命題要尊重物理過程內(nèi)在的因果律
——從物理競賽參考書中一道流行的題目說起

余 健

(深圳實驗學(xué)校高中部 廣東 深圳 518055)

圖1

這個題目有兩種解法，對應(yīng)兩組答案.

解Ⅰ：由

(1)

又由

和

pa=pbVa=2Vb

得

(2)

由以上兩式代入已知各量，求得

Tb=535 KTa=1070 K

(3)

注意：此解未用到在絕熱氣缸內(nèi)的b室氣體進行的是絕熱壓縮過程這個條件.

由于b室氣體是在絕熱氣缸絕熱活塞中進行的準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程，由絕熱過程方程

TbVbγ-1=T0V0γ-1

解出

(4)

又上解中的(2)式同樣成立，所以

Ta=2Tb=708 K

(5)

注意：此解沒有用Q=2.70×104J這一已知條件.

你能說哪一解法錯嗎？不能.然而兩組解的結(jié)果卻相差太大！什么原因？皆系題出錯了.既給出Q=

其實經(jīng)典物理都有其確定的因果律.如經(jīng)典力學(xué)中牛頓力學(xué)的因果律，只要質(zhì)點受的力的規(guī)律確定，質(zhì)點運動的初值確定，那么這質(zhì)點的運動規(guī)律就唯一地確定了(現(xiàn)代非線性科學(xué)的發(fā)展對牛頓力學(xué)的因果律提出了挑戰(zhàn)，但在通常領(lǐng)域中，牛頓力學(xué)的因果律還是有用的).對理想氣體來說，熱力學(xué)第一定律和狀態(tài)方程，科學(xué)地反映了理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)過程中的規(guī)律，也就是因果律.在前述題目出現(xiàn)的問題中，絕熱氣缸和絕熱活塞的條件，限定了a室氣體只能從加熱的電熱器吸熱Q，而b室氣體進行的就一定是絕熱過程.a，b的聯(lián)系是pa=pb，Va+Vb=2V0.因此，加給a室的熱量Q的值給定了，a室和b室氣體的終極狀態(tài)，包括(Ta,Va和pa)和(Tb,Vb和pb=pa)也就隨之由Q確定了.這是在絕熱氣缸內(nèi)兩室氣體進行的準(zhǔn)靜態(tài)過程的規(guī)律確定的，不應(yīng)該隨意地去干擾它.

參考文獻

1 鄭永令主編.物理奧林匹克競賽標(biāo)準(zhǔn)教材.北京：文津出版社，2005.180