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对给定时间间隔连续减半

知道半衰期之后,遇到更长的时间,就要一次又一次减半,而且不能数错次数。

本页内容
  1. 为什么要重复减半?
  2. 一步一步怎么算?
  3. 例题
  4. 要留意的错误
  5. 自我检测
  6. 接下来学什么

要预测经过一段时间后还剩多少,先用时间除以半衰期,再把起始量减半相应的次数。这个量可以是质量、原子核数目或修正后的计数率。本课紧接在“从图读半衰期”之后。

它建立在从衰变图求半衰期之上,属于半衰期与本底辐射。

为什么要重复减半?

每个半衰期里,未衰变的原子核有一半会衰变。下一个半衰期从更少的原子核开始,其中又有一半衰变。所以数量依次是:起始量、½、¼、⅛、1/16,以此类推。

用表格最清楚:第一行写半衰期的个数,第二行写对应的量。

一步一步怎么算?

  1. 统一单位。 换算时间或半衰期,使两者单位相同。
  2. 求半衰期的个数 = 时间 ÷ 半衰期。
  3. 把起始量减半,每个半衰期减半一次,并写出每个值。
  4. 写出带单位的答案,并说明它是剩余的量还是已衰变的量。

如果时间不是半衰期的整数倍,仅靠本阶段的方法还不够,需要图或题目提供的关系式,按题目指示去做。

例题

(虚构数据。)样本含有 64 g 放射性同位素,半衰期为 3 天。12 天后还剩多少?

第 1 步,单位: 两者都是天。

第 2 步,半衰期个数: 12 ÷ 3 = 4。

第 3 步,减半四次:

经过的半衰期01234
时间(天)036912
剩余质量(g)64321684

第 4 步,答案: 剩下 4 g 同位素。64 ÷ 16 = 4,即原来的十六分之一。已衰变的质量是 64 − 4 = 60 g。

用分数验证:(½)⁴ = 1/16,64 × 1/16 = 4。两种方法结果一致。

要留意的错误

有两种失误反复出现。

错误答案 A: 6 天后(两个半衰期)一点都不剩。

学生把“半衰期 3 天”理解成“3 天内消失一半,再 3 天消失另一半”。

6 天后还剩 16 g,而不是 0 g。每个半衰期去掉的是当前剩余量的一半。

错误答案 B: 64 ÷ 12 = 5.3 g

学生用天数去除,而不是每个半衰期减半一次。

纠正方法是先数半衰期(12 ÷ 3 = 4),再减半四次。如果你想练习答案该保留几位数字,可以用界限与取整说明器。

自我检测

1. 修正计数率为 640 counts/min,半衰期为 20 分钟。1 小时后的修正计数率是多少?

查看答案

1 小时 = 60 分钟,60 ÷ 20 = 3 个半衰期。640 → 320 → 160 → 80。修正计数率为 80 counts/min。

2. 5.0 g 样本在 15 年内衰变到 0.625 g。半衰期是多少?

查看答案

5.0 → 2.5 → 1.25 → 0.625,共减半 3 次。半衰期 = 15 ÷ 3 = 5 年。

3. 半衰期为 8 天。24 天后剩下多少分数的原子核?已衰变的又是多少分数?

查看答案

24 ÷ 8 = 3 个半衰期,所以剩余分数为 (½)³ = 1/8。已衰变的分数为 1 − 1/8 = 7/8。

接下来学什么

连续减半能很好地描述一大群原子核,但对单个原子核却什么也没说。这正是解释为什么单个原子没有可预测的衰变时间要讲的。如果多步计算仍不稳,我们的老师可以在一对一线上物理补习中帮你重新搭建。

常见问题

怎样求一段时间里有几个半衰期?

用总时间除以半衰期,两者要用同一个时间单位。例如 12 天、半衰期 3 天,得 12 ÷ 3 = 4 个半衰期。然后把起始量减半这么多次,并把每一步写下来。

经过两个半衰期,物质会完全消失吗?

不会。一个半衰期后剩一半,两个半衰期后剩四分之一。每个半衰期都是去掉当前剩余量的一半,而不是原来的一半。数量会越来越少,但在这个模型里不会恰好变成零。

这个方法可以用在计数率上,而不只是质量吗?

可以。修正后的计数率在每个半衰期都会减半,与未衰变原子核的数目或同位素的质量一样。先扣除本底,再对修正值减半;只有题目要求探测器显示的读数时,才把本底加回去。

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下一步

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