水声学原理试题+答案.doc

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《水声学原理》课程考试题（A卷）

一、填空题（15%）

1.声阻抗率是单位表面（或体积）产生单位质点振速所需要的。

2.潜艇的目标强度随角度的变化规律呈形状。

3.用描述高、低频近似，为波数，为空间尺度，高频近似和低频近似分别可以表示为和。

4.根据辐射噪声产生的来源不同，辐射噪声可分为、和三类。

5.气泡可称作空气弹簧，是因为其和弹簧一致。

6.目标强度可能为正的物理原因是。

7.表面声道中，跨度较大的声线平均水平传播速度较。

8.复数声反射系数的模表示反射声波与入射声波的之比，幅角表示反射声波与入射声波的之差。

二、简答题（35%）

1.简述复阻抗率的物理意义。

（7%）

2.利用简正波表示，简要解释相干能量和非相干能量。

（7%）

3.利用刚性小球的散射理论，简要解释晴朗天空呈蓝色、早晚天空呈红色的现象。

（7%）

4.利用散射场可以视作二次辐射计算的方法，简要叙述计算海水中气泡散射声场的步骤。

（14%）

三、证明题（20%）

气泡内的气体是理想气体，气泡振动时声辐射过程是绝热过程，证明：

气泡振动的恢复力和弹簧恢复力形式一致。

四、计算题（30%）

1.一单频小球源以10瓦的功率向自由空间辐射频率为1000Hz的简谐球面波，求离开声源中心2米处的声压幅值、质点径向速度（振速）幅值和声强。

（15%）

2.均匀硬底浅海中，海水中声速为1500m/s，海深为100米。

求频率为1.5kHz时第一号简正波的水平波数。

（15%）

《水声学原理》课程考试题（A卷参考答案）

一、填空

1.声压。

2.蝴蝶。

3.。

4.机械噪声、螺旋桨噪声和流噪声。

5.恢复力形式。

6.散射截面大。

7.快。

8.振幅、相位。

二、简答

1.要点：

⑴从定义看，声阻抗是复数表示声压与质点振速相位不一致。

这使得介质中的声强（损耗在介质中的声强）小于平面波声强，这部分损耗声强对应着声阻抗的实部。

⑵由于声压与质点振速相位不一致，引起了声强转变为其它形式的能量（功率）。

2.要点：

⑴各号简正波的能量为非相干能量。

⑵不同号数简正波之间的耦合能量为相干能量。

3.要点：

⑴说明刚性小球散射能量正比于频率4次方。

⑵说明晴天小颗粒散射起主要作用，天空呈蓝色。

⑶说明早晚天空水蒸气多，高频吸收强，因此低频散射占优势，天空呈红色。

4.要点：

⑴利用波动方程求解散射场的通解。

⑵把入射波利用勒让德函数展开。

⑶由边界条件确定散射场中的待定系数，并最终确定散射场。

三、证明：

气泡内气体满足绝热状态方程：

微分得：

。

而：

，所以，,其中，。

而恢复力和弹簧恢复力形式一致。

得证。

四、计算题

1.解：

单频小球源辐射声场为球面波：

声压，质点振速。

计算得声强：

。

由题意知：

小球辐射功率为（瓦）

所以：

1）离球中心2米处声强为。

2）声压振幅。

3）质点振速。

2.解：

，，水平波数：

。

《水声学原理》课程考试题（B卷）

一、填空题（15%）

1.深海声道中，初始掠角较大的声线跨度。

2.刚性大球的目标强度是。

3.复数声反射系数的模表示反射声波与入射声波的之比，幅角表示反射声波与入射声波的之差。

4.海洋混响可分为、和三类。

5.潜艇目标特性可形象地用形描述。

6.影响海水中声速变化的三个主要因素是、和。

7.舰艇辐射噪声由、和三部分构成。

8.用描述高、低频近似，为波数，为空间尺度，高频近似和低频近似分别可以表示为和。

二、简答题（35%）

1.简要解释非均匀平面波现象。

（7%）

2.简要解释汇聚区现象。

（7%）

3.简要解释表面声道中接收脉冲信号时上升时间拉长的原因。

（7%）

4.利用散射场可以视作二次辐射计算的方法，简要叙述计算海水中气泡散射声场的步骤。

（14%）

三、证明题（20%）

证明：

在线性分层介质中，声线的轨迹是圆弧。

四、计算题（30%）

1.一单频小球源以10瓦的功率向自由空间辐射频率为1000Hz的简谐球面波，求离开声源中心2米处的声压幅值、质点径向速度（振速）幅值和声强。

（15%）

2.已知均匀硬底浅海声场简正波波数的垂直分量为，海深H=90米，声速c=1500米/秒，求产生简正波的截止频率。

（15%）

《水声学原理》课程考试题（A卷参考答案）

一、填空

1.大。

2.,a为半径。

3.振幅、相位。

4.体积混响、海面混响和海底混响。

5.蝴蝶。

6.温度、盐度和密度。

7.机械噪声、螺旋桨噪声和流噪声。

8.。

二、简答

1.平面波由第一介质入射到第二介质，当入射角大于全反射角时，发生非均匀平面波现象。

非均匀平面波现象是：

在第二介质界面处有沿界面平行方向传播的平面波，声压幅值随深度增加而减小。

2.汇聚区现象在声传播过程中部分声能量重新汇聚的现象。

用射线方法解释是不同声线的焦散区；用简正波方法解释是多号简正波同相叠加。

总之，汇聚区现象中传播能量超出通常传播的部分起因于干涉。

3.表面声道中，不同初始掠角的声线传播速度不同，因此到达接收点的时间不同，引起接收脉冲信号时上升时间拉长。

4.要点：

⑴利用波动方程求解散射场的通解。

⑵把入射波利用勒让德函数展开。

⑶由边界条件确定散射场中的待定系数，并最终确定散射场。

三、证明题

证明：

线性分层介质：

（1）。

在某一薄层内有，积分得

（2）

将

（1）带入

（2）并计算、整理得：

。

这是一个圆的方程。

因此，声线轨迹是圆弧。

证毕。

四、计算题

1.解：

单频小球源辐射声场为球面波：

声压，质点振速。

计算得声强：

。

由题意知：

小球辐射功率为（瓦）

所以：

4）离球中心2米处声强为。

5）声压振幅。

6）质点振速。

2.解：

截止频率为至少产生一号简正波的频率。

由题意知。

而，且。

所以，截止频率为

。