ａ）—0043—０1

在校本研究活動(dòng)中，有些教師認(rèn)為，愛(ài)因斯坦提出的質(zhì)能方程是原子物理學(xué)中的一個(gè)重點(diǎn)，也是高考中的一個(gè)熱點(diǎn)。但由于教材對(duì)質(zhì)能方程的介紹并不多，當(dāng)其用經(jīng)典理論來(lái)理解質(zhì)能方程時(shí)，出現(xiàn)了這樣的結(jié)果：在核反應(yīng)中有質(zhì)量虧損，物質(zhì)消滅；有核能釋放，能量增加；在此過(guò)程中質(zhì)量變成能量，質(zhì)量、能量均不守恒等。其實(shí)，這些論點(diǎn)是完全站不住腳的。

要理解質(zhì)能方程，首先要搞清質(zhì)量虧損的含義，教材對(duì)質(zhì)量虧損的定義是：組成原子核的核子的質(zhì)量與原子核的質(zhì)量之差叫做核的質(zhì)量虧損。

對(duì)于質(zhì)能方程的理解，還需要了解質(zhì)量和能量之間到底存在何種關(guān)系，相當(dāng)一部分同學(xué)把質(zhì)能方程理解為質(zhì)量與能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系式，即質(zhì)量每減少（或增加）△m，就轉(zhuǎn)化為能量E，即增加（或減少）△mc2的能量。事實(shí)上，愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程并不表示質(zhì)量和能量之間的轉(zhuǎn)變關(guān)系。對(duì)質(zhì)量虧損，切忌不能誤解為這部分質(zhì)量轉(zhuǎn)變成了能量。質(zhì)能方程的本質(zhì)是：

第一，質(zhì)量或能量是物質(zhì)的屬性之一。質(zhì)量可以通過(guò)物體的慣性和萬(wàn)有引力現(xiàn)象顯現(xiàn)出來(lái)，能量則通過(guò)物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)變化時(shí)對(duì)外做功、傳遞熱量等形式顯現(xiàn)出來(lái)。質(zhì)能關(guān)系式揭示了質(zhì)量和能量是不可分割的，這個(gè)公式建立了這兩個(gè)屬性在量值上的關(guān)系，它表示具有一定質(zhì)量的物體也必具有和這質(zhì)量相當(dāng)?shù)哪芰?。自從質(zhì)能關(guān)系發(fā)現(xiàn)以后，有些物理學(xué)家錯(cuò)誤地解釋了這個(gè)公式的本質(zhì)。他們把物質(zhì)和質(zhì)量混為一談，把能量和物質(zhì)分開(kāi)，從而認(rèn)為質(zhì)量會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰浚簿捅硎疚镔|(zhì)會(huì)變成能量。結(jié)果是物質(zhì)消滅了，留下來(lái)的是轉(zhuǎn)化的能量。其實(shí)，這些論點(diǎn)是完全站不住腳的。所以決不能把物質(zhì)和它們的某一屬性（質(zhì)量和能量）等同起來(lái)。

第二，質(zhì)能方程揭示了質(zhì)量和能量的不可分割性。質(zhì)能方程建立了這兩個(gè)屬性在數(shù)值上的關(guān)系，在一切過(guò)程中，這兩個(gè)量是分別守恒的，能量轉(zhuǎn)化和守恒定律是一條普遍規(guī)律，質(zhì)量守恒定律也是一條普遍規(guī)律，并沒(méi)有發(fā)生什么能量向質(zhì)量轉(zhuǎn)變或質(zhì)量向能量轉(zhuǎn)變的情況。在核反應(yīng)中，質(zhì)量虧損并不是這部分質(zhì)量消失或質(zhì)量轉(zhuǎn)變成能量。事實(shí)上，根據(jù)愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論所建立的質(zhì)量觀，物體的質(zhì)量應(yīng)包括靜止質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，質(zhì)量虧損是靜止質(zhì)量的減少，減少的靜止質(zhì)量轉(zhuǎn)化為和輻射能量相聯(lián)系的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，輻射出的能量以光子的形式釋放，光子的靜止質(zhì)量雖然為零，但它卻有運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，而且這個(gè)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量剛好等于核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損，所以質(zhì)量守恒是成立的。當(dāng)發(fā)生輕核聚變或重核裂變時(shí)，核的總質(zhì)量會(huì)減少（即質(zhì)量虧損），同時(shí)釋放一部分核能。這些釋放的核能來(lái)自核子間的結(jié)合能，是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)化的體現(xiàn)，而不是由虧損部分的質(zhì)量轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的。故此過(guò)程中能量是守恒的。