慣導(dǎo)實(shí)驗(yàn)報(bào)告——帥哥隊(duì)

1、慣性導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)報(bào)告陀螺運(yùn)動(dòng)特性的研究實(shí)驗(yàn)小組：111711班第四小組學(xué)號(hào)：11170依次對(duì)應(yīng)學(xué)號(hào)：王瑞捷 廖旭博 周林 高碩 趙大年指導(dǎo)老師：慣導(dǎo)實(shí)驗(yàn)陀螺特性的研究一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 通過(guò)四個(gè)不同的小實(shí)驗(yàn)了解陀螺儀的運(yùn)動(dòng)特性2、 了解什么是陀螺的進(jìn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)二將高速旋轉(zhuǎn)的陀螺轉(zhuǎn)子豎放在轉(zhuǎn)盤(pán)上，觀察并記錄現(xiàn)象和分析原因。3、 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)四將高速旋轉(zhuǎn)的陀螺系統(tǒng)放在插座上，分開(kāi)內(nèi)外軌

2、使之相互垂直，再分別轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)外軌，觀察并記錄現(xiàn)象和分析原因。三、 實(shí)驗(yàn)記錄及原理說(shuō)明實(shí)驗(yàn)一1、看到的現(xiàn)象，體現(xiàn)了什么特性？現(xiàn)象:可以看見(jiàn)陀螺轉(zhuǎn)子呈錐形左右緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)。特性:體現(xiàn)了陀螺的進(jìn)動(dòng)性。2、陀螺轉(zhuǎn)速降低后，觀察到的現(xiàn)象及原因？現(xiàn)象：當(dāng)陀螺的轉(zhuǎn)速逐漸減慢時(shí)，錐形的角度開(kāi)始變大，且其進(jìn)動(dòng)角速度變大。原因：由于陀螺受到摩擦力的作用，其轉(zhuǎn)速會(huì)逐漸降低，即陀螺的角動(dòng)量H變小，而外力矩不變。由M=𝛚×H······M= 𝛚 *H*可知,此時(shí)陀螺的進(jìn)動(dòng)角速度𝛚會(huì)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(dāng)我們想把高速旋轉(zhuǎn)的陀螺放到轉(zhuǎn)動(dòng)插座上時(shí)，手明顯能感受到陀螺的“力”反作用于我們的手。原因：這是因?yàn)楦咚傩D(zhuǎn)的陀螺在受到外力矩的時(shí)候，陀螺進(jìn)動(dòng)，此時(shí)陀螺存在一個(gè)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(shí)驗(yàn)二1、轉(zhuǎn)盤(pán)與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是否一致？原因？答：可以看見(jiàn)陀螺轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)盤(pán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，方向一致。原因:轉(zhuǎn)盤(pán)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)中我們說(shuō)明了陀螺具有陀螺力矩，本實(shí)驗(yàn)中豎直放在轉(zhuǎn)盤(pán)上的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)盤(pán)之間存在微小摩擦力，轉(zhuǎn)盤(pán)對(duì)轉(zhuǎn)子有一個(gè)摩擦力矩，因此轉(zhuǎn)子對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)

4、有一個(gè)大小相等方向相反的陀螺力矩。在這個(gè)力矩作用下，轉(zhuǎn)盤(pán)隨著轉(zhuǎn)子有相同的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。（以上是對(duì)書(shū)本學(xué)習(xí)后的想法，網(wǎng)上查資料說(shuō)是角動(dòng)量守恒，也可解釋此現(xiàn)象。）實(shí)驗(yàn)三1、為什么陀螺轉(zhuǎn)子能在滑軌上保持平衡？答：因?yàn)楦咚傩D(zhuǎn)的陀螺具有進(jìn)動(dòng)性；另外陀螺能夠產(chǎn)生陀螺力矩，可以“抵抗”重力矩來(lái)保持平衡，而不會(huì)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(shí)驗(yàn)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(huì)逐漸降低，即陀螺的角動(dòng)量H變小，而外力矩不變。由M= 𝛚×H·····&#

5、183;M= 𝛚 *H*可知,此時(shí)陀螺的進(jìn)動(dòng)角速度𝛚會(huì)變大，錐形角度也變大。3、轉(zhuǎn)子在滑動(dòng)過(guò)程中體現(xiàn)了什么特性？答：體現(xiàn)了陀螺的定軸性。當(dāng)轉(zhuǎn)子下滑時(shí)，陀螺的進(jìn)動(dòng)性保證了陀螺不會(huì)因重力矩的作用而傾倒；而下滑時(shí)轉(zhuǎn)子明顯有繞定軸旋轉(zhuǎn)的特點(diǎn)，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(shí)驗(yàn)四1、 轉(zhuǎn)動(dòng)外軌時(shí)的現(xiàn)象及原因？現(xiàn)象：轉(zhuǎn)動(dòng)外軌，發(fā)現(xiàn)無(wú)論中間的軌道怎么轉(zhuǎn)動(dòng)，中心的轉(zhuǎn)子始終保持一個(gè)方向不變。原因：轉(zhuǎn)動(dòng)外軌時(shí)，陀螺系統(tǒng)是一個(gè)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(shí)，陀螺會(huì)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(dòng)量守恒來(lái)說(shuō)明）2、 轉(zhuǎn)動(dòng)中軌時(shí)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(shí)再轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)軌時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)向內(nèi)軌平面旋轉(zhuǎn)直到與之重合。重合之后角動(dòng)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(dāng)外軌固定，轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)軌時(shí)，轉(zhuǎn)子進(jìn)動(dòng)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(wú)異，失去了陀螺的陀螺力矩定軸穩(wěn)定效應(yīng)。四、 實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，很好的了解了關(guān)于陀螺儀的一些基本的性質(zhì)。在做實(shí)驗(yàn)前，老師向我們講解了關(guān)于實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容注意事項(xiàng)，保證了我們能順利地完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，我們小組每個(gè)成員都參與其中，親自上手操作，有了切身的體驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中一起討論試驗(yàn)的現(xiàn)象，進(jìn)行初步的分析以及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄。實(shí)驗(yàn)過(guò)后進(jìn)行深入的討論，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后所展示的實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行討論，在寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的時(shí)候，遇到了許多問(wèn)題，雖然對(duì)陀螺的進(jìn)動(dòng)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(yùn)用起來(lái)還是用一定的難度，有些現(xiàn)象還是很難解釋明白，對(duì)此我們回歸書(shū)本，對(duì)陀螺的