Современная физика

Распад углерода-14

Нажмите Play — N(t) уменьшается вдвое каждый сжатый период полураспада; постройте N или активность от времени.

Распад углерода-14 — интерактивная симуляция (Современная физика). Нажмите Play — N(t) уменьшается вдвое каждый сжатый период полураспада; постройте N или активность от времени. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.

Радиоактивный распад

Нажмите Play — N(t) уменьшается вдвое каждый сжатый период полураспада; постройте N или активность от времени.

Углерод-14 распадается бета-распадом в азот-14 с T½ ≈ 5730 лет. Нажмите «Воспроизвести»: сетка атомов превращается из синего ¹⁴C в оранжевый ¹⁴N по мере падения N(t). Воспроизведение сжимает время так, что один период полураспада занимает несколько секунд, но доля следует N/N₀ = (½)^(t/T½) = e^(−λt) с λ = ln2/T½. По графику распада считайте активность A = λN.

• N(t) = N₀ e^(−λt)
• T½ = ln2/λ

Краткое описание исследования

Спланируйте вопрос до открытия лаборатории

Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.

Движущий вопрос

Период полураспада углерода-14 — 5 730 лет. Если начать с фиксированного числа атомов C-14, сколько останется ровно через 2 периода полураспада?

Прогнозы для взвешивания

• Остаётся 1/2, как после одного периода полураспада.
• Останется 1/4 — каждый период полураспада уменьшает количество вдвое, значит два периода дают (1/2)×(1/2) = 1/4.
• После 2 периодов полураспада остаётся практически ничего.

Роли переменных

Что вы задали:

• Прошло периодов полураспада

Что вы измеряете:

• Оставшаяся доля N/N₀

Как идёт исследование

1. Откройте пресет carbon-14 и нажмите «Сброс». Период полураспада зафиксирован: 5730 лет; образец начинается с N₀ = 10¹² атомов.
2. Включите показание числа оставшихся ядер.
3. Задайте прошедшее время для каждой пробы (в периодах полураспада) и запишите долю оставшихся ядер.

Определяющее уравнение

Закон экспоненциального распада — N(t) = N₀ e^(−λt)

Число нераспавшихся радиоактивных ядер убывает экспоненциально со временем: N(t) = N₀·(1/2)^(t/T½), где T½ — период полураспада, время, за которое распадается ровно половина любого оставшегося образца.

Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести

• Для одной пробы вычислите N/N₀ = (1/2)^(t/T½), используя T½ = 5730 лет. Сравните с таблицей.
• Объясните, почему радиоактивный распад экспоненциальный, а не линейный — каждый период полураспада уменьшает вдвое то, что осталось к этому моменту, поэтому равные интервалы времени всегда уносят одну и ту же ДОЛЮ, а не одно и то же абсолютное количество.

Где это проявляется за пределами лаборатории

• Радиоуглеродное датирование измеряет оставшуюся долю C-14 в органическом образце (по сравнению с атмосферным отношением при жизни организма), чтобы оценить его возраст. Используя N/N₀ = (1/2)^(t/T½), объясните, почему углеродное датирование становится ненадёжным для образцов старше примерно 50 000 лет (около 8–9 периодов полураспада).
• Радиоактивный распад фундаментально случаен на уровне одиночного атома — невозможно предсказать, когда именно распадётся конкретное ядро C-14. Объясните, почему закон полураспада всё же точно работает для большой выборки, хотя отдельные распады непредсказуемы.

• AP Physics 2 — Unit 15: Modern Physics
• IB Physics — E.3 Radioactive decay
• General High School Physics — Modern physics intro
• NGSS High School Physics — Wave-particle duality of light

1. Добро пожаловать к углероду-14
2. Выберите нуклид
3. Нажмите Play
4. Кривая экспоненциального распада
5. Откройте панель свойств
6. Готово!

Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.

Открыть интерактивную лабораторию →

Скачать рабочий лист →

Радиоактивный распад и период полураспада