牛顿第二定律的应用PPT教学课件
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传递的推动力
2. 传热学与工程热力学的关系
(1) 热力学 + 传热学 = 热科学(Thermal Science)
系平一的递统衡个过热少从态平程量。Φtt热传m(一到衡中的x,力热yΦf个另态传多,(z学学,) ) ：：递关 热 的 即的心 量 过 热速的 传 程 量率是 递 ， 传。
铁块, M1 300oC
水，M2 20oC
图0-1 传热学与热力学的区别
(2) 传热学以热力学第一定律和第二定律为
基础，即 始终从高温热源向低温热院传
3 传热学应用实例
自然界与生产过程到处存在温差 传热很普遍
(1) 日常生活中的例子： a 人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和 冬天都保持20度，那么在冬天与夏天、人在房间里所
θ T2
线,微小形变. 能 够瞬间恢复.即
T1
瞬间弹力改变
m
ΣF
mg
例3
y
一物块从倾角为θ,长为s的斜面的顶端由静止N开始滑下，
物块与斜面间的动摩擦因数为μ.求物块滑到斜面底端
所需的时间。
解：
x:
mg
sin
f
ma
f
a
y : N mg cos 0
θx
f N
G
mg sin mg cos ma
(8)黑体辐射的控制方程： Stefan-Boltzmann 定律
子热运动而进行的热量传递现象 (2)物质的属性：可以在固体、液体、气体中发生 (3)导热的特点：a 必须有温差；b 物体直接接触；c
依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递
热量；d 在引力场下单纯的导热只发生在密实固体
中。
(4) 一维稳态导热及其导热热阻 如图0-2所示，稳态 q = const。
(4) 对流换热的基本计算公式——牛顿冷却公式
Φ hA(tw t ) W
q Φ A
h(tw t f ) W m2
— 热流量[W]，单位时
q — 热间流传密W 递m2的热h —量表面传热W 系(m2 K)
——A与tw固流体体壁接度表触面的温壁C度面 面m2积—t
数 流体温度C
(5) 对流换热系数(表面传热系数) （Convection heat transfer coefficient）
穿的衣服能否一样？为什么？ b 夏天人在同样温度（如：25度）的空气和水中的感
觉不一样。为什么？ c 北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃，以利于保
温。如何解释其道理？越厚越好？
(2) 建筑环境与设备工程专业领域大量存在传热问题
例如：热源和冷源设备的选择、配套和合理有效利用； 供热通风空调及燃气产品的开发、设计和实验研究；各 种供热设备管道的保温材料及建筑围护结构材料的研制 及其热物理性质的测试、热损失的分析计算；各类换热 器的设计、选择和性能评价；建筑物的热工计算和环境
⑴小汽车的加速度.
T
⑵小工艺品受到的合外力 解：所受合外力为
F mgtg 0.210tg15 0.48N θ
加速度为
a gtg 10tg15 2.4m / s2
评讲3
一辆质量为1.0×103kg的汽车.经过10s由静止加 速到速度为108km/h后匀速前进.求:
⑴汽车受到的合外力。
a 当你靠近火的时候，会感到面向火的一面比背面热；
b 冬天的夜晚，呆在有窗帘的屋子内会感到比没有窗帘时
要舒服；
c 太阳能传递到地面
d 冬天，蔬菜大棚内的空气温度在0℃以上，但地面却可能
(4) 辐射换热：物体间靠热辐射进行的热量传递，它与单纯的 热辐射不同，就像对流和对流换热一样。
(5) 辐射换热的特点 a 不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介质的存在，在 真空中就可以传递能量 b 在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换 物体热力学能 电磁波能 物体热力学能 c 无论温度高低，物体都在不停地相互发射电磁 波能、相 互辐射能量；高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物 体辐射给高温物体的能量；总的结果是热由高温传到低温
