命題要尊重物理過程內在的因果律
——從物理競賽參考書中一道流行的題目說起

余 健

(深圳實驗學校高中部 廣東 深圳 518055)

圖1

這個題目有兩種解法，對應兩組答案.

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靜態絕熱過程，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.然而兩組解的結果卻相差太大！什么原因？皆系題出錯了.既給出Q=

其實經典物理都有其確定的因果律.如經典力學中牛頓力學的因果律，只要質點受的力的規律確定，質點運動的初值確定，那么這質點的運動規律就唯一地確定了(現代非線性科學的發展對牛頓力學的因果律提出了挑戰，但在通常領域中，牛頓力學的因果律還是有用的).對理想氣體來說，熱力學第一定律和狀態方程，科學地反映了理想氣體準靜態過程中的規律，也就是因果律.在前述題目出現的問題中，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，包括(Ta,Va和pa)和(Tb,Vb和pb=pa)也就隨之由Q確定了.這是在絕熱氣缸內兩室氣體進行的準靜態過程的規律確定的，不應該隨意地去干擾它.

參考文獻

1 鄭永令主編.物理奧林匹克競賽標準教材.北京：文津出版社，2005.180