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今天老师提出一个问题:
现有甲、乙两枚大小相同的硬币,先将硬币甲固定在桌面上,让硬币乙沿着硬币甲的边缘无滑动滚动一周回到原来的位置,那么滚动的硬币乙自转了多少圈?
课堂顿时活跃起来,同学们各抒己见. 快嘴张说:“这个很简单,两圆的周长相等,硬币乙转一圈.”组里其他同学也跟着附和:“对,就是一圈.”组长说:“依我看,题目不会这么简单,我们做个实验看看吧!”组长从口袋里找出两枚一元的硬币,做起了实验. 组里的人都目瞪口呆:硬币乙不是转了一圈. 好像是两圈. “不可能. 让我来试试. ”快嘴张喊道. 于是在同学们的注视下,快嘴张又亲自做了实验. “果然是两圈,”快嘴张脸红了起来,疑惑地说,“怎么会这样呢?难道我们的经验不对吗?圆周滚动过的路线长除以圆的周长不应该就是圆转过的圈数吗?”组内陷入了沉思.
这个问题也引起了我的思考. 经过几天的研究和探讨,我终于明白了其中的道理. 现在把我的研究和大家一起分享,请大家指导.
我们先来看一个简单的问题:如图1,硬币(直径为2.5 cm)在一直线上滚动一周,起点为A,终点为B,那么AB的长是多少呢?显然AB的长等于硬币的周长. 于是我们得出这样的结论:滚动中圆周滚动过的路线长除以圆周长等于圆所滚动的圈数.
但我们再看第二个问题:如图2,一圆周长与等边三角形边长相等,若该圆沿等边三角形三边做无滑动滚动一周,直到回到原来的出发点,该圆自转了几圈?
由前一个问题知,圆由A到C,或由C到B,或由B到A分别自转了1圈,圆O由AB边上的A点转到AC边上的A点,OA在平面内绕A点旋转了120°(如图3),点O从O1的位置转到O2的位置,转过了三分之一圆周. 在三个顶点处共旋转了360°,即自转了一圈,所以该圆共自转了4圈.
通过上面的分析我们发现,当圆不在直线上滚动时,圆周接触点不发生变化但圆也会发生转动. 因此,探究圆转过的圈数应观察其圆心位置的变动路程,而不是圆滚动过的路线,即圆心经过的路程÷圆周长=圈数. 有了这样的规律,下面再看开始的问题就不会落入陷阱中去了.
问题解决:
设两枚硬币的半径为R,硬币甲的圆心为O1,硬币乙的圆心为O2,则滚动过程中,硬币乙的圆心在以O1为圆心,2R为半径的圆上运动,所以硬币乙自转了(2π·2R)÷(2πR)=2(圈).
下面我们来看另一个问题:
如图4,一枚5角的硬币(直径为2 cm)绕一枚1元的硬币(直径为2.5 cm)的边缘无滑动滚动一周回到原来的位置,那么5角的硬币自转了多少圈?
设圆C和圆D分别代表5角和1元的硬币,当圆C绕圆D滚动一周时,圆心C在以点D为圆心,2.25 cm(两直径之和除以2) 为半径的圆上运动,所以圆C自转了(2π·2.25)÷(2π·1)=2.25圈. 这与实验结果也是一致的.
现在我们把上述情况推广到一般情况:
如图6,若圆O1的半径为r,圆O2的半径为R,且满足R=kr,圆O1沿圆O2外无滑动地滚动一圈回到原出发点,则圆O1自转了(k 1)圈.
解:如图6当圆O1绕圆O2滚动时,圆心O1在以O2为圆心,(kr r)为半径的圆上运动,所以圆O1自转了[2π·(kr r)]÷(2π·r)=(k 1)圈.
善于思考,勤于实践,看似简单的问题也会有不一样的答案. 这也正是数学的神奇之处.
以上是个人粗浅的见解,不足之处,欢迎指正.