0.1
讨论：由计算可见， 由于铜与硅藻土砖导热系数的巨大差 别， 导致在相同的条件下通过铜板的导热量比通过硅藻土 砖的导热量大三个数量级。 因而，铜是热的良导体， 而 硅藻土砖则起到一定的隔热作用
2 对流（热对流）(Convection)
(1)定义：流体中（气体或液体）温度不同的各部分之 间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处 传递到另一处的现象。
(2) 对流换热：当流体流过一个物体表面时的热量传递 过程，他与单纯的对流不同，具有如下特点：
a 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 b 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也
必须有温差 c 壁面处会形成速度梯度很大的边界层
(3)对流换热的分类 无相变：强迫对流和自然对流 有相变：沸腾换热和凝结换热
保护等。
4 传热过程的分类
按温度与时间的依变关系，可分为稳态和非稳态两大类。
§0-1 传热的三种基本方式
热量传递的三种基本方式：导热(热传导)、对流(热对流)
和热辐射。
1 导热（热传导）(Conduction)
(1)定义：指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体
间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒
F
AT T mg
mg B
例2
《个同质量步为训m练的》小P4球0弹-，14簧.平一,衡显条时轻著细弹形线簧变是和. 水一平根的细，线弹共簧同与拉竖住直一 方向的夹角是＊，不如能图瞬所间示恢，若复突. 然剪断细线，则在刚 剪断的瞬间弹簧拉即力瞬的间大弹小力是不___变___,小球加速度的方
向与竖直方向的夹角等于______.
a g(sin cos )
s 1 at 2 t 2s
2s
2
a g(sin cos )
教材练习
作业
必做：教材P83-11,12
选做：《同步训练》P42-5、6 《教与学》P106-1、P107-3、4
作业提示1
教材P83-11.
N
分析：物体受到重力、支持
力，所受合外力为
a
F mg sin
(推力) Ⅲ.悬挂(平面支持)类(复习再讲) ⑴超重失重类；⑵斜拉类 Ⅳ.实验类 Ⅴ.瞬时类
复习回顾－弹力
弹力产生条件－接触且形变. 形变分类－显著形变、微小形变
物体发生了可
观察形变，恢 复时需要时间
物体没发生可观
察形变，恢复时 不需要时间
常见物体的形变：弹簧类产生显著形变； 绳、板类产生微小形变。
f
推车时 F f ma
f F ma 90 451.8 9N
不推车时 f ma
a f m 9 45 0.2m / s2
G
评讲2
测量小汽车加速度的一种办法是看汽车里一个摆 的偏斜的角度.有的司机在他正前方的后视镜前 悬吊一个小工艺品，它就可以当作摆来估计汽车 的加速度.现在，小汽车正在加速行驶，质量为 0.20kg的小工艺品偏离竖直位置正好15°.求：
6m / s2
t v 0 30 5s s vt 30 5 75m
a 6
2
aN
N a′
f
F
f
G
G
复习解题步骤
分类：1.已知受力，确定运动情况； 2.已知运动情况，确定受力。
受力 分析
第1类 先求a 第2类
运动 参量
题型分类(基础模块)
Ⅰ.平面类 ⑴水平拉力(推力)；⑵斜拉力(推力) Ⅱ.斜面类 ⑴平行于斜面拉力(推力)⑵不平行于斜面拉力
(6) 辐射换热的研究方法：假设一种黑体，它只关心热辐
射的共性规律，忽略其他因素，然后，真实物体的辐射
则与黑体进行比较和修正，通过实验获得修正系数，从
而获得真实物体的热辐射规律 (7) 黑体的定义：能吸收投入到其表面上的所有热辐射的
物体，包括所有方向和所有波长，因此，相同温度下，
， ，
黑体的吸收能力最强
§4.5牛顿第二定律应用Ⅱ
2004.12.23
评讲1
一位工人沿水平方向推一质量为45kg的运料
车,所用的水平推力为90N,此时运料车的加速度
是1.8m/s2.当这位工人不再推车时,车的加速度多
大？
N
分析：推车时小车受4个力； 合力为F-f.加速度为1.8m/s2.
