根據剛體的定軸轉動定律 ，只要測定剛體轉動時所受的合外力矩及該力矩作用下剛體轉動的角加速度 ，則可計算出該剛體的轉動慣量，這是恆力矩轉動法測定轉動慣量的基本原理和設計思路。
一、轉動慣量J的測量原理 砝碼盤及其砝碼是系統轉動的動力。
分析轉動系統受力如圖2所示：當砝碼鉤上放置一定的砝碼時，若鬆開手，則在重力的作用下，砝碼就會透過細繩帶動塔輪加速轉動。
當砝碼繩脫離塔輪後，系統將只在摩擦力矩的作用下轉動。
圖2 轉動系統受力圖本實驗中待測試件放在實驗臺上，隨同實驗臺一起做定軸轉動。
設空實驗臺（未加試件）轉動時，其轉動慣量為 ，加上被測剛體後的轉動慣量為 ，由轉動慣量的疊加原理可知，則被測試件的轉動慣量 為 或 實驗時，先測出系統支架（空實驗臺）的轉動慣量 ，然後將待測物放在支架上，測量出轉動慣量為 ，利用上式可計算出待測物的轉動慣量。
未加試件及外力時（ ， ），即外力矩為零時，若使系統以某一初角速度開始轉動，則系統將在摩擦力矩 的作用下，作勻減速轉動，設角加速度為 ，則由剛體的轉動定律有 （1）其中 （2）加外力後（即有外力矩）時，設系統的角加速度為 ，則： （3）而 （4）其中 —砝碼質量 ， —重力加速度， —繩的張力聯立式（1），（2），（3）,（4）得： （5）測出 ，以及加外力矩 後的 ，由（5）式即可得 ，以及將 代入（1）試附帶可得出摩擦力矩 。
同理，加試件後有 （6）以上 、 是由摩擦力矩產生的角加速度，其值為負，因此（5）、（6）式中的分母實為相加。
測 的實驗順序可以是 、 、 、 ，也可以是 、 、 、 ，更可以是（ ， ），再（ ， ），測量方法見後。
二、角加速度 的測量原理的測量採用如下方法： 實驗中直接測量的是時間和角位移， 可由下列計算間接得出。
設轉動體系的初角速度為 ，t=0時的角位置為0，則t時刻角位移 為 （7）數字毫秒計從t=0開始計時，這時的計時次數為k=0, ; 時 k=1， ；t時刻，計時次數為k，角位移 。
若測得與 相應的時間為 ，計時次數為 ，則： （8） （9）聯立式（9），（10）得： （10）即： （ ） （11） 可以選兩組 值計算 的值，也可以選多組計算幾個 值求平均；或者多次直接測量 值。
本實驗採用配套的ZKY-J1通用電腦計時器，計時和記錄角位移。
三、驗證平行軸定理平行軸定理：質量為 m的剛體,對過其質心c的某一轉軸的轉動慣量為 ，則剛體對平行於該軸、和它相距為d的另一轉軸的轉動慣量 為：在上式等式兩端都加上系統支架的轉動慣量 ，則有：令 ，又 ， 都為定值，則J與 呈線性關係，實驗中若測得此關係，則驗證了平行軸定理。
四、J的“理論”公式 設待測的圓盤（或圓柱）質量為 、半徑為 ，則圓盤、圓柱繞幾何中心軸的轉動慣量理論值為 待測的圓環質量為 ，內外半徑分別為 、 ，圓環繞幾何中心軸的轉動慣量理論值為 【實驗儀器介紹】轉動慣量儀：由十字型承物臺、繞線塔輪、遮光細棒和小滑輪組成,如圖3所示。
承物臺轉動時固定在載物臺邊緣並隨之轉動的遮光細棒，每轉動半圈（ ）遮擋一次固定在底座圓周直徑相對兩端的光電門，即產生一個光電脈衝送入光電計時計數儀，計數器將計下時間和遮擋次數。
計數器從第一次擋光（第一個光電脈衝發生）開始計時、計數，並且可以連續記錄，儲存多個脈衝時間。
塔輪上有五個不同半徑的繞線輪，中間一個的半徑為2.5cm，其餘每相鄰兩個塔輪之間的半徑相差0.5cm。
砝碼鉤上可以放置一定數量的砝碼，重力矩作為外力矩，結構如圖：圖3 轉動慣量儀結構圖●儀器使用方法：1、 用電纜線將光電門和通用電腦計時器相連，只接通一路（另一路備用）；2、 接通電源，儀器進入自檢狀態。
a) 8位數碼顯示管同時點亮，否則本機出現錯誤；b) 數碼顯示器顯示 表明制式為每組脈衝由一個光電脈衝組成，共有80組脈衝（均為系統預設值）3、 制式的調整方法：a) 如無須對制式進行修改或已經修改完備，按“待測/+”進入工作等待狀態；b) 計時顯示的前兩位為每組光電脈衝數，後兩位為記錄組數。
對於閃爍的數碼顯示器位，直接鍵入數字，即可修改此位； 如果需要修改下一位，則須按下“ /－”鍵，下一位數碼顯示器位閃爍，再鍵入數字即可進行修改，同時保留對其他位的修改值。
用“ /－”鍵能對所修改的四位數碼顯示器進行迴圈操作，記錄組數最多為80。
4、按“待測/+”鍵進入工作等待狀態：數碼顯示器顯示 5、進入計時工作狀態：輸入的第一個光電脈衝後開始計時和計數。
6、計時結束：當測量組數超過設定的記錄組數時，數碼管顯示為 ： 計時結束。
7、資料查詢：每按一次“待測/+”鍵，則記錄組數遞增一位，每按一次“ /－”鍵則遞減一位。
8、電腦計時器復位，以便進行下一此測量。
