放射性衰变：碳 14 测年

1·预测

碳-14的半衰期为5730年。若从固定数量的C-14原子开始，经过恰好2个半衰期后还剩下多少？

• 剩下1/2，与经过一个半衰期后相同。
• 剩下1/4——每个半衰期都会使数量减半，因此两个半衰期意味着(1/2)×(1/2) = 1/4。
• 经过2个半衰期后基本上什么都不剩了。

2·设置

1. 打开「碳-14（carbon-14）」预设并按重置。半衰期固定为5730年；样本以N₀ = 10¹²个原子开始。
2. 启用剩余原子核数量读数。
3. 为每次试验设定经过的时间（以半衰期为单位），并记录剩余原子核的比例。

3·收集数据

针对三次试验，绘制剩余比例N/N₀（y轴）相对经过的半衰期数（x轴）的关系图。曲线是直线还是曲线？

4·分析

1. 对于一次试验，使用 T½ = 5,730 年计算 N/N₀ = (1/2)^(t/T½)。与表比较。
2. 解释为什么放射性衰变是指数式的，而不是线性的——每个半衰期都会使当时剩余的量减半，因此相同的时间间隔每次去除的都是相同的比例，而不是相同的绝对数量。

5·扩展

1. 碳定年法通过测量有机样本中剩余C-14的比例（与生物存活时大气中的比例相比较）来估算年代。请利用N/N₀ = (1/2)^(t/T½)，解释为什么当样本年代远超约5万年（约8到9个半衰期）时，碳定年法会变得不可靠。
2. 放射性衰变在单个原子层面本质上是随机的——你永远无法准确预测某一特定C-14原子核何时会衰变。请解释，尽管个别衰变不可预测，半衰期定律为何在大量样本中依然精确成立。

这个实验背后的物理原理

← 返回实验