惯导实验报告——帅哥队

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