声学基础试题.docx
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声学基础试题
一、名词解释(3分×4=12分)
自由振动――系统只在弹性力作用下的振动。
临界入射――入射角等于临界角时的声波斜入射。
声功率――单位时间内通过垂直于声传播方向的面积S的平均声能量。
体应变――在外力作用下,介质体积的变化率。
二、填空(1分×23=23分)
1、对于强迫振动系统而言,当外力频率__等于___系统固有频率时,系统的振动速度出现__共振现象__。
2、自由振动系统的固有频率__
__。
3、由于阻尼力的作用,使得衰减振动系统的固有频率__低于__自由振动系统的固有频率。
4、声波在两种流体分界面上产生反射、折射时,应满足边界条件。
即分界面两侧介质内声场的__声压_________、____质点振动速度____在分界面上____连续_______。
5、声波在两种流体分界面上产生反射、折射时,声功率的反射系数与折射系数之和___1_____。
6、声波在两种流体分界面上产生临界斜入射的条件是___入射波速度v1小于折射波速度v2__,临界入射角为___
___。
7、一维情况下理想流体媒质中的三个基本方程分别为__运动方程_、
____连续性方程__、____物态方程_____。
8、媒质的特性阻抗(即波阻抗)等于_媒质声波速度与媒质密度的乘积。
9、两个同相小球源的指向特性__
__。
10、辐射声波波长为λ,间距为l的n个同相小球源组成的声柱的主声束的角宽度_
__。
11、均匀各向同性线弹性介质的正应力与正应变的关系___
_;切应力与切应变的关系__
_。
12、根据质点振动特点,薄板中的兰姆波可分为___对称型_和____非对称型两类。
13、根据瑞利波和兰姆波的周期方程可知,瑞利波的速度与频率___无关__,是无频散波;而兰姆波相速度与频率___有关__,是__频散波_。
三、判断并改错(2分×7=14分)
1、在无限大介质中传播的波称为瑞利波。
错误
沿无限大自由表面传播的波称为瑞利波。
2、当考虑弹簧质量时,自由振动系统的固有频率增大。
错误
当考虑弹簧质量时,自由振动系统的固有频率降低。
3、对于强迫振动系统而言,当外力频率等于系统固有频率时,系统的振动位移出现共振现象。
错误
对于强迫振动系统而言,当外力频率等于系统固有频率时,系统的振动速度出现共振现象。
4、衰减振动的衰减系数δ与系统所受的阻力系数Rm、振子质量Mm成反比。
错误
衰减振动的衰减系数δ与系统所受的阻力系数成正比,与振子质量成反比。
5、声场对小球源的反作用力与小球源的辐射阻抗、表面质点振动速度的关系为
正确
6、声波在两种流体分界面上发生反射、折射时,声强的反射系数与折射系数之和等于1。
错误
声波在两种流体分界面上发生反射、折射时,声功率的反射系数与折射系数之和等于1。
或声波在两种流体分界面上发生反射、折射时,声强的反射系数与折射系数之和不一定等于1。
或声波在两种流体分界面上发生垂直入射时,声强的反射系数与折射系数之和等于1。
7、横波在介质中传播时,介质质点的振动方向与波的传播方向垂直。
正确。
四、简答题(5分×2+6分=16分)
1、简述瑞利波的特点。
瑞利波具有以下特点
1)、沿无限大自由表面传播;
2)、质点振动轨迹为椭圆。
垂直声波传播传播方向和沿声波传播方向。
位移幅度随距表面距离的增加,按负指数规律减小。
3)、声场能量集中分布在距表面一定深度范围内,此范围大小与声波波长成正比。
4)、瑞利波速度与频率无关。
是非频散波。
5)、瑞利波速度与介质的横波速度、泊松比有关。
瑞利波速度略低于介质的横波速度。
2、简述声偶极辐射声场的声压分布特点。
1)、声偶极辐射声场的声压
与单个小球源的辐射声压相比,偶极子声源的辐射声压不仅与单个小球源的辐射声压有关,还与kl及θ有关。
2)、声偶极辐射声场的声压指向性
3)、声偶极辐射声场的声压分布与观察点的位置即方位、距偶极声源中心点的距离有关。
当θ=0º或180º时,
,合成声压最大;当θ=90º或270º时,
,合成声压为零。
3、根据下图,分析小球源1的辐射声功率随两个小球间的距离与波长的比值而起伏变化的规律。
由上图小球源1的辐射阻与其单独存在时的辐射阻比值和源距/波长的关系可以看出:
1)、小球源1的辐射声功率随两个小球间的距离与波长的比值而起伏变化。
当源距/波长满足
,小球源1的辐射声功率小于其单独存在时辐射声功率。
而当源距/波长满足
时,小球源1的辐射声功率大于其单独存在时辐射声功率。
2)、当两个小球间的距离与波长的比值比较小时,小球源1的辐射声功率是其单独存在时辐射声功率的2倍。
3)、当两个小球间的距离与波长的比值比较大时,小球源1的辐射声功率等于其单独存在时的辐射声功率。
五、1、(5分)有一质点振动系统,固有频率为fo,质量为Mm,弹性系数为Km。
现在此质量上再附加一已知质量m,此时系统固有频率为f1。
求系统的质量Mm和弹性系数Km。
(不计弹簧质量)
1、解:
1)、因为
所以
(1分)
2)、因为
所以
(1分)
3)、由1)、2)得:
(3分)
2、(5分×2=10分)
已知流体1的波阻抗为3000Pa·S/m,流体2的波阻抗为5000Pa·S/m。
1)、求声波由流体1垂直入射到两种流体分界面时的声压反射系数和透射系数。
2)、求声波由流体1垂直入射到两种流体分界面时的声强反射系数和透射系数。
2、解:
1)、声波由流体1垂直入射到两种流体分界面时的声压反射系数和透射系数。
(1)、
(2.5分)
(2)、
(2.5分)
2)、声波由流体1垂直入射到两种流体分界面时的声强反射系数和透射系数。
(2.5分)
(2.5分)
或因为是垂直入射,所以
3、(8分)试用泊松比表示地层纵波速度与横波速度比。
泊松比任取一值,计算对应的速度比。
3、解:
1)、
;
(2分)
2)、
;
(2分)
将2)代入1)整理得:
(1分)
设σ=0.25代入速度比关系式,得
(3分)
六、任选一题(12分)
1、计算如下图所示的绝对软分界面前偶极子的远场辐射声压。
解:
1)、因为是绝对软分界面,所以镜像声源的振动相位与其相反。
如下图所示(2分)
2)、根据声场叠加原理,远场辐射声压为每一个小球源单独存在时辐射声压之和。
(4分)
其中:
3)、化简2)得:
=
(6分)
2、计算如下图所示的绝对硬分界面前偶极子的远场辐射声压。
解:
1)、因为是绝对软分界面,所以镜像声源的振动相位与其相同。
如下图所示(2分)
2)、根据声场叠加原理,远场辐射声压为每一个小球源单独存在时辐射声压之和。
(4分)
其中:
3)、化简2)得:
=
(6分)
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