Model dalam fizik membuat ramalan, dan bukti sama ada menyokong model atau tidak. Dalam pelajaran ini anda menguji model nuklear (pereputan radioaktif dengan separuh hayat malar) dan model angkasa (planet dalam orbit membulat) terhadap nombor yang diberi.
Ini pelajaran fizik penutup dalam penaakulan fizik bersepadu. Ia melatih kemahiran yang diuji oleh setiap bahagian sains: gunakan data yang diberi, bukan ingatan, untuk sampai kepada kesimpulan.
Bagaimana menguji model terhadap bukti?
Model mempunyai ramalan. Bukti mempunyai nombor. Jawapan anda menyatakan ramalan, menunjukkan nombor yang sepadan, dan menyatakan sama ada keduanya selaras.
- Betulkan data dahulu. Bagi kadar bilangan, tolak bilangan latar belakang.
- Nyatakan ramalan model. Bagi separuh hayat malar, setiap sela masa yang sama menjadikan kadar bilangan terbetul separuh.
- Semak dengan nombor. Bandingkan nisbah merentas sela yang sama, bukan nilai tunggal.
- Gunakan model untuk meramal. Bahagi dua sekali bagi setiap separuh hayat yang berlalu.
- Beri kesimpulan yang menyatakan apa ditunjukkan oleh bukti dan, jika perlu, apa yang mengehadkannya, seperti bacaan yang sedikit atau variasi rawak.
Contoh berlangkah (data rekaan)
Seorang pelajar merekod kadar bilangan daripada sampel isotop radioaktif. Kadar bilangan latar belakang ialah 20 bilangan per minit. Bacaan pelajar ini direka untuk pelajaran ini.
| Masa (j) | 0 | 2 | 4 | 6 |
|---|---|---|---|---|
| Kadar bilangan terukur (bilangan/min) | 820 | 420 | 220 | 120 |
Adakah bukti menyokong separuh hayat malar? Cari nilainya, dan ramalkan kadar bilangan terukur pada 10 j.
Langkah 1, betulkan data. Tolak 20 daripada setiap bacaan: 800, 400, 200, 100.
Langkah 2, semak nisbah. 800 → 400 → 200 → 100. Setiap sela 2 jam menjadikan kadar terbetul separuh. Model disokong oleh ketiga-tiga sela.
Langkah 3, separuh hayat. Separuh hayat ialah 2.0 j.
Langkah 4, ramal pada 10 j. 10 j ialah 5 separuh hayat. Kadar terbetul = 800 ÷ 2⁵ = 800 ÷ 32 = 25 bilangan/min. Pengesan turut mengira latar belakang, maka kadar terukur ialah 25 + 20 = 45 bilangan/min.
Semak semula: membahagi dua lima kali: 800, 400, 200, 100, 50, 25. Betul.
Model angkasa dengan bukti. Jejari orbit Bumi lebih kurang 1.5 × 10¹¹ m dan tempohnya lebih kurang 3.15 × 10⁷ s. Model orbit membulat memberi v = 2πr ÷ T = (2 × 3.14 × 1.5 × 10¹¹) ÷ (3.15 × 10⁷) = 9.42 × 10¹¹ ÷ 3.15 × 10⁷ = 3.0 × 10⁴ m/s. Itu lebih kurang 30 km/s.
Kesilapan yang perlu diawasi
Pelajar mengabaikan latar belakang dan meramal bacaan 25 bilangan/min pada 10 j.
Jawapan silap: “820 ÷ 32 lebih kurang 26 bilangan/min pada 10 j.”
Ini membahagi dua nilai terukur yang termasuk latar belakang. Latar belakang tidak mereput, jadi hanya bahagian terbetul dibahagi dua. Pengesan sepatutnya membaca lebih kurang 45 bilangan/min.
Pembetulannya: tolak dahulu, bahagi dua kemudian, tambah semula latar belakang pada akhir apabila soalan meminta bacaan terukur.
Semak sendiri
Semua data direka.
1. Kadar bilangan terbetul sebuah sampel menurun daripada 640 bilangan/min kepada 40 bilangan/min dalam 12 j. Berapakah separuh hayatnya?
Show answer
640 → 320 → 160 → 80 → 40 memerlukan 4 kali bahagi dua. 12 j ÷ 4 = 3.0 j.
2. Berapakah pecahan nukleus tidak stabil asal yang tinggal selepas 3 separuh hayat?
Show answer
(½)³ = 1/8, atau 12.5%.
3. Sebuah satelit mengorbit pada jejari 7.0 × 10⁶ m dengan tempoh 5.8 × 10³ s. Cari laju orbitnya.
Show answer
v = 2πr ÷ T = (2 × 3.14 × 7.0 × 10⁶) ÷ (5.8 × 10³) = 4.40 × 10⁷ ÷ 5.8 × 10³ ≈ 7.6 × 10³ m/s, maka 7.6 × 10³ m/s (2 angka bererti).
Ke mana selepas ini?
Lawati semula masalah tenaga berperingkat untuk melihat bagaimana tabiat bukti dahulu yang sama digunakan pada gerakan, kemudian cuba set latihan bersepadu. Sumber radioaktif sentiasa dikendalikan di bawah penyeliaan ketat dalam makmal sebenar, jadi di sini kami hanya menggunakan data yang diberi; pengkritik penyiasatan saintifik membantu anda menilai data sedemikian.
Jika jadual bacaan masih terasa seperti dinding nombor, guru kami boleh menunjukkan cara mengeluarkan coraknya. Itu bahagian tetap dalam tuisyen Co-ordinated Sciences dalam talian satu dengan satu.