原创《质能方程否定了质量守恒定律和能量守恒定律吗》：本文是一篇关于能量守恒定律论文范文，可作为相关选题参考,和写作参考文献。
摘 要：质量守恒定律、能量守恒定律、电荷守恒定律是三大常用的守恒定律.爱因斯坦提出的狭义相对论质能方程表明,在核反应中质量的损失表现为能量的释放,这一结论是不是否定了质量守恒定律和能量守恒定律呢?本文就这一问题做一探讨,以解决学生的疑惑.
关键词：质能方程；能量守恒定律；质量守恒定律；矛盾
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）11-0036-3
1 问题的提出
能量守恒定律指出,在能量转换和传递过程中能量的总量恒定不变；质量守恒定律指出,在任何和周围隔绝的物质系统（孤立系统）中,不论发生何种变化或过程,其总质量保持不变；而爱因斯坦相对论动力学的一个著名结论是质能方程：E等于mc2,此方程表明物质的质量亏损对应着一定的能量损失.
问题一：在核反应中,能量是哪来的?释放之前是以什么能的形式存在的?根据爱因斯坦的质能方程,核反应前后,总质量有损失,可以根据质能方程算出释放的核能,难道是质量转化为能量了吗?
问题二：化学反应中会有能量的变化,而根据爱因斯坦的质能方程可知,能量的变化必然会有质量的变化,那为什么反应前后质量还守恒呢?
问题三：假设有一高温物体,质量为m ,放在低温环境中,该物体必然向外散热,辐射出能量,那么该物体的能量必然变少,根据质能方程,质量也会减少.但是,我们却认为,该物体的质量是守恒的,这怎样解释?
这些问题是否说明能量守恒定律和质量守恒定律是错误的?或者说不是普适定律?
2 守恒定律的科学表述
质量守恒定律、能量守恒定律、电荷守恒定律是自然界的三大守恒定律.
质量守恒定律是俄国科学家罗蒙诺索夫于1756年最早发现的.在化学反应中,参加反应的各物质的质量总和等于反应后生成各物质的质量总和,这个规律就叫做质量守恒定律,也称物质不灭定律.它是自然界普遍存在的基本定律之一.20世纪初[1],德国和英国化学家分别做了精确度极高的实验,结果表明,化学反应前后质量变化小于一千万分之一,这个误差是在实验误差允许范围之内的,从而使质量守恒定律确立在严谨的科学实验的基础上.同样的,在物理变化中物体的总质量也保持不变,如把糖溶解在水里,则溶液的质量将严格地等于糖的质量和水的质量之和.大量实验证明,不论如何分割或溶解,物体的质量具有不变性.
能量守恒定律也称为热力学第一定律[2],是指在一个封闭（孤立）系统的总能量保持不变.其中,总能量一般说来不只是动能和势能之和,而是静止能量（固有能量）、动能、势能三者的总量.能源在一定条件下可以转换成人们所需要的各种形式的能量.例如,煤燃烧后放出热量,可以用来取暖做饭；可以用来生产蒸汽,推动蒸汽机工作,将热能转换为机械能,推动汽轮发电机转变为电能,电能又可以通过电动机等用电器转换为机械能、热能等.所有能量转换都遵循能量守恒定律.能量守恒定律指出：“自然界的一切物质都具有能量,能量既不能创造也不能消灭,而只能从一种形式转换成另一种形式,从一个物体传递到另一个物体,在能量转换和传递过程中能量的总量恒定不变.”
对于中学生来说,在经典力学的范围内对质量守恒定律、能量守恒定律的内容是很容易理解掌握的.
3 质能方程的本质
在高中物理选修3-4第十五章《相对论的诞生》中讲到,爱因斯坦在1905年撰写的《关于光的产生和转化的一个启发性观点》论文中根据狭义相对论原理及洛伦兹变换,经过高等数学推导,划时代地导出了相对论动力学的一个著名结论——质能关系：E等于mc2.质能关系式从理论上预言了核能释放及原子能利用和 研制的可能性[3].在实际应用中,常用其变化量的表达式：ΔE等于Δmc2,质量亏损时,即当质量减少Δm,就意味着要释放出ΔE等于Δmc2的巨大能量,此式被称为改变世界的方程.
质能方程有三种表达形式 ：
1.E0等于m0c2,式中的m0为物体的静止质量,m0c2为物体的静止能量.中学物理教材中所讲的质能方程含义和此表达式相同,通常简写为ΔE等于Δmc2.
2.Ev等于mvc2,式mvc2为物体运动时的总能量,即物体的静止能量和动能之和.
3.ΔE等于Δmc2,式中的Δm通常为物体静止质量的变化,即质量亏损.ΔE为物体静止能量的变化.这种表达形式最常用,也是学生最容易产生误解的表达形式,难道是物质的质量转化为能量了吗?
相对论力学指出,物体有总能量,也有静止能量[4].粒子的总能量包含静止能量和运动能量.物体的静止能量是它的总内能,包括分子运动的动能、分子间相互作用的势能、使原子和原子结合在一起的化学能、原子内使原子核和电子结合在一起的电磁能,以及原子核内质子、中子的结合能等物体静止能量的揭示是相对论最重要的推论之一,它指出,静止粒子内部仍然存在着运动.一定质量的粒子具有一定的内部运动能量,反过来,带有一定内部运动能量的粒子就表现出有一定的惯性质量.在基本粒子转化过程中,有可能把粒子内部蕴藏着的全部静止能量释放出来,变为可以利用的动能.由此可见,在相对论力学中,能量和质量只不过是物体力学性质的两个不同方面而已.
爱因斯坦推导出质能方程之前,人们都认为质量和能量是两个概念,他们之间是没有关联的.质能方程所包含的,是关于原子核的反应过程中质量和能量的转换.在相对论力学中指出,物体以速度v运动时的质量m和静止时的质量m0之间有以下关系：
此式表明物体运动时的质量m总要大于静止时的质量m0.微观粒子的运动速度很高,它的质量明显地大于静止质量,在核反应中,这个现象必须考虑.
4 质能方程在更为宽泛的领域揭示了质量守恒和能量守恒的正确性
当一组粒子构成复合物体时,由于各粒子之间有相互作用能以及有相对运动的动能,因而,当物体整体静止时,它的总能量一般不等于所有粒子的静止能量之和,两者之差称为物体的结合能.和此对应,物体的静止质量亦不等于组成它的各粒子的静止质量之和,两者之差称为质量亏损,质量亏损和结合能之间有关系：ΔE等于Δmc2.由于在中学物理教材中,对此式的解释较浅,因此,有些学生就误认为,核反应过程中,质量不再守恒,且少掉的质量转化为能量了.
能量守恒定律论文参考资料：
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