不推车时小车受几个力？
F
由谁产生加速度？
铜：
q tw1 tw2 375 300 100 0.75106 W m2
0.1
钢： 铬砖：
q tw1 tw2 36.4 300 100 0.73105 W m2
0.1
q tw1 tw2 2.32 300 100 4.64103 W m2
0.05
硅藻土砖：
q tw1 tw2 0.242 300 100 4.84102 W m2
⑵如果关闭汽车油门并刹车，设汽车受到的阻力 位6.0×103N,求汽车由108km/h到停下来所用的 时间和所通过的路程。
a
a′
评讲3续
⑴汽车受到的合外力 a v 30 3m / s2
t 10
F ma 1.0103 3 3.0103 N
关闭汽车油门并刹车 a f
m
6.0103 1.0 103
传热学
（Heat Transfer）
参考 书
教材: 《传热学》 章熙民等编著，第四版 《传热学》 杨世铭、陶文铨编著，第三版 《传热学》 戴锅生，第二版 《数值传热学》 陶文铨编著 《传热学》 赵镇南编著 《凝结和沸腾》施明恒等编著 《辐射换热》 余其铮编著 Heat Transfer (2nd Edition), by Anthony F. Mills Heat Transfer , by J.P.Holman Fundamentals of Heat Transfer, by F. P. Incropera, D.P. DeWitt
加速度为
θ G
a F g sin 0.6g 6m / s2
m
作业提示2
教材P83-12.
N
分析：物体受到重力、支持
力，摩擦力.
mg sin f ma mg cos N 0 f N
加速度为
f
a
θ G
a mg sin mg cos g(sin cos )
m
10(0.6 0.2 0.8) 4.4m / s2
考核方法
平时成绩: 20% (包括：实验、 出勤及作业)
期末考试: 80%
绪论
§1-0 概 述
1. 传热学（ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱeat Transfer）
(1) 研究热量传递规律的科学，具体来讲主要有热量传递 的机理、规律、计算和测试方法 (2) 热量传递过程的推动力：温差
热力学第二定律：热量可以自发地由高温热源传给 低温热源 有温差就会有传热 温差是热量
h Φ ( A(tw t )) W (m2 K)
—— 当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积 上、单位时间内所传递的热量
影响h因素：流速、流体物性、壁面形状大小等
Φ t t
1 (hA) Rh q t t
1 h rh
(6) 对流换热热阻：
Φ t t
1 (hA) Rh q t t
1 h rh
Rh 1 (hA) [ C W ]
rh 1 h [m2C W ]
Thermal resistance for convection
3 热辐射(Thermal radiation)
(1) 定义：有热运动产生的，以电磁波形式传递能量的现象 (2) 特点：a 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向 周围空间发出热辐射；b 可以在真空中传播；c 伴随能量形 式的转变；d 具有强烈的方向性；e 辐射能与温度和波长均 (3) 生活中有的关例；子f：发射辐射取决于温度的4次方。
例1
如图所示，A、B质量相等，用一细线相连，并 由一弹簧挂于天花板上，若将A、B间的细线烧 断，则在烧断的瞬间，A球的加速度为______， 方向______，B球的加速度为______，方向 ______。
弹簧,显著形变. 不能瞬间恢复. 即瞬间弹力不变
线,微小形变. 能 够瞬间恢复.即 瞬间弹力改变
q
tw1 tw2
t r
Φ
tw1 tw2
t R
A
t
dx
tw1
dt
Q
tw2
R
A
r
导热热阻 单位导热热阻
0
tw1
Q
A
x
tw2
图0-2 导热热 阻的图示
例 题 1-1
例题 1-1 一块厚度δ=100 mm 的平板， 两侧表面分别维 持在 tw1 300oC,tw2 100oC. 试求下列条件下的热流密度。 (1)材料为铜，λ=375 W/(m.K ); (2)材料为钢， λ=36.4 W/(m.K ); (3)材料为铬砖， λ=2.32 W/(m.K )； (4)材料为铬藻土砖， λ=0.242 W/(m.K )。 解：参见图1-2。 及一维稳态导热公式有：
