技术领域 本发明专利涉及演示纵波模型的仪器，属大学物理教学实验仪器领域。 背景技术 振动与波动是大学物理课中最基本的内容之一，相关的演示实验对学生理解其物理图象有 重要意义。但国内高校仅有横波行波模型演示仪，无纵波行波模型演示仪。 发明内容 本发明的目的是提供一种模拟纵波的纵波模型演示仪。本发明纵波模型演示仪主要由仪器 箱1、滚柱单元主轴系统3、拨杆系列2等三部分组成(见图1、2)。仪器箱1的两端壁上开 有安装滚柱单元主轴系统3的孔，在前端壁上开有一槽13可以使拨杆系列2通过。在箱内还 设有定位轴杆20。滚柱单元主轴系统3由主轴21和大于12个的滚柱单元5组成。滚柱单元5 为多个形状相同的空心圆柱体，串联套在主轴21上，右端的一个滚柱单元由螺钉7与主轴21 固定，其余的滚柱单元可以在主轴21上转动。在滚柱单元表面铣有椭圆形槽15，在滚柱单元 两个端面的同心圆周上设有销钉，右端面设两个销钉16、17，左端面设一个销钉18，销钉 16、17与圆心形成的半径的夹角为θ；相邻滚柱单元间设有隔离垫8，最左端的滚柱单元与箱 壁之间设有制动环9。拨杆系列2由拨杆10及质点球12组成，质点球12固定在拨杆10的一 端。实验时，操作员要慢而均匀地顺时针摇动与主轴相连的手柄4，随着主轴的转动，小球系 列的纵波行波将自右向左传播。本实验仪结构巧妙，形象直观，实验效果良好。 附图说明 图1为纵波模型演示仪外形图； 图2为纵波模型演示仪打开上盖后的俯视示意图； 图3为滚柱单元与拨杆系列的连接示意图； 图4为滚柱单元结构示意图； 图5为图4的左端面视图； 图6为图4的右端面视图。 具体实施方式 参照附图说明实施例如下。本纵波模型演示仪由仪器箱1、滚柱单元主轴系统3、拨杆系 列2等三部分组成(见图1、2)。仪器箱1为透明有机玻璃板制成，起固定主轴系统3和限制 拨杆系列2使之只能作水平方向的振动的作用，之所以用透明材料制做为的是让人能看到里面 的机械动作。滚柱单元主轴系统3由主轴21和12个以上的一系列滚柱单元5组成，其结构见 图4所示，每个滚柱单元都是形状相同的圆柱体，在其外表面上铣一椭圆形槽15(一平面与圆 柱面的交线为椭圆，它在垂直于圆柱中心轴的平面内的投影为以圆柱轴为中心的圆)，在它的 两端面上的某同心圆周上置以定位销钉，如图5、图6所示，滚柱单元的左端面上置两个定位 销钉16、17(见图5)，A径上的定位销钉16为初始限位销钉，B径上的定位销钉17为传波限 位销钉，两销钉所在半径A、B的夹角为θ，θ等于一圆周角除以一个纵波波长对应的振动质点 的个数，θ即表示相邻滚柱单元的相位滞后；滚柱单元右端面上置一个定位销钉18(见图 6)，此销钉也是传波限位销钉。定位销钉16、18与滚柱单元的中轴线要在同一个平面内。滚 柱单元5和拨杆系列2的连接参见图3，装配时要注意使每个滚柱单元右端面上的一个传波销 钉置于其右边的滚柱单元左端面上的两个销钉之间，其作用是使诸滚柱单元绕主轴的转动的相 位逐次有差。拨杆系列2的拨杆10为细长钢杆，其一端连接质点球，为显示端；另一端为驱动 端，为减小与滚柱单元椭圆形槽壁接触处的阻力，其端面宜磨成球面，在钢杆中间垂直其轴线 打一小通孔作定位轴孔，将拨杆10通过此定位轴孔固定于定位轴杆20上的竖直细轴11上使它 只能在水平面内绕细轴转动，拨杆的驱动端插入滚柱单元椭圆形槽中，显示端经仪器箱前壁的 细槽13与振动质点球12相连。为使诸滚柱单元的运动有序，相邻滚柱单元间设有隔离垫8， 最右端的滚柱单元要加一螺钉7与主轴紧固在一起，最左端的滚柱单元紧贴仪器箱壁处有制动 片9以增加其转动的阻力。当操作员顺时针转动手柄4时，主轴带动最右边的滚柱单元转动， 诸滚柱单元的绕轴转动逐次有θ的相位滞后，各滚柱单元的椭圆形槽依次推动拨杆在水平面内 摆动，这样，拨杆显示端的小球的水平纵向振动就表现为小球系列的纵波运动。具体尺寸如 下。滚柱单元5(见图4)为硬铝或有机玻璃圆柱体，直径Φ45mm，高65mm，中心轴孔Φ 16mm。椭圆形槽所在平面与中心轴夹角Ψ＝35°，槽宽7mm，深7mm。逆时针摇动手柄可使滚柱 单元系列处于初始状态，此时，所有滚柱单元端面的定位销钉要在同一个平面内(见图2)。 若一个波长对应N个质点，则传波销钉所在半径与定位销钉所在半径的夹角为θ＝360°/N， 例如18个质点为一个波长，θ＝20°，12个质点对应一个波长，θ＝30°。仪器所用的若干个 滚柱单元，要求大小形状完全一致。拨杆10(见图2)长约400mm，为Φ3-4mm钢杆。在距驱动 端200mm处垂直其轴线打Φ1-1.5mm的通孔作定位轴孔。滚柱单元轴21即仪器中心轴(见图 2、3)用外径Φ15.7mm的钢管制作。中心轴要与最右端的滚柱单元用固定钉7(见图2)紧固 连接。各相邻滚柱单元间垫以隔离垫8(见图2)，以使每个滚柱单元都能独立转动。装配时要 注意使每个滚柱单元右端面上的一个传波销钉置于其右边的滚柱单元左端面上的两个销钉之 间。最左端的滚柱单元与仪器箱壁之间要放置制动环9(见图2)，以便使波动次序由右至左顺 序启动。靠近拨杆系列2的仪器箱壁应当用不透明的彩色有机玻璃板制作(见图1)。