走进生活中的图形世界

来源 :初中生世界·七年级 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wilinne
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  一、 动物界的“数学家”
  一直以来,人们都认为动物的思维比较简单,事实上,许多动物的头脑并非像人们想象中的那样愚钝,它们拥有独特的思维方式,有些思维甚至为人类研究数学起到了巨大的促进作用.下面就让我们一起见识动物界中的一些几何天才吧!
  蚂蚁是出色的“计算专家”. 英国科学家兴斯顿做过一个有趣的实验,他把一只死蚱蜢切成三块,第二块比第一块大一倍,第三块比第二块大一倍,当一群蚂蚁发现这食物40分钟后,聚集在最小的一块蚱蜢旁的蚂蚁有28只,第二块44只,第三块89只,后一组较前一组差不多多一倍. 蚂蚁的计算如此精确,令人惊奇!
  如果你曾在冬天的时候留心观察过小猫的睡姿,你会发现小猫睡觉时把身体抱成了一个球形,聪明的小猫牢牢掌握了球形能使身体的表面积最小这一原理,从而最低程度地散发热量,达到保暖的目的.
  二、 生活中的几何应用
  同学们可曾留意过自来水管、煤气管道的形状,它们都呈圆柱形,那是因为在占有材料相同的情况下,圆形的面积最大. 如果有相同数量的材料,希望做成容积最大的东西,当然圆形是最合适的了;其次,圆柱形具有最大的支撑力. 因此,柱子、房梁一般都是圆柱体.
  古代世界有七大奇迹,随着岁月的流逝,有的倒塌了,有的消失了,只有金字塔岿然傲立,万古长存. 其中的奥秘又是什么呢?先让我们来做一个实验吧:把一定数量的米、沙、碎石子,分别从上向下慢慢地倾倒,不久就会形成三个圆锥体,尽管它们质量不同,但形状却异常相似. 假如你愿意测量一下,你会发现他们的锥角都是52度. 这种自然形成的角是最稳定的角,人们把它称为“自然塌落现象的极限角和稳定角”.奇怪的是金字塔正好是51度50分9秒,说明它就是按照这种“极限角和稳定角”来建造的. 沙漠的风是暴烈的,由于金字塔独特的造型,迫使凌厉的风势不得不沿着塔的斜面或棱角缓缓上升,塔的受风面由下而上,越来越小,在到达塔顶的时候,塔的受风面趋近于零,这种以逸待劳、以柔克刚的独特造型,把风的破坏力化解到最低程度. 4500年前的古人,怎么知道52度角是稳定角?怎么知道用锥体来化解沙漠风暴?这仍然是一个难解之谜.
  以上事实充分说明:数学来源于生活,并应用于生活. 只要我们有一双留心发现的眼睛,我们就能从周围熟悉的事物中学习数学,理解数学,感受数学的趣味和作用,体验数学的无穷魅力. 下面就让我们一起尝试用所学的知识解决生活中的一些问题吧.
  三、 学以致用
  例1 如图1,这是一个三级台阶,它的每一级的长、宽、高分别为20 dm、3 dm、2 dm,A和B是这个台阶两个相对的端点,点A处有一只蚂蚁,想到点B处去吃可口的食物,请问蚂蚁沿着台阶面爬到点B的最短路线是怎样的?请画出示意图.
  【解析】 当蚂蚁在一个几何体的表面上爬行时,通常情况下我们都会考虑将其展开成一个平面,也就是运用“化曲为平”或“化折为直”的思想来解决问题.本题中,将台阶展开得到的是一个矩形,蚂蚁从点A到点B的最短路线,便是矩形的对角线.
  例2 在平整的地面上,有若干个完全相同的棱长为10 cm的小正方体堆成一个几何体,如图2所示.
  (1) 这个几何体由_____个小正方体组成,请画出这个几何体的三视图.
  (2) 如果在这个几何体的表面喷上黄色的漆(与地面接触的面不喷),则在所有的小正方体中,有______个正方体只有一个面是黄色,有______个正方体只有两个面是黄色,有______个正方体只有三个面是黄色.
  (3) 如果现在你手头还有一些相同的小正方体,在保持俯视图和左视图不变的情况下,最多可以再添加几个小正方体?这时如果要重新给这个几何体表面喷上红漆,需要喷漆的面积比原几何体增加还是减少了?增加或减少了多少平方厘米?
  【解析】 (1) 由左向右依次求出每列小正方体的个数,相加即可. 分别从正面、左面、上面观察,画出三视图.
  (2) 通过空间想象或实际操作,逐个考虑每个正方体的涂色情况,得出相关答案.
  (3) 考虑俯视图不变,所以底层正方体位置不能改变,再考虑左视图不变,左视图中从左往右最高层数依次是3、2、1,因为是最多添加的个数,因此按最大限度摆放即可.喷涂面数的变化可通过数面数得到,依次考虑添加前喷涂面数和添加后喷涂面数,特别要当心不能遗漏喷涂前凹在里面的面.
  (作者单位:江苏省常州市武进区湖塘实验中学)
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