Rozpad węgla promieniotwórczego

Poprawna odpowiedź

1. B., 2. A.

Wymaganie ogólne

3 Wskazywanie w otaczającej rzeczywistości przykładów zjawisk opisywanych za pomocą poznanych praw i zależności fizycznych.

Wymaganie szczegółowe

3.4 Fizyka jądrowa. Uczeń opisuje rozpad izotopu promieniotwórczego, posługując się pojęciem czasu połowicznego rozpadu rysuje wykres zależności liczby jąder, które uległy rozpadowi od czasu wyjaśnia zasadę datowania substancji na podstawie składu izotopowego, np. datowanie węglem 14C

Komentarz

Zadanie sprawdza umiejętność odczytywania wykresu nieliniowego.

Izotop węgla promieniotwórczego  ulega rozpadowi z czasem połowicznego zaniku równym około 5700 lat. Oznacza to, że po upływie 5700 lat, połowa początkowej liczby jąder ulega rozpadowi. Wykres przedstawia zależność ilorazu N/N₀ od czasu, gdzie N₀ i N oznaczają odpowiednio liczbę jąder izotopu węgla  w chwili początkowej oraz po czasie t. Zależność  ta nie jest liniowa, zatem w jednakowych odstępach czasu rozpada się niejednakowa liczba jąder. Z wykresu widać, że na początku, kiedy jest jeszcze stosunkowo dużo nierozpadniętych jąder węgla, rozpad zachodzi szybciej, więcej jąder się rozpada (wykres jest bardziej stromy). Natomiast kiedy w próbce pozostaje coraz mniej jąder , proces rozpadu przebiega coraz wolniej (bardziej płaski wykres).

Aby rozwiązać zadanie, uczeń powinien wyznaczyć proporcję liczby jąder promieniotwórczych pozostałych po czasie 2850 lat do pierwotnej ich liczby, czyli, innymi słowami, odczytania wartości na osi pionowej układu współrzędnych przy podanej wartości (2850 lat) na osi poziomej. Podany czas równy połowie czasu połowicznego zaniku może sugerować, że liczba pozostałych nierozpadniętych jąder, na zasadzie proporcji, może być równa ¾ liczby jąder na początku przeprowadzanego badania. Jednak, jak zaznaczyliśmy powyżej, rozpad nie przebiega jednostajnie (wykres nie jest linią prostą), więc na początku, przy stosunkowo dużej liczbie nierozpadniętych jąder pierwiastka promieniotwórczego, proces rozpadu jest szybszy. Zatem, stosunek liczby nierozpadniętych jąder izotopu węgla po czasie 2850 lat do liczby tych jąder na początku badania jest mniejszy niż ¾ (mniej niż 75%). Odpowiedzią prawidłową w pierwszej części zadania jest B. Jak zostało wcześniej wyjaśnione, wynika to z faktu coraz wolniejszego tempa rozpadu promieniotwórczego przy zmniejszaniu się liczby nierozpadniętych jąder radioaktywnych . Zatem w drugiej części zadania należało zaznaczyć A. Prawidłową wartość w pierwszej części zadania wystarczyło odczytać z wykresu.

Powyższe zadanie było wykorzystane w badaniu pilotażowym przeprowadzonym wśród uczniów pierwszych klas liceów ogólnokształcących. Całość zadania została prawidłowo rozwiązana przez 36% uczestników. W pierwszej części prawidłowego oszacowania liczby nierozpadniętych jąder dokonało 72% badanych. Natomiast dobór właściwego uzasadnienia okazał się trudniejszy - zaledwie 49% uczniów wybrało prawidłową odpowiedź A.

Pierwsza część zadania wymagała jedynie odczytania wartości z wykresu. Dlatego dziwi fakt tak małej ilości bezbłędnych odpowiedzi.  Wskazuje to na słabą umiejętność interpretacji graficznych zagadnień naukowych wśród licealistów. Interpretacja graficzna znajduje duże zastosowanie w naukach przyrodniczych i ułatwia zrozumienie zawiłych praw i zjawisk przyrody, dlatego warto zachęcać uczniów do ćwiczenia umiejętności zarówno odczytywania, jak i rysowania wykresów. 

Słowa kluczowe