怎樣進(jìn)行“質(zhì)量虧損和智能方程”的教學(xué)

怎樣進(jìn)行“質(zhì)量虧損和質(zhì)能方程”的教學(xué)高中物理“原子核”中的質(zhì)量虧損和質(zhì)能方程的內(nèi)容較為重要，它是理解原子核核能釋放的理論基礎(chǔ)，在整個近代物理學(xué)中占有特殊的地位、怎樣把這段知識內(nèi)容教給高中學(xué)生，很值得我們認(rèn)真研究.在敘述這部分內(nèi)容時都只在介紹質(zhì)量虧損的基礎(chǔ)上將質(zhì)能方程作為結(jié)論引出，不論證，不推導(dǎo)，只要求學(xué)生會應(yīng)用質(zhì)能方程解釋并計算伴隨核質(zhì)量虧損而產(chǎn)生的核能釋放問題.但實際教學(xué)中按書本的要求講解，學(xué)生只能表面了解質(zhì)量和能量間的數(shù)值關(guān)系，質(zhì)量虧損的真正含義是搞不清的.分析實際教學(xué)出現(xiàn)的種種情況，我感到教好這段內(nèi)容的關(guān)鍵是施教者應(yīng)靈活地掌握好這部分知識內(nèi)容的深度.高中不講相對論，引伸內(nèi)容太深會使學(xué)生思想產(chǎn)生混亂，但象課本過于表面化同樣會使學(xué)生茫然不解.為此，筆者分析了教材所涉及的知識間的內(nèi)在聯(lián)系，照顧到高三學(xué)生已有的實際水平，對這段內(nèi)容作了適當(dāng)?shù)臄U充和調(diào)整，并將它作為獨立的一節(jié)進(jìn)行課堂教學(xué)，收到了較為滿意的效果.實際課堂教學(xué)中我的做法是這樣的：在引入“質(zhì)量虧損和質(zhì)能方程”課題后，讓學(xué)生自學(xué)課本上的有關(guān)節(jié)次，隨后就請學(xué)生思考以下兩個問題：（1）在質(zhì)能方程的增量ΔE=Δmc2中，ΔE、Δm的真正含義是什么？（2）核子結(jié)合組成原子核過程中有核質(zhì)量虧損，有核能釋放，它們間有何數(shù)量關(guān)系？它們間的數(shù)量關(guān)系是怎樣體現(xiàn)物質(zhì)不滅和能量守恒這兩個自然界的客觀規(guī)律的？一般說，學(xué)生在自學(xué)課本內(nèi)容時不會遇到太大困難，全新的物理概念的注入及淺顯的數(shù)學(xué)計算高三學(xué)生完全能全盤接收，但上述兩個值得深思的問題他們卻不易清楚地回答，由于新舊知識間的矛盾容易激發(fā)他們的思維，這時就需要教師利用最佳時機精講好以下內(nèi)容：E=mc2是愛因斯坦建立的狹義相對論的一個著名推論，我們可以將大同乘以c2，并略去高次項，可得很明顯，上式第二項就是我們在經(jīng)典力學(xué)中所熟悉的物體動能，將第一項解釋為物體靜止時的靜能，mc2即為物體運動中的總能量.能量的概念擴充后，物體內(nèi)部所貯藏的全部能量E和總質(zhì)量m之間（2）由上式說明質(zhì)量和能量都有靜、動兩種不同形態(tài).上式就是質(zhì)能關(guān)系式，它告訴我們：一個以速度v運動著的質(zhì)量為m的物體，必須聯(lián)系mc2的能量，物體的靜質(zhì)量m0聯(lián)系物體的靜止能m0c2，即E0.（3）解釋實際應(yīng)用中ΔE=Δmc2的真正含義.根據(jù)E=mc2可直接得其增量式ΔE=Δmc2，在某種核反應(yīng)中，m0減少，即生成物的靜質(zhì)量較反應(yīng)物減少，由ΔE0=Δm0c2，與這部分靜質(zhì)量聯(lián)系的靜止能相應(yīng)成正比例地減少，但由E=E0+Ek，即整個反應(yīng)系統(tǒng)能量守恒，系統(tǒng)動能必然增加.這就是核質(zhì)量虧損必然伴隨核能大量釋放的原因.另一方面，靜止質(zhì)量雖然減少了，但由于動能增加，使得運動質(zhì)量增加了，所以總的質(zhì)量還是守恒的.我們還可以討論一些簡單的核反應(yīng)前后的質(zhì)量及能量關(guān)系，如質(zhì)子和中子結(jié)合為氘核并放出光子的反應(yīng).接著就可以做好這堂課的總結(jié)，教師要向?qū)W生指出，核反應(yīng)和物理變化、化學(xué)變化一樣，在反應(yīng)前后能量守恒、質(zhì)量守恒，反應(yīng)中，一種形式的能量可以轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式的能量，一種形式的質(zhì)量可以轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式的質(zhì)量，對應(yīng)形式的能量和質(zhì)量有著其固有的正比例數(shù)值關(guān)系，這就是