2. 传热学与工程热力学的关系
(1) 热力学 + 传热学 = 热科学(Thermal Science)
系平一的递统衡个过热少从态平程量。Φtt热传m(一到衡中的x,力热yΦf个另态传多,(z学学,) ) ：：递关 热 的 即的心 量 过 热速的 传 程 量率是 递 ， 传。
铁块, M1 300oC
水，M2 20oC
图0-1 传热学与热力学的区别
(2) 传热学以热力学第一定律和第二定律为
基础，即 始终从高温热源向低温热院传
3 传热学应用实例
自然界与生产过程到处存在温差 传热很普遍
(1) 日常生活中的例子： a 人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和 冬天都保持20度，那么在冬天与夏天、人在房间里所
θ T2
线,微小形变. 能 够瞬间恢复.即
T1
瞬间弹力改变
m
ΣF
mg
例3
y
一物块从倾角为θ,长为s的斜面的顶端由静止N开始滑下，
物块与斜面间的动摩擦因数为μ.求物块滑到斜面底端
所需的时间。
解：
x:
mg
sin
f
ma
f
a
y : N mg cos 0
θx
f N
G
mg sin mg cos ma
(8)黑体辐射的控制方程： Stefan-Boltzmann 定律
子热运动而进行的热量传递现象 (2)物质的属性：可以在固体、液体、气体中发生 (3)导热的特点：a 必须有温差；b 物体直接接触；c
依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递
热量；d 在引力场下单纯的导热只发生在密实固体
中。
(4) 一维稳态导热及其导热热阻 如图0-2所示，稳态 q = const。
(4) 对流换热的基本计算公式——牛顿冷却公式
Φ hA(tw t ) W
q Φ A
h(tw t f ) W m2
— 热流量[W]，单位时
q — 热间流传密W 递m2的热h —量表面传热W 系(m2 K)
——A与tw固流体体壁接度表触面的温壁C度面 面m2积—t
数 流体温度C
(5) 对流换热系数(表面传热系数) （Convection heat transfer coefficient）
穿的衣服能否一样？为什么？ b 夏天人在同样温度（如：25度）的空气和水中的感
觉不一样。为什么？ c 北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃，以利于保
温。如何解释其道理？越厚越好？
(2) 建筑环境与设备工程专业领域大量存在传热问题
例如：热源和冷源设备的选择、配套和合理有效利用； 供热通风空调及燃气产品的开发、设计和实验研究；各 种供热设备管道的保温材料及建筑围护结构材料的研制 及其热物理性质的测试、热损失的分析计算；各类换热 器的设计、选择和性能评价；建筑物的热工计算和环境
⑴小汽车的加速度.
T
⑵小工艺品受到的合外力 解：所受合外力为
F mgtg 0.210tg15 0.48N θ
加速度为
a gtg 10tg15 2.4m / s2
评讲3
一辆质量为1.0×103kg的汽车.经过10s由静止加 速到速度为108km/h后匀速前进.求:
⑴汽车受到的合外力。
a 当你靠近火的时候，会感到面向火的一面比背面热；
b 冬天的夜晚，呆在有窗帘的屋子内会感到比没有窗帘时
要舒服；
c 太阳能传递到地面
d 冬天，蔬菜大棚内的空气温度在0℃以上，但地面却可能
(4) 辐射换热：物体间靠热辐射进行的热量传递，它与单纯的 热辐射不同，就像对流和对流换热一样。
(5) 辐射换热的特点 a 不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介质的存在，在 真空中就可以传递能量 b 在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换 物体热力学能 电磁波能 物体热力学能 c 无论温度高低，物体都在不停地相互发射电磁 波能、相 互辐射能量；高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物 体辐射给高温物体的能量；总的结果是热由高温传到低温
