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Mass–energy equivalence 公式,SPM 物理

公式:E = mc²。考试不提供,需记忆。

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Mass–energy equivalence
E = mc²

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 / c²
  • c = √(E / m)

解题示例

质量亏损 m = 2.0 × 10⁻³ kg 转化为能量(c = 3.0 × 10⁸ m s⁻¹)。 E = mc² = 2.0 × 10⁻³ × (3.0 × 10⁸)² = 1.8 × 10¹⁴ J。

常见陷阱

把 c 平方(c² = 9.0 × 10¹⁶)。m 是以千克为单位的质量亏损,须先从克或原子质量单位换算。

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。

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。

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)

作者 spmphysics.com.my 编辑团队.· 更新于 2026年9月5日

常见问题

考试会给这个公式吗?
不会。SPM 物理试卷不提供公式表,因此需要记住。
什么是质量亏损?
它是核子结合成核、或核裂变或聚变时看似消失的少量质量。那损失的质量通过 E = mc² 转化为能量。
为什么释放的能量如此巨大?
因为 c² 是 9.0 × 10¹⁶ m² s⁻²,一个极大的数。即使只有几分之一克的微小质量亏损,也能给出数万亿焦耳的能量。
在 E = mc² 中必须用什么单位?
质量用千克,光速用米每秒,能量便以焦耳给出。代入前把克或原子质量单位换算为千克。

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