本节通过已学习的能量转化具有方向性这一观点，建立热力学第二定律和能量耗散与退降的观念。

通过电冰箱工作可以把热量从低温环境转移到高温环境实例的讨论，引出热力学第二定律的克劳修斯表述；再通过对热机工作原理的阐述和热机工作效率的分析，引出热力学第二定律的开尔文表述；最后通过生活中能量转化的实例分析能量转化的方向性，进而提出能量的耗散与退降的观点。

在学习过程中，要体验从物理学的视角对客观事物的本质、规律和相互关系进行分析思考、推理论证进而得出结论，并提出创造性的见解；养成保护环境、推动可持续发展的社会责任意识。

此处设置“大家谈”是提出问题让学生在“热传递具有方向性”和“电冰箱工作过程”的矛盾中进行思考和讨论，引出热力学第二定律的克劳修斯表述。

用电冰箱工作这一典型例子来说明热力学第二定律的克劳修斯表述是最直观的。冰箱虽然把热量从低温的冰箱内部传到了外界的空气中，但这不是自发的，而是由压缩机工作实现的，如果没有压缩机做功，冰箱就不可能制冷，即不能把热量从冰箱内的低温处传到冰箱外的高温处。

通过对热机的效率存在极限的讨论，分析蒸汽机、内燃机等热机的工作原理，引出下文。

通过对热机工作原理的分析与阐述，引导学生理解热力学第二定律的开尔文表述，进一步提升能量（转化规律）观念。热机工作时由于处于高温状态，必然会向周围环境散热；另外，热机工作时的机械摩擦也会损失一部分热量；还有更重要的部分是热机工作时需要把燃烧后的废气排出，排出的废气会带走大量的热量。因此，热机工作时不可能把燃料燃烧产生的内能全部转化为机械能。

此处设置“拓展视野”是为了让学生简单了解违反热机工作原理的第二类永动机的设计及其运转的失败，从而说明热力学第二定律开尔文表述的正确性。

此处设置“大家谈”是为了让学生复习上述热力学第二定律的内容，同时为阐述能量的耗散与退降做铺垫。

参考答案：克服摩擦力做的功可以完全转化为热量。根据热力学第二定律的开尔文表述，要利用某一热源的热量对外做功，必须有部分热量流到低温热源，这部分热量是必须损失的。因此，热量不能完全转化为功。（这里阐述的是热机工作原理，是循环过程。如果有人提出“理想气体等温膨胀过程，气体吸收的热量全部用来对外做功”这一问题，则应说明这个过程不是循环过程，与热机工作过程进行比较是不合适的）

此处要让学生明白，正是因为内能无法 100 % 转化为机械能，所以能量转化是有方向性的，能量在转化过程中可利用的价值将减小。学生要结合必修教科书中学习的内容，搞清楚能量和能源是两个不同的概念，树立节约能源、可持续发展的社会责任意识。

1．参考解答：① 功可以完全转化为热量，但根据热力学第二定律，热机工作（循环过程）时热量要转化为功会引起其他变化，要损失部分热量，所以第一个理解正确。② 根据热力学第二定律的克劳修斯表述，热量可以从低温热源传到高温物体，只是需要外界做功而消耗其他能量，所以第二个理解错误。

命题意图：通过对这两个问题的辨析巩固对热力学第二定律内容的理解。

主要素养与水平：能量观念（Ⅰ）。

2．参考解答：（1）不会发生。通常环境温度比茶水温度低，打开杯盖后，根据能量转化的方向性，热量只会从茶水自发地传向周围环境。如要使茶水变得更热，必须对茶水传递热量或消耗其他能量来对它做功。

（2）不会发生。根据热力学第二定律的开尔文表述，蒸汽机做功必定有部分能量传到低温热源而不能全部用来转化为机械能。

（3）可以发生。根据热力学第二定律的克劳修斯表述，只要空调压缩机消耗电能做功，热量可以从温度较低的室内流向温度较高的室外。

命题意图：学会运用热力学第二定律的基本观点分析生活中的实际问题。

主要素养与水平：能量观念（Ⅰ）；科学推理（Ⅱ）。

3．参考解答：（1）此过程不可逆。这一过程是气体的自由膨胀，具有方向性，若要让气体回到原来的半个容器中，需要外界对其做功，但不能自发进行。

（2）此过程可逆。原来体积增大过程是气体对外做功的过程。现在缓慢压缩气体使其恢复原来的体积是活塞对气体做功的过程。

命题意图：通过运用热力学第二定律对问题的分析和推理，了解某些热力学过程的不可逆性。

主要素养与水平：科学推理（Ⅱ）。

4．参考解答：乒乓球不是从单一热源吸收热量对外做功，故不违反热力学第二定律。因为乒乓球内部气体受热升温压强增大，对外膨胀做功，使乒乓球重新鼓起来，在这个过程中，有能量传到低温热源——乒乓球内部的气体温度升高内能增大，所以它不是把吸收的热量全部用来对外做功，此过程不违反热力学第二定律。

命题意图：学会运用热力学第二定律的基本观点分析生活中的实际问题。

主要素养与水平：模型建构（Ⅱ）；科学推理（Ⅱ）。

5．参考解答：（1）违反热力学第二定律。根据热力学第二定律的开尔文表述，利用海水降温放出的热量对外做功必定需要低温热源，让部分热量传到低温热源处，故不能把热量全部用来做功。

（2）不违反热力学第二定律。因为“不同深度海水温度的差异”满足了有高温热塬（温度较高的海水）和低温热源（温度较低的海水）。高温海水的内能一部分用来对外做功，另一部分内能传给了低温海水。

命题意图：学会运用热力学第二定律的基本观点分析科技生产中的实际问题。

主要素养与水平：能量观念（Ⅱ）；科学推理（Ⅱ）。