根據剛體的定軸轉動定律 ，只要測定剛體轉動時所受的合外力矩及該力矩作用下剛體轉動的角加速度 ，則可計算出該剛體的轉動慣量，這是恆力矩轉動法測定轉動慣量的基本原理和設計思路。
一、轉動慣量J的測量原理 砝碼盤及其砝碼是系統轉動的動力。
分析轉動系統受力如圖2所示：當砝碼鉤上放置一定的砝碼時，若鬆開手，則在重力的作用下，砝碼就會透過細繩帶動塔輪加速轉動。
當砝碼繩脫離塔輪後，系統將只在摩擦力矩的作用下轉動。
圖2 轉動系統受力圖本實驗中待測試件放在實驗臺上，隨同實驗臺一起做定軸轉動。
設空實驗臺（未加試件）轉動時，其轉動慣量為 ，加上被測剛體後的轉動慣量為 ，由轉動慣量的疊加原理可知，則被測試件的轉動慣量 為 或 實驗時，先測出系統支架（空實驗臺）的轉動慣量 ，然後將待測物放在支架上，測量出轉動慣量為 ，利用上式可計算出待測物的轉動慣量。
未加試件及外力時（ ， ），即外力矩為零時，若使系統以某一初角速度開始轉動，則系統將在摩擦力矩 的作用下，作勻減速轉動，設角加速度為 ，則由剛體的轉動定律有 （1）其中 （2）加外力後（即有外力矩）時，設系統的角加速度為 ，則： （3）而 （4）其中 —砝碼質量 ， —重力加速度， —繩的張力聯立式（1），（2），（3）,（4）得： （5）測出 ，以及加外力矩 後的 ，由（5）式即可得 ，以及將 代入（1）試附帶可得出摩擦力矩 。
同理，加試件後有 （6）以上 、 是由摩擦力矩產生的角加速度，其值為負，因此（5）、（6）式中的分母實為相加。
測 的實驗順序可以是 、 、 、 ，也可以是 、 、 、 ，更可以是（ ， ），再（ ， ），測量方法見後。
二、角加速度 的測量原理的測量採用如下方法： 實驗中直接測量的是時間和角位移， 可由下列計算間接得出。
設轉動體系的初角速度為 ，t=0時的角位置為0，則t時刻角位移 為 （7）數字毫秒計從t=0開始計時，這時的計時次數為k=0, ; 時 k=1， ；t時刻，計時次數為k，角位移 。
若測得與 相應的時間為 ，計時次數為 ，則： （8） （9）聯立式（9），（10）得： （10）即： （ ） （11） 可以選兩組 值計算 的值，也可以選多組計算幾個 值求平均；或者多次直接測量 值。
本實驗採用配套的ZKY-J1通用電腦計時器，計時和記錄角位移。
三、驗證平行軸定理平行軸定理：質量為 m的剛體,對過其質心c的某一轉軸的轉動慣量為 ，則剛體對平行於該軸、和它相距為d的另一轉軸的轉動慣量 為：在上式等式兩端都加上系統支架的轉動慣量 ，則有：令 ，又 ， 都為定值，則J與 呈線性關係，實驗中若測得此關係，則驗證了平行軸定理。
四、J的“理論”公式 設待測的圓盤（或圓柱）質量為 、半徑為 ，則圓盤、圓柱繞幾何中心軸的轉動慣量理論值為 待測的圓環質量為 ，內外半徑分別為 、 ，圓環繞幾何中心軸的轉動慣量理論值為 【實驗儀器介紹】轉動慣量儀：由十字型承物臺、繞線塔輪、遮光細棒和小滑輪組成,如圖3所示。
承物臺轉動時固定在載物臺邊緣並隨之轉動的遮光細棒，每轉動半圈（ ）遮擋一次固定在底座圓周直徑相對兩端的光電門，即產生一個光電脈衝送入光電計時計數儀，計數器將計下時間和遮擋次數。
計數器從第一次擋光（第一個光電脈衝發生）開始計時、計數，並且可以連續記錄，儲存多個脈衝時間。
塔輪上有五個不同半徑的繞線輪，中間一個的半徑為2.5cm，其餘每相鄰兩個塔輪之間的半徑相差0.5cm。
砝碼鉤上可以放置一定數量的砝碼，重力矩作為外力矩，結構如圖：圖3 轉動慣量儀結構圖●儀器使用方法：1、 用電纜線將光電門和通用電腦計時器相連，只接通一路（另一路備用）；2、 接通電源，儀器進入自檢狀態。
a) 8位數碼顯示管同時點亮，否則本機出現錯誤；b) 數碼顯示器顯示 表明制式為每組脈衝由一個光電脈衝組成，共有80組脈衝（均為系統預設值）3、 制式的調整方法：a) 如無須對制式進行修改或已經修改完備，按“待測/+”進入工作等待狀態；b) 計時顯示的前兩位為每組光電脈衝數，後兩位為記錄組數。
對於閃爍的數碼顯示器位，直接鍵入數字，即可修改此位； 如果需要修改下一位，則須按下“ /－”鍵，下一位數碼顯示器位閃爍，再鍵入數字即可進行修改，同時保留對其他位的修改值。
用“ /－”鍵能對所修改的四位數碼顯示器進行迴圈操作，記錄組數最多為80。
4、按“待測/+”鍵進入工作等待狀態：數碼顯示器顯示 5、進入計時工作狀態：輸入的第一個光電脈衝後開始計時和計數。
6、計時結束：當測量組數超過設定的記錄組數時，數碼管顯示為 ： 計時結束。
7、資料查詢：每按一次“待測/+”鍵，則記錄組數遞增一位，每按一次“ /－”鍵則遞減一位。
8、電腦計時器復位，以便進行下一此測量。