0.1
讨论：由计算可见， 由于铜与硅藻土砖导热系数的巨大差 别， 导致在相同的条件下通过铜板的导热量比通过硅藻土 砖的导热量大三个数量级。 因而，铜是热的良导体， 而 硅藻土砖则起到一定的隔热作用
2 对流（热对流）(Convection)
(1)定义：流体中（气体或液体）温度不同的各部分之 间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处 传递到另一处的现象。
(2) 对流换热：当流体流过一个物体表面时的热量传递 过程，他与单纯的对流不同，具有如下特点：
a 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 b 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也
必须有温差 c 壁面处会形成速度梯度很大的边界层
(3)对流换热的分类 无相变：强迫对流和自然对流 有相变：沸腾换热和凝结换热
保护等。
4 传热过程的分类
按温度与时间的依变关系，可分为稳态和非稳态两大类。
§0-1 传热的三种基本方式
热量传递的三种基本方式：导热(热传导)、对流(热对流)
和热辐射。
1 导热（热传导）(Conduction)
(1)定义：指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体
间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒
F
AT T mg
mg B
例2
《个同质量步为训m练的》小P4球0弹-，14簧.平一,衡显条时轻著细弹形线簧变是和. 水一平根的细，线弹共簧同与拉竖住直一 方向的夹角是＊，不如能图瞬所间示恢，若复突. 然剪断细线，则在刚 剪断的瞬间弹簧拉即力瞬的间大弹小力是不___变___,小球加速度的方
向与竖直方向的夹角等于______.
a g(sin cos )
s 1 at 2 t 2s
2s
2
a g(sin cos )
教材练习
作业
必做：教材P83-11,12
选做：《同步训练》P42-5、6 《教与学》P106-1、P107-3、4
作业提示1
教材P83-11.
N
分析：物体受到重力、支持
力，所受合外力为
a
F mg sin
(推力) Ⅲ.悬挂(平面支持)类(复习再讲) ⑴超重失重类；⑵斜拉类 Ⅳ.实验类 Ⅴ.瞬时类
复习回顾－弹力
弹力产生条件－接触且形变. 形变分类－显著形变、微小形变
物体发生了可
观察形变，恢 复时需要时间
物体没发生可观
察形变，恢复时 不需要时间
常见物体的形变：弹簧类产生显著形变； 绳、板类产生微小形变。
f
推车时 F f ma
f F ma 90 451.8 9N
不推车时 f ma
a f m 9 45 0.2m / s2
G
评讲2
测量小汽车加速度的一种办法是看汽车里一个摆 的偏斜的角度.有的司机在他正前方的后视镜前 悬吊一个小工艺品，它就可以当作摆来估计汽车 的加速度.现在，小汽车正在加速行驶，质量为 0.20kg的小工艺品偏离竖直位置正好15°.求：
6m / s2
t v 0 30 5s s vt 30 5 75m
a 6
2
aN
N a′
f
F
f
G
G
复习解题步骤
分类：1.已知受力，确定运动情况； 2.已知运动情况，确定受力。
受力 分析
第1类 先求a 第2类
运动 参量
题型分类(基础模块)
Ⅰ.平面类 ⑴水平拉力(推力)；⑵斜拉力(推力) Ⅱ.斜面类 ⑴平行于斜面拉力(推力)⑵不平行于斜面拉力
(6) 辐射换热的研究方法：假设一种黑体，它只关心热辐
射的共性规律，忽略其他因素，然后，真实物体的辐射
则与黑体进行比较和修正，通过实验获得修正系数，从
而获得真实物体的热辐射规律 (7) 黑体的定义：能吸收投入到其表面上的所有热辐射的
物体，包括所有方向和所有波长，因此，相同温度下，
， ，
黑体的吸收能力最强
§4.5牛顿第二定律应用Ⅱ
2004.12.23
评讲1
一位工人沿水平方向推一质量为45kg的运料
车,所用的水平推力为90N,此时运料车的加速度
是1.8m/s2.当这位工人不再推车时,车的加速度多
大？
N
分析：推车时小车受4个力； 合力为F-f.加速度为1.8m/s2.
