慣導(dǎo)實驗報告——帥哥隊

1、慣性導(dǎo)航實驗報告陀螺運動特性的研究實驗小組：111711班第四小組學號：11170依次對應(yīng)學號：王瑞捷 廖旭博 周林 高碩 趙大年指導(dǎo)老師：慣導(dǎo)實驗陀螺特性的研究一、 實驗?zāi)康?、 通過四個不同的小實驗了解陀螺儀的運動特性2、 了解什么是陀螺的進動性3、 了解什么是陀螺的定軸性4、 了解什么是陀螺的陀螺力矩二、 實驗內(nèi)容1、 實驗一將高速旋轉(zhuǎn)的陀螺轉(zhuǎn)子放在插座上，觀察并記錄現(xiàn)象和分析原因。2、 實驗二將高速旋轉(zhuǎn)的陀螺轉(zhuǎn)子豎放在轉(zhuǎn)盤上，觀察并記錄現(xiàn)象和分析原因。3、 實驗三將高速旋轉(zhuǎn)的陀螺轉(zhuǎn)子放在傾斜導(dǎo)軌上使之下滑，觀察并記錄現(xiàn)象和分析原因。4、 實驗四將高速旋轉(zhuǎn)的陀螺系統(tǒng)放在插座上，分開內(nèi)外軌

2、使之相互垂直，再分別轉(zhuǎn)動內(nèi)外軌，觀察并記錄現(xiàn)象和分析原因。三、 實驗記錄及原理說明實驗一1、看到的現(xiàn)象，體現(xiàn)了什么特性？現(xiàn)象:可以看見陀螺轉(zhuǎn)子呈錐形左右緩慢轉(zhuǎn)動。特性:體現(xiàn)了陀螺的進動性。2、陀螺轉(zhuǎn)速降低后，觀察到的現(xiàn)象及原因？現(xiàn)象：當陀螺的轉(zhuǎn)速逐漸減慢時，錐形的角度開始變大，且其進動角速度變大。原因：由于陀螺受到摩擦力的作用，其轉(zhuǎn)速會逐漸降低，即陀螺的角動量H變小，而外力矩不變。由M=𝛚×H······M= 𝛚 *H*可知,此時陀螺的進動角速度𝛚會變大，錐形角度也變大。3、手

3、提陀螺轉(zhuǎn)子的感受及原因分析？感受：當我們想把高速旋轉(zhuǎn)的陀螺放到轉(zhuǎn)動插座上時，手明顯能感受到陀螺的“力”反作用于我們的手。原因：這是因為高速旋轉(zhuǎn)的陀螺在受到外力矩的時候，陀螺進動，此時陀螺存在一個反作用力矩（即陀螺力矩），其大小與外力矩相等，方向與之相反，并作用于給陀螺儀施加外力矩的物體上，即我們的手。實驗二1、轉(zhuǎn)盤與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向是否一致？原因？答：可以看見陀螺轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)盤一起轉(zhuǎn)動，方向一致。原因:轉(zhuǎn)盤與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向一致表現(xiàn)了高速旋轉(zhuǎn)的陀螺有很好的定軸性。另外，在第一段實驗中我們說明了陀螺具有陀螺力矩，本實驗中豎直放在轉(zhuǎn)盤上的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)盤之間存在微小摩擦力，轉(zhuǎn)盤對轉(zhuǎn)子有一個摩擦力矩，因此轉(zhuǎn)子對轉(zhuǎn)盤

4、有一個大小相等方向相反的陀螺力矩。在這個力矩作用下，轉(zhuǎn)盤隨著轉(zhuǎn)子有相同的轉(zhuǎn)動方向。（以上是對書本學習后的想法，網(wǎng)上查資料說是角動量守恒，也可解釋此現(xiàn)象。）實驗三1、為什么陀螺轉(zhuǎn)子能在滑軌上保持平衡？答：因為高速旋轉(zhuǎn)的陀螺具有進動性；另外陀螺能夠產(chǎn)生陀螺力矩，可以“抵抗”重力矩來保持平衡，而不會倒下。2、陀螺轉(zhuǎn)速降低后的現(xiàn)象及原因？（現(xiàn)象及原因與實驗一相同）現(xiàn)象：在摩擦力的作用下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降低，搖擺幅度變大。原因：由于陀螺受到摩擦力的作用，其轉(zhuǎn)速會逐漸降低，即陀螺的角動量H變小，而外力矩不變。由M= 𝛚×H·····&#

5、183;M= 𝛚 *H*可知,此時陀螺的進動角速度𝛚會變大，錐形角度也變大。3、轉(zhuǎn)子在滑動過程中體現(xiàn)了什么特性？答：體現(xiàn)了陀螺的定軸性。當轉(zhuǎn)子下滑時，陀螺的進動性保證了陀螺不會因重力矩的作用而傾倒；而下滑時轉(zhuǎn)子明顯有繞定軸旋轉(zhuǎn)的特點，即其旋轉(zhuǎn)中心軸的方向指向始終不變，這就是陀螺的定軸性。實驗四1、 轉(zhuǎn)動外軌時的現(xiàn)象及原因？現(xiàn)象：轉(zhuǎn)動外軌，發(fā)現(xiàn)無論中間的軌道怎么轉(zhuǎn)動，中心的轉(zhuǎn)子始終保持一個方向不變。原因：轉(zhuǎn)動外軌時，陀螺系統(tǒng)是一個二自由度的系統(tǒng)。由于高速旋轉(zhuǎn)的陀螺在受到外力作用時，陀螺會產(chǎn)生陀螺力矩，而由于系統(tǒng)中的框架是自由的，故陀螺力矩作用于內(nèi)外框架上使之旋轉(zhuǎn)而

6、自身保持定軸旋轉(zhuǎn)。（也可以用角動量守恒來說明）2、 轉(zhuǎn)動中軌時的現(xiàn)象及原因？現(xiàn)象：但固定外軌后，陀螺系統(tǒng)變成了單自由度的陀螺系統(tǒng)。此時再轉(zhuǎn)動內(nèi)軌時，轉(zhuǎn)子會向內(nèi)軌平面旋轉(zhuǎn)直到與之重合。重合之后角動量矢量方向與外軌的軸的方向重合，此后轉(zhuǎn)子與內(nèi)軌保持一致旋轉(zhuǎn)。原因：當外軌固定，轉(zhuǎn)動內(nèi)軌時，轉(zhuǎn)子進動到與內(nèi)軌重合，產(chǎn)生“框架自鎖”，此后系統(tǒng)與普通鋼體無異，失去了陀螺的陀螺力矩定軸穩(wěn)定效應(yīng)。四、 實驗總結(jié)通過本次實驗，很好的了解了關(guān)于陀螺儀的一些基本的性質(zhì)。在做實驗前，老師向我們講解了關(guān)于實驗的內(nèi)容注意事項，保證了我們能順利地完成實驗。實驗中，我們小組每個成員都參與其中，親自上手操作，有了切身的體驗。在實驗過程中一起討論試驗的現(xiàn)象，進行初步的分析以及實驗現(xiàn)象記錄。實驗過后進行深入的討論，對實驗現(xiàn)象背后所展示的實驗原理進行討論，在寫實驗報告的時候，遇到了許多問題，雖然對陀螺的進動性、定軸性、陀螺力矩等性質(zhì)及特性有一定深度的了解，但運用起來還是用一定的難度，有些現(xiàn)象還是很難解釋明白，對此我們回歸書本，對陀螺的