2025年大學(xué)《聲學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——聲波傳播在防災(zāi)減災(zāi)中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填在括號(hào)內(nèi)）1.在理想介質(zhì)中，聲波的傳播速度主要取決于（）。A.聲波的頻率B.聲波的聲壓C.聲波的能量D.介質(zhì)的性質(zhì)（如密度和彈性模量）2.當(dāng)聲波從空氣垂直入射到水面時(shí)，部分聲能會(huì)反射回來(lái)，這主要由于（）。A.聲波頻率發(fā)生變化B.聲波能量被吸收C.兩種介質(zhì)密度和聲速不同導(dǎo)致聲阻抗差異D.聲波發(fā)生衍射3.次聲波是指頻率低于（）赫茲的聲波。A.20B.200C.2000D.200004.在地震災(zāi)害中，能夠最先到達(dá)震中附近臺(tái)站的地震波是（）。A.S波B.P波C.L波D.R波5.利用次聲波監(jiān)測(cè)臺(tái)風(fēng)的主要原理是利用次聲波能夠（）。A.穿透云層B.在大氣中長(zhǎng)距離傳播C.攜帶大量臺(tái)風(fēng)內(nèi)部能量信息D.被海面強(qiáng)烈反射6.聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)時(shí)，當(dāng)橋梁內(nèi)部出現(xiàn)微裂紋擴(kuò)展時(shí)，通常會(huì)伴隨產(chǎn)生（）。A.恒定頻率的振動(dòng)B.低幅度的瞬態(tài)彈性聲信號(hào)C.均勻的背景噪聲D.空氣中的次聲波7.聲納技術(shù)在水下探測(cè)中主要利用聲波在水中傳播速度（）的特點(diǎn)。A.比在空氣中快得多B.比在空氣中慢得多C.幾乎為零D.與在空氣中相同8.多普勒效應(yīng)在聲學(xué)探測(cè)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在（）。A.測(cè)量聲源到接收器的距離B.測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的速度C.確定聲波的頻率D.改變聲波的傳播方向9.在城市峽谷環(huán)境中，聲波的傳播會(huì)受到建筑物阻礙，出現(xiàn)（）現(xiàn)象。A.頻率調(diào)制B.相位反轉(zhuǎn)C.傳播路徑復(fù)雜化及聲影區(qū)D.聲強(qiáng)突然增強(qiáng)10.地震預(yù)警系統(tǒng)利用P波和S波到達(dá)時(shí)間差來(lái)計(jì)算震中距離，其依據(jù)是（）。A.P波速度總大于S波速度B.兩種波傳播路徑完全不同C.地面接收兩種波的時(shí)間間隔與距離成正比D.震源釋放的能量決定兩種波的強(qiáng)度二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.聲壓級(jí)（SPL）是表示聲波______的相對(duì)指標(biāo)，其單位是______。2.聲波在傳播過(guò)程中，能量會(huì)逐漸減弱，這種現(xiàn)象稱為_(kāi)_____，其主要原因包括介質(zhì)吸收和______。3.地震波中，______波是縱波，______波是橫波。4.次聲波由于其頻率低、衰減小，可以用來(lái)監(jiān)測(cè)地球______、大型工業(yè)設(shè)備故障以及______等遠(yuǎn)程事件。5.聲發(fā)射技術(shù)利用材料內(nèi)部缺陷或裂紋______時(shí)產(chǎn)生的彈性波信號(hào)來(lái)進(jìn)行探測(cè)。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述聲波的反射和衍射現(xiàn)象，并分別說(shuō)明它們?cè)诼晫W(xué)探測(cè)中可能起到的作用。2.簡(jiǎn)要說(shuō)明利用次聲波監(jiān)測(cè)火山噴發(fā)活動(dòng)的原理及其優(yōu)勢(shì)。3.簡(jiǎn)述聲納技術(shù)在防災(zāi)減災(zāi)中可能的應(yīng)用方向（至少列舉兩點(diǎn)）。4.簡(jiǎn)要解釋聲阻抗的概念及其在聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時(shí)的重要性。四、計(jì)算題（每題8分，共16分）1.已知空氣中聲速約為343米/秒，一聲源發(fā)出頻率為1000赫茲的聲波。求該聲波在空氣中的波長(zhǎng)。若該聲波傳播20秒后到達(dá)距離聲源10000米的接收點(diǎn)，請(qǐng)判斷接收點(diǎn)處聲波的相位落后于聲源處多少個(gè)周期。2.聲波從空氣（聲速343米/秒，密度1.21千克/立方米）垂直入射到水（聲速1480米/秒，密度1000千克/立方米）的界面。