不推车时小车受几个力？
F
由谁产生加速度？
铜：
q tw1 tw2 375 300 100 0.75106 W m2
0.1
钢： 铬砖：
q tw1 tw2 36.4 300 100 0.73105 W m2
0.1
q tw1 tw2 2.32 300 100 4.64103 W m2
0.05
硅藻土砖：
q tw1 tw2 0.242 300 100 4.84102 W m2
⑵如果关闭汽车油门并刹车，设汽车受到的阻力 位6.0×103N,求汽车由108km/h到停下来所用的 时间和所通过的路程。
a
a′
评讲3续
⑴汽车受到的合外力 a v 30 3m / s2
t 10
F ma 1.0103 3 3.0103 N
关闭汽车油门并刹车 a f
m
6.0103 1.0 103
传热学
（Heat Transfer）
参考 书
教材: 《传热学》 章熙民等编著，第四版 《传热学》 杨世铭、陶文铨编著，第三版 《传热学》 戴锅生，第二版 《数值传热学》 陶文铨编著 《传热学》 赵镇南编著 《凝结和沸腾》施明恒等编著 《辐射换热》 余其铮编著 Heat Transfer (2nd Edition), by Anthony F. Mills Heat Transfer , by J.P.Holman Fundamentals of Heat Transfer, by F. P. Incropera, D.P. DeWitt
加速度为
θ G
a F g sin 0.6g 6m / s2
m
作业提示2
教材P83-12.
N
分析：物体受到重力、支持
力，摩擦力.
mg sin f ma mg cos N 0 f N
加速度为
f
a
θ G
a mg sin mg cos g(sin cos )
m
10(0.6 0.2 0.8) 4.4m / s2
考核方法
平时成绩: 20% (包括：实验、 出勤及作业)
期末考试: 80%
绪论
§1-0 概 述
1. 传热学（ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱeat Transfer）
(1) 研究热量传递规律的科学，具体来讲主要有热量传递 的机理、规律、计算和测试方法 (2) 热量传递过程的推动力：温差
热力学第二定律：热量可以自发地由高温热源传给 低温热源 有温差就会有传热 温差是热量
h Φ ( A(tw t )) W (m2 K)
—— 当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积 上、单位时间内所传递的热量
影响h因素：流速、流体物性、壁面形状大小等
Φ t t
1 (hA) Rh q t t
1 h rh
(6) 对流换热热阻：
Φ t t
1 (hA) Rh q t t
1 h rh
Rh 1 (hA) [ C W ]
rh 1 h [m2C W ]
Thermal resistance for convection
3 热辐射(Thermal radiation)
(1) 定义：有热运动产生的，以电磁波形式传递能量的现象 (2) 特点：a 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向 周围空间发出热辐射；b 可以在真空中传播；c 伴随能量形 式的转变；d 具有强烈的方向性；e 辐射能与温度和波长均 (3) 生活中有的关例；子f：发射辐射取决于温度的4次方。
例1
如图所示，A、B质量相等，用一细线相连，并 由一弹簧挂于天花板上，若将A、B间的细线烧 断，则在烧断的瞬间，A球的加速度为______， 方向______，B球的加速度为______，方向 ______。
弹簧,显著形变. 不能瞬间恢复. 即瞬间弹力不变
线,微小形变. 能 够瞬间恢复.即 瞬间弹力改变
q
tw1 tw2
t r
Φ
tw1 tw2
t R
A
t
dx
tw1
dt
Q
tw2
R
A
r
导热热阻 单位导热热阻
0
tw1
Q
A
x
tw2
图0-2 导热热 阻的图示
例 题 1-1
例题 1-1 一块厚度δ=100 mm 的平板， 两侧表面分别维 持在 tw1 300oC,tw2 100oC. 试求下列条件下的热流密度。 (1)材料为铜，λ=375 W/(m.K ); (2)材料为钢， λ=36.4 W/(m.K ); (3)材料为铬砖， λ=2.32 W/(m.K )； (4)材料为铬藻土砖， λ=0.242 W/(m.K )。 解：参见图1-2。 及一维稳态导热公式有：