命题要尊重物理过程内在的因果律——从物理竞赛参考书中一道流行的题目说起

余 健

(深圳实验学校高中部 广东 深圳 518055)

图1

这个题目有两种解法，对应两组答案.

解Ⅰ：由

(1)

又由

和

pa=pbVa=2Vb

得

(2)

由以上两式代入已知各量，求得

Tb=535 KTa=1070 K

(3)

注意：此解未用到在绝热气缸内的b室气体进行的是绝热压缩过程这个条件.

由于b室气体是在绝热气缸绝热活塞中进行的准静态绝热过程，由绝热过程方程

TbVbγ-1=T0V0γ-1

解出

(4)

又上解中的(2)式同样成立，所以

Ta=2Tb=708 K

(5)

注意：此解没有用Q=2.70×104J这一已知条件.

你能说哪一解法错吗？不能.然而两组解的结果却相差太大！什么原因？皆系题出错了.既给出Q=

其实经典物理都有其确定的因果律.如经典力学中牛顿力学的因果律，只要质点受的力的规律确定，质点运动的初值确定，那么这质点的运动规律就唯一地确定了(现代非线性科学的发展对牛顿力学的因果律提出了挑战，但在通常领域中，牛顿力学的因果律还是有用的).对理想气体来说，热力学第一定律和状态方程，科学地反映了理想气体准静态过程中的规律，也就是因果律.在前述题目出现的问题中，绝热气缸和绝热活塞的条件，限定了a室气体只能从加热的电热器吸热Q，而b室气体进行的就一定是绝热过程.a，b的联系是pa=pb，Va+Vb=2V0.因此，加给a室的热量Q的值给定了，a室和b室气体的终极状态，包括(Ta,Va和pa)和(Tb,Vb和pb=pa)也就随之由Q确定了.这是在绝热气缸内两室气体进行的准静态过程的规律确定的，不应该随意地去干扰它.

参考文献

1 郑永令主编.物理奥林匹克竞赛标准教材.北京：文津出版社，2005.180