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Radioactive decay (half-life) 公式,SPM 物理

公式:N = N₀ (½)ⁿ。考试不提供,需记忆。

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Radioactive decay (half-life)
N = N₀ (½)ⁿ

考试不提供,需记忆。

用途

Radioactive decay (half-life) 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
N剩余数量(无单位),
N₀初始数量(无单位),
t经过的时间s
半衰期s
n半衰期数目(= t / T½),

公式变形

  • n = t / T½ (number of half-lives)
  • N / N₀ = (½)ⁿ

解题示例

N₀ = 800 个核,半衰期 T½ = 5 天,经过 t = 15 天后。 半衰期数目 = t / T½ = 15 / 5 = 3,故 N = N₀ (½)³ = 800 × (1/8) = 100。

常见陷阱

先求经过了多少个半衰期(t / T½);每个半衰期使数量减半。t 与 T½ 须用相同时间单位。

理解放射性衰变(半衰期)

衰变定律 N = N₀ (½)ⁿ 告诉你放射性样品经过一段时间后还剩多少。N 是剩余数量,N₀ 是初始数量;两者都是计数(核数、质量或活度),共用相同单位。

t 是经过的时间, 是半衰期,两者须用相同时间单位(s、分钟、小时、天或年)。

这些量相关,是因为每个半衰期都使剩余量减半,所以剩余的比例是 (½) 的(半衰期数目 t / T½)次方。

使用时先求半衰期数目 = t / T½。然后 N / N₀ = (½)ⁿ 给出剩余比例,再乘以 N₀。

分步解题示例

一放射性样品初始质量 N₀ = 80 g,半衰期 T½ = 2 年。求经过 t = 6 年后剩余的质量。

先数半衰期数目:

半衰期数目 = t / T½ = 6 年 / 2 年 = 3。

每个半衰期使质量减半,所以:

N = N₀ (½)³ = 80 g × (1/8) = 10 g

可逐步减半验证:80 g → 40 g(2 年)→ 20 g(4 年)→ 10 g(6 年),一致。剩余质量为 10 g

常见错误与考法

主要陷阱是 t 与 T½ 用不同的时间单位,例如分钟配小时;应先换算一致。第二个错误是减半的次数弄错,所以务必先算出 t / T½ 再减半。

第三是每次减去固定的量而非减半,因为衰变不是线性的。

计算 下,写出半衰期数目和每一步减半,以得到剩余量。在 定义 下,说明半衰期是放射性核衰变一半所需的时间。

解释 下,可能要求说明为何半衰期与起始量无关而保持恒定,或它如何用于测定古老材料的年代。

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。
半衰期究竟是什么?
它是样品中放射性核衰变一半所需的时间。经过一个半衰期,剩原量的一半;经过两个,剩四分之一;经过三个,剩八分之一。
怎么求半衰期数目?
用经过的时间除以半衰期:半衰期数目 = t / T½。两个时间须用相同单位,若一个是小时另一个是分钟,须先换算。
起始样品越大,半衰期越长吗?
不会。半衰期对某一同位素是恒定的,与起始量多少无关。较大的样品只是衰变的核更多,但仍在相同时间内减半。

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