設(shè)空氣中的聲壓幅值為P?，求水中的聲壓幅值P?（不考慮能量損失）。五、論述題（12分）結(jié)合聲波傳播的特性（如衰減、反射、多普勒效應(yīng)等），論述利用聲學(xué)技術(shù)進(jìn)行災(zāi)害預(yù)警（如地震預(yù)警、臺(tái)風(fēng)預(yù)警）時(shí)可能面臨的主要挑戰(zhàn)，并提出相應(yīng)的技術(shù)或策略方面的改進(jìn)建議。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.B4.B5.B6.B7.A8.B9.C10.A二、填空題1.強(qiáng)度；分貝（dB）2.衰減；散射3.P；S4.內(nèi)部活動(dòng)；核爆炸5.移動(dòng)或擴(kuò)展三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：首先定義反射和衍射。反射是指聲波遇到障礙物界面返回原介質(zhì)的現(xiàn)象，衍射是指聲波遇到障礙物邊緣或孔洞時(shí)繞過(guò)障礙物傳播的現(xiàn)象。然后分別說(shuō)明作用：反射可用于回聲測(cè)距、構(gòu)成聲屏障、在聲納和醫(yī)學(xué)超聲中用于成像；衍射使得聲波能夠繞過(guò)障礙物，影響空間聽(tīng)感，也可在特定環(huán)境下實(shí)現(xiàn)聲波覆蓋。2.解析思路：說(shuō)明次聲波頻率低、傳播距離遠(yuǎn)、能穿透一定障礙物的特性。解釋火山噴發(fā)前常伴隨著地殼運(yùn)動(dòng)，可能產(chǎn)生頻率極低的次聲波。因此，通過(guò)部署遠(yuǎn)距離的次聲波監(jiān)測(cè)站，理論上可以在火山噴發(fā)前捕捉到異常的次聲波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)早期預(yù)警。優(yōu)勢(shì)在于預(yù)警時(shí)間可能較長(zhǎng)，監(jiān)測(cè)范圍廣。3.解析思路：列舉具體應(yīng)用場(chǎng)景。例如，利用聲納探測(cè)水下不穩(wěn)定性地質(zhì)構(gòu)造（如海底滑坡、海底火山活動(dòng)）對(duì)航運(yùn)和海底管道造成的威脅；利用聲納探測(cè)水下爆炸或異常噪聲源，用于水下安全監(jiān)控和反恐。強(qiáng)調(diào)聲納在水下探測(cè)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。4.解析思路：定義聲阻抗是介質(zhì)的密度與聲速的乘積。解釋當(dāng)聲波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，在界面處會(huì)發(fā)生反射和透射。聲阻抗差異越大，反射越強(qiáng)，透射越弱。反之，聲阻抗差異越小，反射越弱，透射越強(qiáng)。因此，聲阻抗是決定聲波傳播能量分配（反射率與透射率）的關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)理解聲波在不同介質(zhì)界面上的行為至關(guān)重要。四、計(jì)算題1.解析思路：計(jì)算波長(zhǎng)使用公式λ=v/f。代入v=343m/s,f=1000Hz，得到λ=0.343m。計(jì)算周期數(shù)，使用公式周期數(shù)=總路程/波長(zhǎng)=10000m/0.343m≈29155.04。由于聲波傳播20秒，正好經(jīng)歷了約29155個(gè)完整周期，因此相位落后約29155個(gè)周期。2.解析思路：根據(jù)聲波在分界面處的反射和透射定律，當(dāng)聲波正入射時(shí)，反射波和透射波的聲壓幅值之比與介質(zhì)的聲阻抗之比有關(guān)。設(shè)空氣聲阻抗為Z?=ρ?v?，水聲阻抗為Z?=ρ?v?。則水中的聲壓幅值P?=P?*(Z?/(Z?+Z?))。代入Z?=1.21*343≈417.03，Z?=1000*1480=1480000。計(jì)算P?=P?*(1480000/(417.03+1480000))≈P?*(1480000/1480417.03)≈P?*0.99930。因此P?≈0.9993*P?。五、論述題解析思路：首先指出聲波傳播衰減隨距離增加而加劇，尤其在頻率較高時(shí)衰減更快，這限制了預(yù)警距離。提出使用低頻聲波可能改善衰減問(wèn)題，但需考慮探測(cè)能力與其他因素。其次，城市或復(fù)雜地形（如山區(qū)）中的多徑反射和衍射會(huì)使接收到的預(yù)警信號(hào)失真、延遲，甚至產(chǎn)生多路信號(hào)，增加信號(hào)處理難度和延遲不確定性。提出利用多基站陣列和先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)行時(shí)空定位和信號(hào)校正。再次，環(huán)境噪聲（如交通、工業(yè)、自然噪聲）可能淹沒(méi)微弱的預(yù)警信