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。
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?
- 统一单位。 换算时间或半衰期,使两者单位相同。
- 求半衰期的个数 = 时间 ÷ 半衰期。
- 把起始量减半,每个半衰期减半一次,并写出每个值。
- 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 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
|---|---|---|---|---|---|
| 时间(天) | 0 | 3 | 6 | 9 | 12 |
| 剩余质量(g) | 64 | 32 | 16 | 8 | 4 |
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。