聲與振動基礎

第三章 第五章 第六章

教學基本要求（含素質教育與創新能力培養的要求）
通過本課學習要求學生熟練掌握單自由度集總參數機械振動系統振動的規律以及處理該問題的數學方法；能熟練套用機電類比解決多自由度集總參數機械振動系統的振動問題；正確理解相關概念的物理意義。掌握理想流體的基本方程並能推導波動方程；熟練掌握諧和平面波、柱面波和球面波以及非均勻平面波的性質；掌握波在平面分界面上的反射、折射問題的處理方法；掌握波在波導中傳播的簡正波理論並能熟練解出平行平面層波導的波解；正確理解相關概念的物理意義。掌握完全彈性體中縱波和橫波的電動性質；掌握均勻細棒縱振動波動方程的推導及其各類邊界條件的物理意義和數學表達式；會解細棒縱振動的定解問題；了解均勻細棒彎曲（橫）振動波動方程的推導過程，知道細棒彎曲振動波動方程和各類邊界條件的物理意義及其數學表達式；掌握均勻細棒縱振動和橫振動的性質；知道平面波入射到液體和固體分界面上時反射、折射問題的處理方法及其基本規律。知道分布參數振動系統和集總參數振動系統以及等效機械振動系統的概念；知道阻抗轉移公式的推導並了解該公式意義。掌握聲輻射和聲散射問題的定解問題；熟練掌握均勻脈動球的輻射問題解法；了解偶極子輻射聲場的性質；知道亥母霍茲積分公式的意義，會用瑞利公式計算無限大剛性障板圓面活塞式輻射器的輻射聲場；正確理解輻射阻抗、指向性函式、瑞利距離等概念；知道平面波在球上的散射問題的解法；知道瑞利散射定律和散射聲場的一般規律。知道聲接收的過程，了解聲場畸變係數和接收力係數以及二次輻射阻抗的概念；知道振速信號畸變的原因。掌握聲波衰減的原因以及均勻介質聲吸收的物理機理；知道介質聲吸收係數的一般規律；正確理解聲吸收係數和復波數及復波速概念的物理意義以及它們之間的關係；掌握吸聲係數的概念，了解典型吸聲結構的消聲機理。
三、教學內容與學時分配
緒論 （2學時）
第一章 機械振動系統的振動（8學時）：單自由度機械振動系統的自由振動、受迫振動；機電類比；兩個自由度耦合系統的自由振動、強迫振動。
第二章 理想流體介質中聲場的基本規律（14學時）：基本聲學量、理想流體介質的基本方程；波動方程和速度勢函式；聲場中的能量關係；諧和聲波和亥母霍茲方程；諧和平面波及其反射和折射、非均勻平面波場、平面駐波場；均勻球面波、均勻柱面聲波；聲波在平行平面層波導中的傳播。
第三章 完全彈性固體介質中彈性波傳播規律（10學時）：應力、應變和廣義虎克定律；固體中的彈性波和位移勢函式；平面波在液固界面上的反射和折射；均勻細棒的縱振動；棒的彎曲振動；分布參數系統的等效集總參數系統和等效參數及等效機電類比；阻抗轉移公式。
第四章 聲波的輻射（6學時）：聲波的輻射過程、輻射阻抗；均勻脈動球面的聲輻射；聲偶極子的輻射、指向性函式；具有無限大剛性障板的圓面輻射器的輻射。
第五章 聲波的散射（2學時）聲波的散射過程；平面聲波在剛性球面上的散射。
第六章 聲波的接收（2學時）接收器表面的壓力和接收面的振速；接收振速信號的失真。
第七章 介質的聲吸收和吸聲材料（4學時）聲波的傳播衰減和介質的聲吸收係數；介質的聲吸收機制；吸聲材料（結構）的吸聲係數；典型吸聲材料和典型吸聲結構
四、教學方法及手段（含現代化教學手段）
傳統課堂教學和部分章節採用多媒體教學相結合。
五、考核方式
閉卷考試。
六、上機實驗內容、作業
每次課後1-3道習題，一般在1小時之內可以完成。
七、前續課程、後續課程
前續課程：大學普通物理、高等數學、數理方程、複變函數等。
後續課程：水聲學原理、聲納技術、換能器技術、計算聲學、噪聲及其控制等。
八、教材及主要參考資料
教材：《聲學理論基礎》何祚鏞、趙玉芳編 國防工業出版社 1988
參考資料：《聲學基礎》杜功煥、朱哲民、龔秀芬編 上海科學技術出版社 1998
《振動與聲》P.M.莫爾斯著 科學出版社 1982