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2025年大学《分子科学与工程》专业题库——分子科学与工程中的环境声学研究

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、

1.简述声压、声强、声功率级和声压级之间的区别与联系。

2.解释什么是多普勒效应，并说明它在环境声学监测中可能的应用场景。

3.描述声音在空气中传播时能量衰减的主要原因。

二、

4.简述声化学效应的基本原理，并举例说明其中一种效应及其潜在应用。

5.阐述声场（特别是强声场或空化条件）可能对分子或材料的结构、性质产生哪些影响？

6.环境噪声按来源可分为哪些主要类别？请列举并简述其特点。

三、

7.解释吸声、隔声和消声三种噪声控制技术的原理，并说明它们各自适用于控制哪种类型的噪声？

8.在进行环境噪声测量时，使用声级计通常需要考虑哪些因素？简述传声器位置选择的一般原则。

9.对于一个典型的工业厂区，请提出至少三种不同的噪声控制策略，并简述其设计思路。

四、

10.声表面波（SAW）传感器的基本原理是什么？它在分子检测领域有哪些潜在的应用方向？

11.声场（如超声波）如何被应用于辅助分子的合成或催化的过程？请简述其可能的作用机制。

12.描述声波在液体介质中传播时可能引起的空化现象，并分析空化泡的崩溃过程可能带来的物理化学效应。

五、

13.结合分子科学与工程的专业背景，论述利用声学技术进行环境监测（例如水体或气体污染物检测）的可行性与优势。

14.探讨声学方法在制备具有特定微观或纳米结构的功能材料方面可能的应用前景。

15.试分析当前“分子科学与工程中的环境声学研究”领域面临的主要挑战，并展望其未来的发展趋势。

试卷答案

一、

1.声压是声波传播过程中介质质点偏离平衡位置的位移所引起的压强变化量，是瞬时值或有效值。声强是单位时间内通过垂直于声波传播方向的单位面积上的声能，是标量。声功率级是声源在单位时间内辐射的总声能，是绝对值。声压级是声压相对于参考声压的对数标度，用于表示声压的大小，是相对值，单位为分贝（dB）。声强级与声压级之间存在比例关系，但声压级更能直接反映人耳对声音大小的感知。

2.多普勒效应是指波源与观察者相对运动时，观察者接收到的波频率发生变化的现象。当靠近时频率升高，远离时频率降低。在环境声学监测中，可用于交通噪声分析（测车速）、野生动物声学行为研究、或用于监测流动源（如泄漏的管道）的位置变化。

3.声音在空气中传播时能量衰减主要由于空气的粘滞阻力导致声波能量转化为热能，以及声波与空气分子碰撞的散射作用。频率越高，衰减越快。

二、

4.声化学效应是指声波（特别是超声波或强声场）作用于介质时，引发或促进化学变化的现象。基本原理是声波能量通过空化效应、机械振动、温度变化等途径传递给介质分子，提供化学反应所需的活化能或引发反应。例如，声致发光是超声波作用下某些液体产生的发光现象，可用于材料降解或特定分子检测。

5.声场可能对分子或材料的结构、性质产生：微观/纳米结构形貌的改变（如声化学合成特定纳米颗粒）；分子间相互作用的影响（如增强或减弱）；化学键的断裂或形成（如声化学反应）；材料性能的改变（如声致改性、提高材料的力学或光学性能）；以及热效应导致温度分布不均影响材料行为。

6.环境噪声按来源主要可分为：交通噪声（汽车、火车、飞机等）；工业噪声（工厂机器、生产设备等）；建筑施工噪声（挖掘、打桩、运输等）；社会生活噪声（人群活动、商业活动、娱乐场所等）。交通噪声通常具有频谱宽、连续性的特点；工业噪声可能具有强烈的低频成分或特定频率的噪声源；建筑施工噪声则具有突发性、不连续性的特点。

三、

7.吸声是指声波入射到多孔吸声材料或薄板振动系统时，声能转化为热能或其他形式能量而被吸收，降低室内声能密度。适用于控制室内混响声。隔声是指采用重而密实的材料（如墙体、隔音罩）阻挡声波传播，将声源与接收者隔开。适用于控制固定声源的向外辐射或防止外部噪声进入。消声是指利用消声器等装置破坏声波波阵面，将声能转化为其他能量，或在声波传播路径上使其相互抵消。适用于消除特定频率的噪声（如管道排气噪声）。

8.进行环境噪声测量时，使用声级计时需考虑测量点位置（距离声源远近、代表性位置）、测量高度（通常1.2米）、测量时间（稳态、非稳态、不同时段）、气象条件（风速、温度、湿度）、背景噪声影响等。传声器位置选择一般遵循距反射面有一定距离、避免靠近障碍物、模拟人耳听觉位置等原则。

9.工业厂区的噪声控制策略：对声源进行控制，如采用低噪声设备、改进工艺、设置隔音罩或隔声罩；在传播路径上控制，如设置声屏障、合理布局厂房和道路；在接收端控制，如设置吸声材料、隔声门窗、个人防护（耳塞）；合理规划厂区布局，利用距离衰减。

四