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也说质能方程魏自成 湖北省十堰市郧县第一中学 442500摘要：自从进入工业革命以来，能源就成了人们关注的焦点问题，随着生活水平的不断提高，对能源的需求逐渐加大，面对常规能源的不断减少，人们开始研究开发新能源，这其中就包括核能，它有着常规能源不可替代的优势，且储备丰富，核废料易于处理。那就要对核反应进行研究，如何安全，高效的利用核能。作为原子能利用的重要依据质能方程，它给人们指明了一套研究计算核能的方法。关键词：衰变，核能，质能方程，质量亏损原子核的衰变，人工转变，裂变和聚变，这四种核反应无一例外地伴随着核能的放出或吸收。在原子核物理的研究中，往往需要计算核能，那么如何确定和计算呢？那就要对质能方程有所了解，在中学物理教材中，有关这方面知识的介绍很肤浅，且教纲要求为B级，考纲为级，引不起教师的重视，通常是一扫而过，但在相关问题的解释时会陷入似是而非的困境，本文打算做以简要剖析。一、 质能方程的表达形式。爱因斯坦相对论指出：物体的能量与质量之间存在着简单的正比关系，即：E=mc2在某一物理现象或过程中，物体的能量增大，质量就增大，反之就减小。物体静止时，质能关系式表达为E0=moc2. mo为物体的静止质量，E0为物体静止能量，这正是高中物理教材中所指的情况，那么物体静止能量究竟由哪些组成呢？它就是物体静止时总的内部能量分子运动的动能，相互作用的势能；原子与原子相结合的化学能；原子内核与电子相结合的电磁能；原子核内核子间相互作用的结合能。物体静止能量的揭示是相对论的一个重要推论，它指出静止粒子内部仍存在着运动，一定质量的粒子具有一定的内部能量，反过来，带有一定内部能量的粒子，就表现出有一定的惯性质量。物体以速度v运动时，质能关系式表达为E=mc2,m为物体的运动质量，与静止质量mo,，速度v满足那么mc2就应该是物体运动时的总能量，它又是由哪些组成呢？做以下计算：E=mc2=c2 当vM0，则E0，表时此反应放出能量。当复合物分解成各组分粒子时，MO，则E0表明此反应吸收能量。 对m=-M0式两边同乘以c2mc2=c2-M0c2参照前式可得：E=mc2这就是质能方程的另一种表达形式，其实也是E=mc2的微分形式，利用频率较高。它表明物体吸收或放出能量时，必伴随着质量的增加或减少。这里E不仅表示机械能的改变，也可表示因物体吸热、放热或辐射光子等所引起的能量变化。如原子弹爆炸时，这三种能量改变同时存在。二、 质量与能量的关系质能关系式在原子物理和基本粒子物理中被大量实验很好的证实，它是原子能利用的重要依据。在经典力学中，质量和能量之间是独立的，但在相对论力学中质能关系式把作为惯性量度的质量和作为运动量度的能量有机联系起来，在物质的反应或转化过程中，物质的存在形式变化了，它的运动形式也会发生变化，例如0介子衰变为两个光子的过程，存在形式由介子到光子,运动形式由静止到运动。不能因反应过程存在质量亏损，就说质量转化为能量，质量亏损只是静止质量的减少，减少的静止质量转化为与反应过程中体系增加动能相联系的运动质量，只是物质存在形式的变化，总质量仍守恒。在02r的衰变过程中，不能因为光子的静止质量为零，就说0介子的质量消失，而是转为两个光子的运动质量。具有一定静止质量的物质，在特定条件下可以衰变为总静止质量较小的物质系统，在该过程中，原来物质的静止能量部分或全部变为末态物质的动能。我们知道，质量的转化与守恒是物体系统运动过程中最基本的规律，通常质量守恒是在低速条件下的静止质量守恒，高速情况下，静止质量与运动质量相互转化。如光的辐射过程，实际上是系统的结合能（Mc2）转变为辐射能的过程，辐射系统质量的相应减少，表明它的一部分静止质量转化为光子的运动质量而已。质能方程表明，质量与能量是不可分割而联系着的，任何物质系统可用质量m来