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文档简介
1、惯性导航实验报告陀螺运动特性的研究实验小组:111711班第四小组学号:11170依次对应学号:王瑞捷 廖旭博 周林 高硕 赵大年指导老师:惯导实验陀螺特性的研究一、 实验目的1、 通过四个不同的小实验了解陀螺仪的运动特性2、 了解什么是陀螺的进动性3、 了解什么是陀螺的定轴性4、 了解什么是陀螺的陀螺力矩二、 实验内容1、 实验一将高速旋转的陀螺转子放在插座上,观察并记录现象和分析原因。2、 实验二将高速旋转的陀螺转子竖放在转盘上,观察并记录现象和分析原因。3、 实验三将高速旋转的陀螺转子放在倾斜导轨上使之下滑,观察并记录现象和分析原因。4、 实验四将高速旋转的陀螺系统放在插座上,分开内外轨
2、使之相互垂直,再分别转动内外轨,观察并记录现象和分析原因。三、 实验记录及原理说明实验一1、看到的现象,体现了什么特性?现象:可以看见陀螺转子呈锥形左右缓慢转动。特性:体现了陀螺的进动性。2、陀螺转速降低后,观察到的现象及原因?现象:当陀螺的转速逐渐减慢时,锥形的角度开始变大,且其进动角速度变大。原因:由于陀螺受到摩擦力的作用,其转速会逐渐降低,即陀螺的角动量H变小,而外力矩不变。由M=𝛚×H······M= 𝛚 *H*可知,此时陀螺的进动角速度𝛚会变大,锥形角度也变大。3、手
3、提陀螺转子的感受及原因分析?感受:当我们想把高速旋转的陀螺放到转动插座上时,手明显能感受到陀螺的“力”反作用于我们的手。原因:这是因为高速旋转的陀螺在受到外力矩的时候,陀螺进动,此时陀螺存在一个反作用力矩(即陀螺力矩),其大小与外力矩相等,方向与之相反,并作用于给陀螺仪施加外力矩的物体上,即我们的手。实验二1、转盘与转子的转动方向是否一致?原因?答:可以看见陀螺转子与转盘一起转动,方向一致。原因:转盘与转子转动方向一致表现了高速旋转的陀螺有很好的定轴性。另外,在第一段实验中我们说明了陀螺具有陀螺力矩,本实验中竖直放在转盘上的转子与转盘之间存在微小摩擦力,转盘对转子有一个摩擦力矩,因此转子对转盘
4、有一个大小相等方向相反的陀螺力矩。在这个力矩作用下,转盘随着转子有相同的转动方向。(以上是对书本学习后的想法,网上查资料说是角动量守恒,也可解释此现象。)实验三1、为什么陀螺转子能在滑轨上保持平衡?答:因为高速旋转的陀螺具有进动性;另外陀螺能够产生陀螺力矩,可以“抵抗”重力矩来保持平衡,而不会倒下。2、陀螺转速降低后的现象及原因?(现象及原因与实验一相同)现象:在摩擦力的作用下,转子转速降低,摇摆幅度变大。原因:由于陀螺受到摩擦力的作用,其转速会逐渐降低,即陀螺的角动量H变小,而外力矩不变。由M= 𝛚×H·····
5、183;M= 𝛚 *H*可知,此时陀螺的进动角速度𝛚会变大,锥形角度也变大。3、转子在滑动过程中体现了什么特性?答:体现了陀螺的定轴性。当转子下滑时,陀螺的进动性保证了陀螺不会因重力矩的作用而倾倒;而下滑时转子明显有绕定轴旋转的特点,即其旋转中心轴的方向指向始终不变,这就是陀螺的定轴性。实验四1、 转动外轨时的现象及原因?现象:转动外轨,发现无论中间的轨道怎么转动,中心的转子始终保持一个方向不变。原因:转动外轨时,陀螺系统是一个二自由度的系统。由于高速旋转的陀螺在受到外力作用时,陀螺会产生陀螺力矩,而由于系统中的框架是自由的,故陀螺力矩作用于内外框架上使之旋转而
6、自身保持定轴旋转。(也可以用角动量守恒来说明)2、 转动中轨时的现象及原因?现象:但固定外轨后,陀螺系统变成了单自由度的陀螺系统。此时再转动内轨时,转子会向内轨平面旋转直到与之重合。重合之后角动量矢量方向与外轨的轴的方向重合,此后转子与内轨保持一致旋转。原因:当外轨固定,转动内轨时,转子进动到与内轨重合,产生“框架自锁”,此后系统与普通钢体无异,失去了陀螺的陀螺力矩定轴稳定效应。四、 实验总结通过本次实验,很好的了解了关于陀螺仪的一些基本的性质。在做实验前,老师向我们讲解了关于实验的内容注意事项,保证了我们能顺利地完成实验。实验中,我们小组每个成员都参与其中,亲自上手操作,有了切身的体验。在实验过程中一起讨论试验的现象,进行初步的分析以及实验现象记录。实验过后进行深入的讨论,对实验现象背后所展示的实验原理进行讨论,在写实验报告的时候,遇到了许多问题,虽然对陀螺的进动性、定轴性、陀螺力矩等性质及特性有一定深度的了解,但运用起来还是用一定的难度,有些现象还是很难解释明白,对此我们回归书本,对陀螺的
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