2025年大學(xué)《物理學(xué)》專業(yè)題庫——聲波傳播與聲學(xué)效應(yīng)的物理學(xué)理論分析考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述產(chǎn)生聲波的條件和過程。2.解釋多普勒效應(yīng)的物理原理，并說明其應(yīng)用實(shí)例。3.駐波是如何形成的？簡述駐波與行波的主要區(qū)別。4.噪聲有哪些主要來源？簡述控制噪聲的基本途徑。二、計(jì)算題（每題10分，共30分）1.一平面簡諧波沿x軸正方向傳播，波速為340m/s，頻率為500Hz。已知t=0時(shí)，x=0處質(zhì)元的位移為零，且向y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)。求該波的波動(dòng)方程。2.一聲源以15m/s的速度向觀察者靠近，聲源發(fā)出的頻率為1000Hz，聲波在空氣中的傳播速度為340m/s。求觀察者接收到的頻率。3.兩個(gè)相干聲源S1和S2，相距30cm，發(fā)出頻率為500Hz的相同聲波，聲波在空氣中的傳播速度為340m/s。求在兩聲源連線中點(diǎn)處，因干涉而靜止的點(diǎn)到S1的距離。三、論述題（每題15分，共30分）1.試述聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)能量衰減的原因，并說明吸收系數(shù)的物理意義。2.超聲波有哪些主要特性？簡述超聲波在醫(yī)學(xué)、工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用原理。四、證明題（15分）證明：在彈性介質(zhì)中，聲波的傳播速度僅取決于介質(zhì)的性質(zhì)，與聲波的頻率無關(guān)。試卷答案一、簡答題1.聲波是由物體的振動(dòng)產(chǎn)生的。當(dāng)振動(dòng)頻率在可聞聲波范圍內(nèi)（約20Hz到20kHz），且振動(dòng)能夠引起周圍介質(zhì)（如空氣、水等）的振動(dòng)時(shí)，就會產(chǎn)生聲波。聲波通過介質(zhì)中的彈性波傳播出去。2.多普勒效應(yīng)是指當(dāng)聲源和觀察者相對介質(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的聲波頻率會發(fā)生變化。當(dāng)聲源靠近觀察者時(shí)，接收到的頻率高于聲源頻率；當(dāng)聲源遠(yuǎn)離觀察者時(shí)，接收到的頻率低于聲源頻率。應(yīng)用實(shí)例包括交通警察用多普勒雷達(dá)測速、醫(yī)學(xué)上的多普勒超聲等。3.駐波是由兩列頻率相同、振幅相近、傳播方向相反的波疊加而成。駐波的特點(diǎn)是介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)不隨波前進(jìn)，而是在其平衡位置附近做振動(dòng)。與行波不同，行波中各質(zhì)點(diǎn)都做簡諧運(yùn)動(dòng)且相位隨位置變化，而駐波中存在振幅始終為零的節(jié)點(diǎn)和振幅最大的腹點(diǎn)，且節(jié)點(diǎn)與腹點(diǎn)間隔分布。4.噪聲的主要來源包括工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、建筑施工等產(chǎn)生的機(jī)械噪聲，以及人類活動(dòng)產(chǎn)生的社會噪聲等?？刂圃肼暤幕就緩桨ㄔ诼曉刺幙刂圃肼暎ń档驮肼暜a(chǎn)生），在傳播途徑中控制噪聲（吸聲、隔聲、消聲），以及在人耳處防護(hù)（佩戴耳塞等）。二、計(jì)算題1.解：設(shè)波動(dòng)方程為y=Acos(ωt-kx+φ)。已知ω=2πf=2π×500=1000rad/s，v=340m/s。則波數(shù)k=ω/v=1000/340≈2.94rad/m。根據(jù)題意，t=0時(shí)，x=0處，y=0，且v=-Aωsin(φ)<0，說明sin(φ)>0。所以y=Acos(1000t-2.94x+φ)。