2025年大學《聲學》專業(yè)題庫——聲學物理學基礎：聲音傳播的物理規(guī)律考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請將正確選項的字母填入括號內(nèi)）1.以下哪種介質(zhì)中聲速最大？A.空氣B.水C.鋼D.真空2.聲壓級用分貝（dB）表示，它描述的是聲音的：A.聲源強度B.聲波頻率C.聲壓的絕對值D.聲壓的相對大小3.當聲源與觀察者相互靠近時，觀察者接收到的聲波頻率將：A.增大B.減小C.不變D.先增大后減小4.聲波從空氣垂直入射到墻壁上，部分能量被反射，部分能量透射進入墻內(nèi)。這主要體現(xiàn)了聲波的：A.橫波特性B.縱波特性C.反射特性D.吸收特性5.在自由聲場中，點聲源向四周均勻輻射聲能，距離聲源1米處的聲強級與距離聲源2米處的聲強級相比：A.高6dBB.低6dBC.高20dBD.低20dB二、填空題（請將答案填入橫線處）6.聲波是機械振動在介質(zhì)中傳播形成的______波。7.聲壓是指介質(zhì)中因聲波傳播而引起的______的瞬時變化量。8.聲強是指單位時間內(nèi)通過垂直于聲波傳播方向的單位面積上的______。9.聲波在兩種不同介質(zhì)分界面處發(fā)生______和______現(xiàn)象。10.聲波在傳播過程中，其聲能逐漸減少的現(xiàn)象稱為______。11.描述聲波在介質(zhì)中傳播快慢的物理量是______。三、簡答題12.簡述聲壓級和聲強級的定義及其單位。它們與聲壓和聲強之間有何關系？13.解釋多普勒效應的物理原理，并舉例說明其應用。14.當聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時，其頻率、波長和波速會發(fā)生怎樣的變化？為什么？四、計算題15.已知空氣中聲速為343m/s，某聲源的頻率為500Hz。求：(1)該聲波在空氣中傳播的波長是多少？(2)若聲源與觀察者相距100米，且兩者相向而行，速度均為0.5m/s，觀察者接收到的聲波頻率是多少？（多普勒效應）16.一個點聲源在自由聲場中輻射聲能，其聲功率為0.01W。求距離聲源10米處的聲強是多少？若介質(zhì)密度為1.21kg/m3，聲速為343m/s，求該處空氣質(zhì)點的最大速度幅值是多少？17.聲波從空氣（聲阻抗Z?=418Pa·s/m2）垂直入射到水中（聲阻抗Z?=1.48×10?Pa·s/m2）的邊界上。求：(1)聲波的反射系數(shù)是多少？(2)聲波的透射系數(shù)是多少？試卷答案一、選擇題1.C2.D3.A4.C5.B二、填空題6.機械7.空壓（或壓強）8.聲能9.反射；透射（順序可互換）10.衰減（或吸收）11.聲速三、簡答題12.答案：聲壓級（SPL）定義為聲壓有效值（P）相對于參考聲壓（P?，通常為2×10??Pa）的對數(shù)比，乘以20。單位是分貝（dB）。SPL=20*log??(P/P?)聲強級（SIL）定義為聲強（I）相對于參考聲強（I?，通常為1×10?12W/m2）的對數(shù)比，乘以10。單位是分貝（dB）。SIL=10*log??(I/I?)聲壓級和聲強級都是相對量，用于描述聲音的強弱，比絕對值更容易反映人耳聽覺感知的變化。它們之間通過聲壓和聲強以及聲阻抗聯(lián)系起來。例如，在空氣中，SPL可以通過I計算：SPL=10*log??(I/I?)=10*log??((ρv2P)/(ρv2P?))=20*log??(P/P?)，其中ρ是密度，v是聲速，P是聲壓。解析思路：首先要明確聲壓級和聲強級的定義公式及其單位。聲壓級是聲壓有效值與參考聲壓的對數(shù)比乘以20，單位是dB。聲強級是聲強與參考聲強的對數(shù)比乘以10，單位是dB。其次要理解它們是相對量，用于表示聲音強弱的相對大小，比絕對值更能反映聽感差異。最后，要認識到兩者并非完全獨立，可以通過聲強I=ρv2P（ρ為密度，v為聲速，P為聲壓）聯(lián)系起來，從而推導出兩者之間的關系（在特定條件下，如ρ和v不變時，聲壓級與聲強級存在固定差值和聯(lián)系）。