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 |
| T½ | 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
常见陷阱
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,T½ 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。
在 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。
在 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)