趙永誠

〔關(guān)鍵詞〕 質(zhì)能方程；理解；守恒

〔中圖分類號〕 G633.7

〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕 Ｃ

〔文章編號〕 1004—0463（2009）

07（Ａ）—0043—０1

在校本研究活動中，有些教師認(rèn)為，愛因斯坦提出的質(zhì)能方程是原子物理學(xué)中的一個重點(diǎn)，也是高考中的一個熱點(diǎn)。但由于教材對質(zhì)能方程的介紹并不多，當(dāng)其用經(jīng)典理論來理解質(zhì)能方程時，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；在此過程中質(zhì)量變成能量，質(zhì)量、能量均不守恒等。其實，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。事實上，愛因斯坦的質(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)量可以通過物體的慣性和萬有引力現(xiàn)象顯現(xiàn)出來，能量則通過物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)變化時對外做功、傳遞熱量等形式顯現(xiàn)出來。質(zhì)能關(guān)系式揭示了質(zhì)量和能量是不可分割的，這個公式建立了這兩個屬性在量值上的關(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)哪芰俊Ｗ詮馁|(zhì)能關(guān)系發(fā)現(xiàn)以后，有些物理學(xué)家錯誤地解釋了這個公式的本質(zhì)。他們把物質(zhì)和質(zhì)量混為一談，把能量和物質(zhì)分開，從而認(rèn)為質(zhì)量會轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰浚簿捅硎疚镔|(zhì)會變成能量。結(jié)果是物質(zhì)消滅了，留下來的是轉(zhuǎn)化的能量。其實，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。

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屬性在數(shù)值上的關(guān)系，在一切過程中，這兩個量是分別守恒的，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。事實上，根據(jù)愛因斯坦狹義相對論所建立的質(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)動質(zhì)量，而且這個運(yùn)動質(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，核的總質(zhì)量會減少（即質(zhì)量虧損），同時釋放一部分核能。這些釋放的核能來自核子間的結(jié)合能，是物質(zhì)運(yùn)動形式轉(zhuǎn)化的體現(xiàn)，而不是由虧損部分的質(zhì)量轉(zhuǎn)化過來的。故此過程中能量是守恒的。