13.答案：多普勒效應是指波源與觀察者相對運動時，觀察者接收到的波頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。當波源與觀察者相互靠近時，觀察者接收到的波前更密集，頻率高于波源的頻率；當波源與觀察者相互遠離時，觀察者接收到的波前更稀疏，頻率低于波源的頻率。其物理原理基于波在介質(zhì)中傳播的速度僅取決于介質(zhì)本身，而與波源或觀察者的運動無關。因此，當相對靠近時，單位時間內(nèi)觀察者接收到的完整波數(shù)增多；當相對遠離時，接收到的波數(shù)減少。多普勒效應廣泛應用于雷達測速、醫(yī)學超聲診斷、交通警察測速等。解析思路：解釋多普勒效應需要說明其定義：波源和觀察者相對運動導致接收頻率變化。關鍵在于闡述其物理原理：波速由介質(zhì)決定，與相對速度無關。通過分析相對靠近和遠離時波前的疏密變化，可以解釋頻率增減的原因。最后可以舉例說明其實際應用。14.答案：聲波的頻率由聲源決定，在介質(zhì)中傳播時保持不變。聲波的波速由介質(zhì)的物理性質(zhì)（密度和彈性模量）決定，不同介質(zhì)中波速不同。根據(jù)波速公式v=fλ（v為波速，f為頻率，λ為波長），由于頻率f不變，波速v改變時，波長λ必須隨之改變以保持等式成立。因此，當聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時，頻率不變，波速和波長會發(fā)生變化。具體變化趨勢取決于新介質(zhì)波速相對于原介質(zhì)波速是增大還是減小。解析思路：要回答這個問題，必須明確聲波頻率、波速、波長的關系（v=fλ）。核心在于認識到：頻率f由聲源決定，波速v由介質(zhì)決定，波長λ是頻率和波速的乘積。當介質(zhì)改變時，v改變，而f不變，所以λ必須改變以維持等式平衡。要判斷λ如何改變，只需要看新介質(zhì)波速與原介質(zhì)波速的比較：v變大則λ變大；v變小則λ變小。四、計算題15.解：(1)波長λ=v/f=343m/s/500Hz=0.686m(2)觀察者向聲源運動，設觀察者速度為v?=0.5m/s。接收到的頻率f'=f*(v+v?)/v=500*(343+0.5)/343=500*(1+0.5/343)≈500*1.00146≈500.73Hz解析思路：(1)直接應用波長公式λ=v/f，代入聲速v和頻率f即可計算波長。(2)應用多普勒效應公式。由于觀察者向聲源靠近，觀察者自身速度v?應加到聲速上。公式為f'=f*(v+v?)/v。代入已知數(shù)值計算即可。注意區(qū)分波源和觀察者相對運動方向?qū)街兴俣软椀挠绊憽?6.解：聲強I=聲功率W/(4πr2)=0.01W/(4π*102m2)≈0.01/(400π)W/m2≈7.96×10??W/m2最大速度幅值umax=2*sqrt(I/(ρv))=2*sqrt(7.96×10??/(1.21*343))m/s≈2*sqrt(7.96×10??/417.03)m/s≈2*sqrt(1.91×10??)m/s≈2*1.38×10??m/s≈2.76×10??m/s解析思路：(1)計算距離聲源r處的聲強I。點聲源在自由聲場中，聲強與距離的平方成反比。使用公式I=W/(4πr2)，其中W是聲功率，r是距離。代入數(shù)值計算。(2)計算空氣質(zhì)點的最大速度幅值umax。根據(jù)聲強公式I=(ρv)*(umax)2/2，其中ρ是介質(zhì)密度，v是聲速?？梢酝茖С鰑max=sqrt(2I/(ρv))。代入已知的聲強I、空氣密度ρ和聲速v進行計算。17.解：反射系數(shù)R=(Z?-Z?)/(Z?+Z?)=(1.48×10?-418)/(1.48×10?+418)Pa·s/m2≈1.48×10?/(1.4800418×10?)≈0.999714透射系數(shù)T=2Z?/(Z?+Z?)=2*1.48×10?/(1.48×10?+418)Pa·s/m2≈2.96×10?/(1.4800418×10?)≈2/1.4800418≈