水声学原理试题+答案

水声学原理试题+答案

《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，a为空间尺度，高频近似和低频近似分别kka

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ka,,1, ka,,1

复力形式。6. 散射截面大。7. 快。8. 振幅、相位。

二、简答

1. 要点:? 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。?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: ? 各号简正波的能量为非相干能量。? 不同号数简正波之间的耦合能量为相干能量。

3. 要点:? 说明刚性小球散射能量正比于频率4次方。?说明晴天小颗粒散射起主要作用，天空呈蓝色。? 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:? 利用波动方程求解散射场的通解。?把入射波利用勒让德函数展开。? 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: PdV,,0pdP气泡内气体满足绝热状态方程: 微分得:。 ,,,PV,const.V0

2,,PsPs,0000k,而:，所以，,其中，。 dV,s,p,,,,k,/s00VV00

而恢复力F,ps,,k,和弹簧恢复力形式一致。得证。 0

四、计算题

1. 解:

j,pAj(,t,kr)p,eu,单频小球源辐射声场为球面波:声压，质点振速。 r,,,r0 2A1计算得声强:。 IRe[p]Re[u]dt,,2,T2,cr00T

2A,4,,10由题意知:小球辐射功率为(瓦) 2,c00

所以:

2A5,1)离球中心2米处声强为I。 28,2cr,00r,2

A,c500p,,2)声压振幅。 a4,r2r,

A,5c100质点振速 ,,。 3) ua,,,2c2c00002. 解:

,,2f2,1500,,22k,,,2,k,,，，水平波数:。 ,,k,k,2,z1z112200c1500H

《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。

a8. 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kak

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k,(n,0.5),/H，海深H=90zn

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

2a1. 大。2. ,a为半径。3. 振幅、相位。4. 体积混响、海面混响和海

10logTS,4

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. 。 ka,,1, ka,,1

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。