课程编号: 021M1018H |
课时: 60 |
学分: 4.0 |
课程属性: 一级学科核心课 |
主讲教师:李晓东 |
英文名称: Theoretical Acoustics 1 |
教学目的、要求
本课程为物理学一级学科及其相关专业研究生的学科基础课,也可作为其他各学科的选修课。本课程范围包括振动和声学的基本理论,是各种声学应用的基础。通过本课程的学习,要求学生掌握声学和振动理论的基础,能从事有关振动和声学的研究工作,分析声学的实际问题。
预修课程
高等数学、普通物理
教 材
张海澜,理论声学(修订版),高等教育出版社,2012
主要内容
绪论(3学时)
1、声的基本概念
2、声学的内涵和基本内容
3、声学发展历史
4、现代声学进展
5、课程总体安排
教学重点:介绍声学的内涵和分支学科、发展历史、现代声学进展,以及课程总体安排和要求。
第一章 简单振子的振动(6学时)
1、自由振动、阻尼振动
2、稳态受迫振动
3、瞬态振动、一般受迫振动
4、简单振子的电路类比
教学重点:介绍简单振子的基本概念,自由、受迫振动响应问题;还需要介绍一些声学问题常用的数学公式等,为后续学习奠定基础。
第二章 质点系的振动(9学时)
1、双质点耦合振动系统
2、多自由度系统的耦合振动
3、简正坐标,模式理论和方法
4、质点系的等效电路
教学重点:通过介绍双质点耦合振动,结合直观的实验视频,建立耦合振动的概念和图像;进而了解和逐步建立模式的概念,掌握处理方法。
第三章 弦和棒的振动(9学时)
1、弦和棒的振动方程
2、弦和棒中的波,D’Alembert解
3、无限长弦的模式,Green函数
4、有限长弦的模式
5、振动系统的模式理论
教学重点:从分立质点振动问题进入一维连续性系统振动问题,重点介绍如何推导、建立偏微分方程,边界条件、初时条件和一般处理方法、形式解,以及行波、驻波等概念。最后要介绍相对抽象的模式理论。
第四章 膜的振动(9学时)
1、膜的振动方程
2、无限大膜的振动
3、有限大膜的振动,矩形膜
4、极坐标下的波动方程解,圆形膜
教学重点:从一维连续系统到二维连续系统振动问题,同样重点介绍何推导、建立二维偏微分方程,边界条件、初时条件和一般处理方法、形式解,以及行波、驻波等概念。其中要介绍一下贝塞尔函数等。
第五章 声波的基本性质(12学时)
1、声的基本概念
2、声波方程
3、平面声波,稳态平面波和空间傅立叶变换
4、平面波在平面界面上的反射和透射
5、瞬态波和有限宽波束的传播、反射和透射
6、声波的吸收
教学重点:介绍声的基本概念和基本量,重点介绍从动力学基本方程推导声波方程的过程,以及声波方程的物理意义。介绍基本的平面波解和其基本性质,包括传播、反射、透射以及衰减等。
第六章 声波的辐射(9学时)
1、点声源,球坐标系中的波动方程
2、球形和圆柱形声源的辐射
3、组合声源
4、平面声源
5、Helmholtz—Huygens 积分
教学重点:回顾、讲解球坐标、柱坐标中的声波方程及其基本解,介绍球函数、柱函数等,给出图像便于理解。介绍点声源概念和点源解,以及基本的球形、柱形声学的辐射解和特性,介绍平面声源,通过一些动画理解声辐射的特点。
总结(3学时)
课程总结、回顾
教学手段与方法:课堂讲授
考核方式:闭卷笔试+课外作业
参考文献
1、Philip M. Morse, etc., Theoretical Acoustics, Princeton University Press,1987
2、P.M.莫尔斯等著,吕如榆等译,理论声学(上、下册),科学出版社,1984
3、杜功焕等,声学基础(第三版),南京大学出版社,2012
4、程建春,声学原理,科学出版社,2015
5、J. W. S. Rayleigh,The Theory of Sound(Vol.1-2,Unabridged Second Revised Edition),Dover Publications; 1945
6、 F.Alton Everest, etc., Master Handbook of Acoustics, 6th Edition, McGraw-Hill Education TAB, 2014
7、The Journal of the Acoustical Society of America, 链接: http://scitation.aip.org/content/asa/journal/jasa
8、Acoustics Today, 链接:http://acousticstoday.org/
9、声学学报,链接:http://xiba.chinajournal.net.cn/WKC/WebPublication/index.aspx?mid=xiba
10、应用声学,链接:http://yysn.chinajournal.net.cn/WKE/WebPublication/index.aspx?mid=YYSN