考试不提供,需记忆。
用途
Mass–energy equivalence 用于核物理(SPM 物理中五)。每一行运算都要带 SI 单位。 核物理
符号与 SI 单位
| 符号 | 含义 | SI 单位 |
|---|---|---|
| E | 释放的能量 | J |
| m | 质量亏损 | kg |
| c | 光速 | m s⁻¹ |
公式变形
m = E / c²c = √(E / m)
解题示例
常见陷阱
理解质能等价
爱因斯坦关系式 E = mc² 表明质量的变化会释放能量。其中 E 是释放的能量,单位焦耳(J);m 是质量亏损(消失的质量),单位千克(kg);c 是光速,3.0 × 10⁸ m s⁻¹。
这些量相关,是因为质量与能量是同一事物的两种形式;在核反应中,微小的质量损失以极大的能量重新出现,因为 c² 非常大(9.0 × 10¹⁶ m² s⁻²)。
移项时分离未知量:m = E / c² 由已知能量求质量亏损,c = √(E / m) 反求光速。由于 c 要平方,务必先把它平方再作乘除。
分步解题示例
在一核反应中,质量亏损 m = 3.0 × 10⁻⁴ kg 转化为能量。求释放的能量(c = 3.0 × 10⁸ m s⁻¹)。
运用 E = mc²,先把 c 平方:
c² = (3.0 × 10⁸ m s⁻¹)² = 9.0 × 10¹⁶ m² s⁻²。
E = mc² = 3.0 × 10⁻⁴ kg × 9.0 × 10¹⁶ m² s⁻² = 2.7 × 10¹³ J。
损失的质量极小,能量却达 27 万亿焦耳,显示质量中锁藏着多少能量。释放的能量为 2.7 × 10¹³ J。
常见错误与考法
最常见的错误是忘记把 c 平方,使答案小了 10⁸ 倍。另一错误是让质量停留在克或原子质量单位,而未先换算为千克。
第三是处理标准形式时错误地合并 10 的幂;把数字与指数分开处理。
在 计算 下,明确写出 c² 并代入带单位的数值以得到焦耳。在 定义 下,说明质量亏损是分离核子的总质量与核的质量之差。
在 解释 下,可能要求说明为何核反应每千克释放的能量远多于化学反应,这由 E = mc² 即可看出。
来源: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English), Sijil Pelajaran Malaysia: Format Pentaksiran mulai 2021, Fizik (4531) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)