2025年大学《物理学》专业题库- 声波在水中传播的速度分析

2025年大学《物理学》专业题库——声波在水中传播的速度分析考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（本题共5小题，每小题3分，共15分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。）1.已知声波在某种介质中的传播速度为v，频率为f，则其波长λ为：A.v/fB.f/vC.vfD.1/(vf)2.对于声波在介质中传播速度的影响，下列叙述正确的是：A.介质密度越大，声速越快B.介质弹性模量越大，声速越快C.对于水这种液体，压力对其声速影响显著，且压力增大声速增大D.在相同温度下，声波在纯净水中的速度比在海水中的速度慢3.声波从空气斜射入水中时，下列物理量保持不变的是：A.波速B.频率C.波长D.波形4.已知声波在15℃淡水中的传播速度约为1480m/s，若温度升高到25℃，根据经验公式声速每升高1℃约增加4m/s，则此时声波在该淡水中的传播速度大约为：A.1500m/sB.1510m/sC.1484m/sD.1524m/s5.下列哪个现象或技术主要利用了声波在水中传播速度相对稳定且可测量的特点？A.无线电通信B.超声波清洗C.水下声纳探测D.音叉发声二、填空题（本题共5小题，每小题3分，共15分。请将答案写在答题纸上对应位置。）6.声波在介质中传播的速度v取决于介质的________和________。7.在标准大气压下，声波在15℃的空气中的传播速度约为________m/s。8.声波从一种介质进入另一种介质时，其________保持不变。9.除了温度，影响海水声速的另一个重要环境因素是________。10.如果声波源和接收器相对静止，且介质均匀，则测量声波传播时间t，已知声速为v，可以计算出声波传播的________。三、简答题（本题共3小题，每小题5分，共15分。请将答案写在答题纸上对应位置。）11.简述声波在水中传播速度随温度变化的物理原因。12.为什么声纳技术在水下探测中如此重要？它利用了声波在水中的哪些特性？13.与光波相比，声波在水中的传播有哪些显著的不同点？（至少列举两点）四、计算题（本题共2小题，每小题10分，共20分。请写出必要的文字说明、方程式和计算步骤。）14.声波从水面垂直入射到海水某深度处的界面，在海面上测得声波从发射到接收到反射回来的总时间为T=1.4秒。已知海面上声速为1500m/s，海水中声速为1530m/s。求该深度处海水的深度。15.一艘潜艇在海水中（设声速为v_s=1530m/s）发出声波信号，信号经海底反射后返回潜艇，总共花费时间t=1.2秒。已知海水的盐度较高，导致声速比纯净水快5%。如果假设潜艇位于纯净水（声速v_w=1480m/s）中，发出相同信号，信号往返的总时间会是多少？（忽略海底反射损失和信号速度变化对时间的影响）---试卷答案一、选择题1.A2.B3.B4.B5.C二、填空题6.弹性模量，密度7.3408.频率9.盐度10.距离三、简答题11.声波在水中传播时，水的温度影响其内部分子的热运动速度。温度升高，分子运动加剧，相互作用力变化，使得声波分子振动传播得更快，从而导致声速增大。12.声纳技术利用声波在水中能够传播很远且速度可测的特点，通过发射声波信号，接收目标反射回来的回波，并根据时间差计算目标的距离和方位。水中声速相对稳定且可测量，使得水下探测成为可能。13.(1)声波是机械波，需要介质传播，而光波是电磁波，可以在真空中传播。(2)声波在水中传播速度远低于光波在真空中的传播速度。(3)声波在水中传播会受到水温和盐度等环境因素影响较大，而光波传播速度受介质影响相对较小（在真空中最快）。四、计算题14.解：声波从海面到海底再返回海面的总路程为2d。总时间T=2d/v_s+2d/v_s'=2d/1500+2d/1530=1.4sd(1/1500+1/1530)=0.7sd(1/1500+1/1530)=d/1500+d/1530=(1530+1500)/(1500*1530)*d=3030/(1500*1530)*dd=0.7*(1500*1530)/3030d=0.7*1530/2.03d≈525.4/2.03≈259.1m该深度处海水的深度约为259.1米。15.解：设潜艇在海水中的往返时间为t_s=1.2s。2d/v_s=1.2sd/v_s=0.6sd=0.6*v_s=0.6*1530=918m假设潜艇在纯净水中的声速为v_w'。已知海水声速比纯净水快5%，即v_s=v_w(1+5%)=1.05*v_w。所以，v_w=v_s/1.05=1530/1.05=1452.38m/s(精确值)在纯净水中，信号往返时间为t_w'。2d/v_w'