现有甲、乙两枚大小相同的硬币,先将硬币甲固定在桌面上,让硬币乙沿着硬币甲的边缘无滑动滚动一周回到原来的位置,那么滚动的硬币乙自转了多少圈?
课堂顿时活跃起来,同学们各抒己见. 快嘴张说:“这个很简单,两圆的周长相等,硬币乙转一圈.”组里其他同学也跟着附和:“对,就是一圈.”组长说:“依我看,题目不会这么简单,我们做个实验看看吧!”组长从口袋里找出两枚一元的硬币,做起了实验. 组里的人都目瞪口呆:硬币乙不是转了一圈. 好像是两圈. “不可能. 让我来试试. ”快嘴张喊道. 于是在同学们的注视下,快嘴张又亲自做了实验. “果然是两圈,”快嘴张脸红了起来,疑惑地说,“怎么会这样呢?难道我们的经验不对吗?圆周滚动过的路线长除以圆的周长不应该就是圆转过的圈数吗?”组内陷入了沉思.
这个问题也引起了我的思考. 经过几天的研究和探讨,我终于明白了其中的道理. 现在把我的研究和大家一起分享,请大家指导.
我们先来看一个简单的问题:如图1,硬币(直径为2.5 cm)在一直线上滚动一周,起点为A,终点为B,那么AB的长是多少呢?显然AB的长等于硬币的周长. 于是我们得出这样的结论:滚动中圆周滚动过的路线长除以圆周长等于圆所滚动的圈数.
但我们再看第二个问题:如图2,一圆周长与等边三角形边长相等,若该圆沿等边三角形三边做无滑动滚动一周,直到回到原来的出发点,该圆自转了几圈?
由前一个问题知,圆由A到C,或由C到B,或由B到A分别自转了1圈,圆O由AB边上的A点转到AC边上的A点,OA在平面内绕A点旋转了120°(如图3),点O从O1的位置转到O2的位置,转过了三分之一圆周. 在三个顶点处共旋转了360°,即自转了一圈,所以该圆共自转了4圈.
通过上面的分析我们发现,当圆不在直线上滚动时,圆周接触点不发生变化但圆也会发生转动. 因此,探究圆转过的圈数应观察其圆心位置的变动路程,而不是圆滚动过的路线,即圆心经过的路程÷圆周长=圈数. 有了这样的规律,下面再看开始的问题就不会落入陷阱中去了.
问题解决:
设两枚硬币的半径为R,硬币甲的圆心为O1,硬币乙的圆心为O2,则滚动过程中,硬币乙的圆心在以O1为圆心,2R为半径的圆上运动,所以硬币乙自转了(2π·2R)÷(2πR)=2(圈).
下面我们来看另一个问题:
如图4,一枚5角的硬币(直径为2 cm)绕一枚1元的硬币(直径为2.5 cm)的边缘无滑动滚动一周回到原来的位置,那么5角的硬币自转了多少圈?
设圆C和圆D分别代表5角和1元的硬币,当圆C绕圆D滚动一周时,圆心C在以点D为圆心,2.25 cm(两直径之和除以2) 为半径的圆上运动,所以圆C自转了(2π·2.25)÷(2π·1)=2.25圈. 这与实验结果也是一致的.
现在我们把上述情况推广到一般情况:
如图6,若圆O1的半径为r,圆O2的半径为R,且满足R=kr,圆O1沿圆O2外无滑动地滚动一圈回到原出发点,则圆O1自转了(k 1)圈.
解:如图6当圆O1绕圆O2滚动时,圆心O1在以O2为圆心,(kr r)为半径的圆上运动,所以圆O1自转了[2π·(kr r)]÷(2π·r)=(k 1)圈.
善于思考,勤于实践,看似简单的问题也会有不一样的答案. 这也正是数学的神奇之处.
以上是个人粗浅的见解,不足之处,欢迎指正.