放射性衰變的指數衰變規律的計算問題中,為什麼會有乙個 e?如果使用初等數學去解,有哪些錯誤?

時間 2022-01-12 17:47:16

1樓:天色

這個方法沒錯。

但是有個問題就是時間是離散的。

若把一秒分為n段,則1/n秒內就剩下

(1-λ/n)N個原子,t秒就擁有nt個時間段,t秒時間後就剩下(1-λ/n)^(tn)N個原子。

取個極限,lim_n–>∞,那麼

(1-λ/n)^(tn)N=Ne^(-tλ)

2樓:陳可鑑

題主提了個好問題。你的思路的問題在於,衰減速率是「瞬變」的,不能一段一段地、離散地計算。而只要化離散為連續,就可以得到正解。事實上,題主給的式子正是通往正確答案的第一步。

當我們定義 時,我們是「假設衰變速率不變」,這樣衰變的物質量就與時間正比,從而取這個比例係數。但是實際上衰變速率往往是時刻變化的,那麼我們就把這個時間間隔 取得盡可能小,從而近似認為在這段短時間內,衰變速率不變。這就是「微分」的概念。

按照這樣的定義,我們豈不是無法計算有限小時間內的變化了?倒也不是。一般方法是微分方程,不過我們也可以先按你所想的「中學方法」來,最後再取 的極限。

那你會問:這個極限怎麼求呢?實際上,正是由於實際問題中常常出現這樣的極限,所以它成為了高數課中的「乙個重要極限」:

,自然底數正是從這類問題中總結抽象出來的。有了這個極限,我們就很容易把上式化簡為 ,這和微分方程的解是一致的。(這個極限的存在性是需要證明的,見高數書)

總的來說,就是人們在處理這類「瞬變」問題時,通過把時間間隔趨向無窮小,化離散為連續,從而得到了自然底數。這就是重要常數 的來歷。

3樓:yang shen

你的思路大致方向沒錯,但那個 不能這樣計算,這不是有限時間段內粒子的衰變概率,而是這個有限時間段趨近於零時衰變比例與時間長度之比的極限值,也就是

可以看出,要運用這個引數進行運算,你至少要有極限概念和運算,如果想迴避微積分的運算,用簡單一點的數學來計算的話,有另乙個概念更適合:半衰期

半衰期T指的是反應物減半所需要的時間,如果初始粒子數為 ,那麼經歷T時間後粒子數變為.

2T後變為,kT後粒子數變為 個,是不是跟你得到的結果有幾分相似了?

這是離散的資料點,將其推廣到連續的時間上,得到:

比較根據引數的計算結果:

可以知道,半衰期T和衰變常數λ的關係

根據半衰期計算和衰變常量計算衰變速度是等價的,他們的量綱正好相反而已。

在Δt趨於0時

所以如果你知道

那麼就可以知道

對比下你的運算,可以知道問題出在對極限的理解不足。

4樓:「已登出」

把連續變數拆成離散變數了,這個過程是連續進行的,不是一秒一秒進行的。所以一次觀察的世界是dt,dt是乙個無限短時間。只能用微積分來處理這種連續問題

我想問問放射性元素會衰變完全嗎?

肯定會啊。乙個原子t倍半衰期的時候衰減的概率是1 0.5 t,N個原子t倍半衰期全部衰減的概率是 1 1 2 t N 1 1 2 t 2 t N 2 t exp N 2 t 認為不會完全衰變可能是小看了2 t這個數的增長速度。假設一摩爾原子N 6.02 10 23,那麼t 80的時候,N 2 t 1...

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