又因?yàn)閠=0,x=0時(shí)，y=0，得Acos(φ)=0。由于振幅A>0，必有cos(φ)=0，即φ=π/2+2nπ(n為整數(shù))。取φ=π/2。故波動(dòng)方程為y=Acos(1000t-2.94x+π/2)。（注：若題目隱含振幅A為已知，如A=0.01m，則結(jié)果可進(jìn)一步具體化）2.解：設(shè)觀察者接收到的頻率為f'，聲源頻率為f=1000Hz，聲速為v=340m/s，聲源速度為vs=15m/s。由于聲源靠近觀察者，根據(jù)多普勒效應(yīng)公式，f'=f(v/(v-vs))=1000*(340/(340-15))≈1000*(340/325)≈1046Hz。3.解：兩聲源間距d=30cm=0.3m，聲波頻率f=500Hz，聲速v=340m/s。波長λ=v/f=340/500=0.68m。在兩聲源連線中點(diǎn)，兩聲源到該點(diǎn)的距離相等，設(shè)為r。要因干涉而靜止，則兩聲源到該點(diǎn)的距離之差必須為半波長的奇數(shù)倍，即|r-r|=(2n+1)λ/2(n為整數(shù))。由于r=r，|r-r|=0，所以不能形成靜止點(diǎn)。題目可能意為求到S1距離為λ/4處（即距離中點(diǎn)λ/4處）的點(diǎn)的位置。若在兩聲源連線上，且到S1的距離為r1，到S2的距離為r2，要求|r1-r2|=λ/4。設(shè)該點(diǎn)距S1為x，則距S2為(0.3-x)。|x-(0.3-x)|=λ/4=>|2x-0.3|=0.68/4=0.17。解得2x-0.3=0.17或2x-0.3=-0.17。x=0.23m或x=0.07m。這兩個(gè)點(diǎn)在S1和S2之間，分別距S10.23m和0.07m處。根據(jù)題意，通常取其中一個(gè)解，如0.07m。三、論述題1.聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，能量會逐漸衰減。主要原因包括：*介質(zhì)吸收：介質(zhì)內(nèi)部的分子或原子對聲波的振動(dòng)會阻礙，將部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能或其他形式的能量。吸收的強(qiáng)弱與頻率有關(guān)，通常頻率越高，吸收越強(qiáng)。*散射：聲波遇到介質(zhì)中不均勻的微小粒子或界面時(shí)，會向不同方向散射，導(dǎo)致沿原方向傳播的能量減少。*擴(kuò)散：對于球面波等，隨著傳播距離的增加，聲能分布在越來越大的球面上，導(dǎo)致單位面積上的聲能（聲強(qiáng)）減小。吸收系數(shù)α表示聲波通過單位距離介質(zhì)時(shí)吸收聲能的分?jǐn)?shù)，反映了介質(zhì)對聲波的吸收能力。α越大，表示吸收越強(qiáng)。2.超聲波的主要特性包括：頻率高（通常>20kHz），波長短，方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于聚焦，能在水中傳播且衰減較小，能產(chǎn)生空化效應(yīng)等。*醫(yī)學(xué)應(yīng)用原理：利用超聲波的高頻率和穿透性，將其聚焦于人體內(nèi)部組織。超聲波在人體不同組織界面會發(fā)生反射和折射，通過接收反射回來的超聲波信號并進(jìn)行分析，可以構(gòu)建人體內(nèi)部的圖像（超聲成像），用于診斷疾病。利用超聲波的空化效應(yīng)或熱效應(yīng)，可以進(jìn)行治療（如粉碎結(jié)石、理療）。*工業(yè)應(yīng)用原理：利用超聲波的穿透性和機(jī)械效應(yīng)，進(jìn)行材料檢測（如探傷、測厚）、清洗（利用空化效應(yīng)去除污垢）、焊接（超聲波焊接）、加工（超聲波鉆孔、切割）等。四、證明題證明：聲波在彈性介質(zhì)中的傳播速度v由介質(zhì)的彈性模量E和密度ρ決定，v=√(E/ρ)。對于大多數(shù)彈性介質(zhì)（如空氣、水、固體），彈性模量E主要取決于介質(zhì)的體變模量K（對于體波）或剪切模量G（對于面波或橫波），而體變模量K和密度ρ的比值（K/ρ）以及剪切模量G和密度ρ的比值（G/ρ）通常不隨聲波的頻率f變化而顯著變化。因此，聲速v≈√(