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wantcm
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#1 【原创】今天给一个中学生小朋友写的科普文章

……………小朋友的提问………………
E=MC2与质量守恒定律是否矛盾？

爱因斯坦有一个著名的质能方程（如题），揭示了如果想要放出热量，就要有一定的质量损耗。这一过程是否像化学能转化为内能的过程？但如果是，那放出能量的过程中一定会有质量损耗，只不过非常微小（因为光速的平方是一个很大的乘数），那又怎么会存在质量的守恒呢？应该是能量守恒而不是质量啊！

我现在很迷惑：1.如果用是否生成新物质来判断，核反应它也确实属于化学变化啊。
2.我绝对不接受因为损耗的质量过小，中学的教科书言之凿凿地说质量绝对守恒。我迷惑的是，放出的热量从哪来？如果不是通过损耗质量得来，那所谓的化学能又到底是什么？
我在学校不可能问老师这个问题，老师会疯。
拜托各位！！！！！！！！！！！
………………我的回答………………
我上中学时得过物理奥林匹克竞赛国家级一等奖，当时的课本我觉得太简单，就提前接触大学课本，所以我上中学时也困惑过，但是很快就找到了答案。

1.化学变化的前提是原子不变，产生的新物质指的是参加反应的物质的分子发生变化，也就是原子重新组合。无论你是化合反应，置换反应，还是分解反应，无论生成的是化合物还是纯净物，原子都是不变的。

而核反应直接把原子核改变了，连化学变化的基本条件都满足不了，所以不是化学变化。

质量守恒的前提是没有能量的转化。

只要是产生能量的反应，无论是化学反应还是核反应，都有质量损耗，只是普通的化学反应损耗的质量微乎其微，根本无法测量。所以宏观上，可以近似的视为：化学反应没有质量损耗，即质量守恒在常规状况下成立。

根据质能方程E=MC2，1克的质量损耗可以产生90000000000000焦耳的能量，普通的化学反应和能量传递也就是几千焦耳到几十万焦耳之间，利用质能方程反推，质量的变化只有几万亿分之一克，除了理论可以推导，根本不可能测量出来。

2.化学能说白了，就是电子的能量转化的，这能量包括动能和势能。原子核外的电子是绕核做不规则的圆周运动，电子的运动速度都差不多，接近于光速，所以电子的动能差别不大，差别大的只有势能。每个原子的运动半径是不同的，势能有高有低，运动半径大的势能也大，理论依据有强相互作用，万有引力定律，圆周运动定律，具体的推导方法可以参考宇宙速度的推导方法。

化学反应产生了新物质，可以理解为产生了新的分子。化学反应的过程，就是打破原来的分子，把原子重新搭配的重组过程，重组时原子核带正电荷，会吸引其他原子的核外电子，而它自己的电子也被其他原子核吸引，这样就造成电子的圆周运动发生变化，如果这种变化是电子获得更多势能，运动半径就增大，那么这就是吸热的化学反应，相反的话则是放热反应。

分解反应大多是分子中的原子互相之间吸引力下降，从而降低对核外电子的控制，所以要吸热。化合反应则产生了更加致密的新分子，对电子的控制能力更强，把电子的势能转化成了热能，所以是放热反应。

化学反应的能量转化不是无限的。毕竟原子核不改变，核外电子虽然改变了势能，但是电子本身的属性也不改变。所以说在宏观上能量没有守恒，化学反应产生了新能量，但是在微观上能量是守恒的，核外电子的势能转化成了其他能量。中学教科书为了让学生理解方便，就用“化学能转化为其他能量，总能量守恒”这样的说法勉强把学生糊弄明白了。

化学反应的能量转化是可逆的。氢和氧反应，生成水，释放能量。水通过热传导或者辐射再或者是做功，吸收能量后，会让分子中的原子核的动能也提高，原子与原子之间的引力容易被动能做的功破坏掉。这也是为什么水能灭火，但是如果是火势极大，水反倒会被分解成氢和氧，从而助燃。

刚才说道，化学能就是微观状态下，电子的能量转化成其他能量，总能量守恒，那么根据质能方程，这时候物质的质量应该减少了，可是原子核没变，电子也没变，怎么可能减少了呢？

我先不着急说答案，先说说质量是什么。大学中关于质量的定义已经和中学不一样了，为了防止你混淆概念，拿大学的质量定义来做中学题，造成失分等误人子弟的后果，我就不做细致的解释了。质量，顾名思义，有质又有量，中学对质量的定义是在“质”不变为前提下，“量”的变化，“量”变“质量”也就变了。

可是，化学反应中原子核外电子的能量发生了变化，造成了“质变”，虽然“量”没变，“质变”也能导致“质量”变。因为电子的能量变化后，“质”变了，所以初中质量定义的基础“质”不变，已经不符合要求，不能解释清楚。

从单纯的谈论量变，到质变量变都要考虑，这就是中学的质量定义和大学的质量定义之间的不同。

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做为斑竹，一定要消灭0回复

2009-1-28 01:20

100000
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灌水区华南水务使

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注册 2007-2-26
来自深圳

#2

物理有时候确实很无理

我大一物理考试不及格，老师罚抄书一遍，天！

老师物理我也物理，就编了一段类似的YY在上面，没有抄，也不知老师看到了没..

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日出东方微点先行主动防御快人一步

2009-1-28 10:12

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