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《浅谈爱因斯坦的质能方程的理解》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、浅谈爱因斯坦的质能方程的理解爱因斯坦质能方程是原子物理中的一个重点，也是一个高考热点。由于教材对质能方程的介绍并不多，许多同学试图从物质世界的传统认识角度来理解质能方程，结果造成对其理解上的一些错误。爱因斯坦质能方程E=mc2揭示了物质的质量和能量之间的关系：能量与物体的质量成正比，质量和能量不可分割地联系在一起。一句话，质量是质量，能量是能量，质量守恒，能量守恒。但学生在此有认识误区:误区一：由质能方程E=mc2,可推得AE=Amc2,这说明质量就是能量、质量可以转化为能量;误区二:关系式△E=△mc
2、2屮的质量亏损表明在核反应时质量不守恒;误区三:在核反应时常有光子释放，根据康普顿效应可知光子有一定的动量,有一定的质量，这与光子的质量数为零相矛盾。要搞清这些问题,就要理解爱因斯坦质能方程的含义。爱因斯坦质能方程E=mc2说明，当一个物体的运动质量为m时，它运动时蕴含的总能量为E。总能量E包括物体的动能和静能。在物体的运动速度不是很大时，动能Ek=(1/2)m0v2，m0是静止质量。静能E0是指物体静止时具有的总内能，包括分子动能、分子间的势能，使原子与原子结合在一起的化学能，使原子核与电子结合在一起
3、的电磁能，以及原子核内质子、中子的结合能，等等,E0=m0c2。所以E=mc2=EO+Ek。E=mc2说明了一个物体所蕴含的总能量与质量之间的关系。△E=Amc2说明当一个系统的质量变化了Am时，相应变化的能量为△E。一个系统的能量减少时，其质量也相应减少；当另一个系统接受因而增加了能量时,质量也有相应增加。AE=Amc2说明了一个物体质量改变,总能量也随之改变。两式含义表明，质能方程没有“质能转化”的含义，质能方程只反映质量和能量在量值上的关系,二者不能相互转化。对一个封闭系统而言，质量是守恒的，能量
4、也是守恒的。在物质反应和转化过程屮，物质的存在形式发生变化，能量的形式也发生变化，但质量并没有转化为能量。而质量亏损总是发生在系统向外辐射能量的情况下,系统能量减少,质量自然就减少了。当系统的质量减少Am时，系统的能量就减少了△E,减少的能量向外辐射出去了。减少的质量转化为光子的质量，减少的能量转化为光子的能量!在光子的辐射过程屮，具有能量E=hu，所以运动的光子具有一定的质量（运动质量）。光子运动的速度始终为c,E=hu=mc2,所以当一个光子的频率为u时，它的质量为hu/C2。以下为三个爱因斯坦的质
5、能方程的有关:＞」题1.（05北京）为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献,联合国将2005年定为“国际物理年”。对于爱因斯坦提出的质能方程E=mc2,下列说法屮不正确的是（）A.E=mc2表明物体具有的能量与其质量成正比B.根据AE=Amc2可计算核反应的能量A.一个质子和一个中子结合成一个氘核时释放能量,表明此过程出现了质量亏损B.E=mc2中的E是发生核反应中释放的核能答案⑼1.为确定爱因斯坦的质能方程△E=Amc2的正确性，设计了如下实验:用动能为E>0.60MeV的质子轰击静止的锂核37Li,生成两
6、个a粒子，测得两个a粒子的动能之和为E2=19.9MeV,已知质子、a粒子、锂粒子的质量分别取mp=1.0073u、ma=4.0015u、mLi=7.0160u，求：(1)写出该反应方程。(2)通过计算说明△E=Amc2正确。(lu二1.6606X10-27?K)解析：(1)核反应方程为:73Li+llH—224He(2)核反应的质量亏损：△m=mLi+mp-2ma=7.0160u+l.0073u-2X4.0015u=0.0203u由质能方程可得与质量亏损相当的能量：△E=Amc2=0.0203X931
7、MeV=18.9MeV而系统增加的能量：AE’=E2-E1=19.3McV这些能量来自核反应中，在误差允许的范围内可认为相等，所以AE=△mc2正确。2.—个电子和一个正电子对撞发生湮灭而转化为一对光子，设正负电子对撞前的质量均为m，动能均为Ek，光速为c，普朗克恒为h。求：(1)写出该反应方程；(2)对撞过程中的质量亏损△m和转化成的光子在真空中波长入。解析：(1)该反应方程为lOle+O-le-^y(2)由于光子的静止质量为零,所以质量的亏损为：Am二2m,由质能方程，对应的能量为：AE=2mC2根
8、据能量守恒可知2hv=2EK+AE，即有:2hc/入=2Ek+2mc2所以光子在真空中波长：X=hc/(Ek+mc2)
