不是。即衰变对时间的快慢,不是定值。
(相关资料图)
教材(2019人教选修3)里给了一个的示意的图象,表达了衰变样品经过一个、两个、三个半衰期之后,剩余量为原初量的、、的关系。于是有同学错误地认为:放射核的衰变量对时间的变化率是定值。再次强调:这个说法是错误的、不对的。
这件事,其实和我们以前介绍的自然对数底有关,说白了,就是“复利率”按时间算本金的问题。大致的意思,就是已经有的本金加上利率所得,按次数放在一起,增加的金钱会帮助增加,但增加的越来越慢。
那么衰变也是这样,已经减少了的部分,使得余下的部分比原来最初时要少,因此衰变的次数也就会少,衰变的速率就会越来越慢。如果我们到图象上去做几个点的切线看斜率,结论是显然的。
怎么进行数学上的推导呢?
我们知道,这块内容介绍过一个公式
为时刻的核的质量,为半衰期。
对这个式子两侧取,再对求导,容易得到
式子表明,衰变量对时间的变化率,不是定值。
事实上,教材中给出的图象,结合指数换底公式,把换成以为底,可以得到
对此式求导,结论亦然。
于是问题来了:这么这个以的式子是怎么「直接」推导来的呢?
推导过程,自然是要认识到:借鉴前面说的“复利率”问题,核衰变快慢只是核质量的正比例函数,即
0)" data-formula-type="inline-equation">,上面的负号,是考虑到质量在不断减小。在一个半衰期内积分,有
得
把代回,再积、得到
其实这里还有个有意思的地方:
看到会想到什么?电容器放电放一半、充电充一半的那个时刻。还会想到什么?小球在空气中下落、磁场中的单杆切割、化学反应速率、细胞繁殖、药物的血药浓度等等。
实际这东东相当相当了不起,是一种极其重要超级厉害的数学模型,叫“一阶动力学反应”,它横跨数学、物理、化学、生物、医学等等,人文社科几乎没有它到达不了的领域,查找查找资料多学一点儿,乐趣甚多;如果只去学高考之内书本上那点儿东西,圈死在高考范围之内,实在无趣得很。
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