质能关系zhineng guanxi

物体的总质量与其总能量之间的关系，用公式表述为E=mc²，称质能关系式。式中E表示物体的总能量，m表示物体的总质量，c为光在真空中的速度。质能关系是爱因斯坦在1905年提出的狭义相对论的一个重要结论，核物理及粒子物理的大量实验充分证实其正确性。狭义相对论提出，对于某一参照系，物体的总质量m=m₀+m_k，式中m。为物体的静止质量，它是与物体运动无关的恒量，m_k为物体由于运动而具有的质量，称为动质量，它与物体运动速度有关。总质量m又称相对沦质量，在某一惯性坐标系S中它与静质量m。之间关系为m=mo/式中c为光在真空中的速度，v为物体在s
系中运动的速度。该式表明，由于相对论效应，物体运动时，其总质量随速度增大而增大。物体的动质量m_k显然，该式只对速度很大的物体才有意义。因为当v<k≈0,m≈m_o，此时物体的总质量m可看作与运动速度v无关的一个恒量，这便是经典力学的情况。按照质能关系，E=mc2=(mo+mk)c²＝m_oc²十m_kc²＝E_o+Ek，式中Eo=m_oc²称为物体的固有能量（也称为静止能量）;Ek=m_kc²称为物体的动能。由质能关系可得出下面结论：
❶一个质量勾m的物体，必定联系着mc²的能量. 一个能量为E的物体，必定联系着E/c2的质量。物体所蕴藏的不论哪一种形式的能量增加了，其质量也必定增加。由于任何物体具有的质量和能量之间只差一个普适常数——真空中光速的平_方(即m与E之间存在着严格的正比关系)，所以物体的质量和它所蕴藏的能量可以互相量度。据此，在核物理及粒子物理学中，常把质量的单位和能量的单位取得相同。这样，光子的静质量为零，电子的静质量为(0.511 003 4±0.000 0014)兆电子伏，质子的质量为(938.279 6±0.002 7)兆电子伏。现在实验发现最重的粒子质量约为95600兆电子伏。
❷一个物体的总质量m发生了△m的变化，则必伴随着有能量的变化△E，根据质能关系式E=mc²，再根据光速不变原理，可以得刮关式式△E=△m^c2，此式称为质能亏损关系式，即能量的改变和质量的改变成正比，它是质能关系的又一种表述。
❸因为，所以，在速度不太大时(v《c)，便得到经典公式Ek=1/2m。v²。
用实验检验质能关系是通过测量能量（及质量）的转化过程来实现的。在核反应中，这种差别明显地表现出来。在重核裂变和轻核聚变等的核反应中释放出巨大的能量，非常精确地证明了质能关系的正确性。例如：在镭衰变过程中，其质量变化量△m=226.025 36u-226.020 133u=0.005 227u(u为原子质量单位，1u=1.660 32×10^-27千克)。根据爱因斯坦质能关系式△E=△mc²，得△E=0.005 227×1.660 32×10^-27×(3×10⁸)²焦=4.868兆电子伏。实际测得镭衰变时放出的α粒子的动能也恰为4.868兆电子伏。由于任何静止的物体的一定质量都包含着与其相应的静止能量，镭衰变过程就是把它亏损的这部分静止质量所联系的能量以α粒子动能的形式释放出来。值得注意的是，质能关系仅仅表明质量和能量之间具有一定的数量关系，而绝不能说质量就是能量，或能量就是质量，也绝不能认为质量可以变为能量或能量可以变为质量。事实上，在任何过程中，质量和能量都各自守恒。质量和能量都是物质运动的基本属性，是不可分割的。
质能关系的发现的重大意义在于人们用这一关系解释质量亏损时，发现了原子核内蕴藏着巨大的能量（结合能），从而看到了利用原子核能的可能性和重要性。

质能关系

从核能层次揭示的实物的质量和该质量所代表的能量的相互关系。直到20世纪初，根据相互独立的能量守恒原理和质量守恒原理，人类还没有认识到质量和能量是可以相互转化的。1906年，爱因斯坦根据原子核反应实验过程中出现物质质量亏损、同时爆发出巨大能量的事实，大胆提出了E=MC²这个质能关系式。其中E为能量，M为质量，C为光速。如果参与核反应的物质质量减少M，它就按此式转化为巨大的能量E。这个式子与后来原子核反应的所有实验事实相吻合。质能关系为原子核物理学和核能利用提供了理论基础、预示了原子能时代的到来。由于人类目前利用的主要能源煤炭、石油等都是非再生的，所以解决未来人类能源需求的根本出路之一就是开发利用核能，因而质能关系的重大意义将会越来越突出地显示出来。