例析初中数学中滚动的圆

来源 :数理化学习·初中版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wenyuanyuan0929
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  教学中抓住典型习题,从新的角度进行猜想、分析、论证、归纳,不但能够激发学生的求知欲,而且能揭示问题的本质,加深学生对所学知识的理解,提高分析问题、解决问题的能力,进而提高学习效率,在教学中往往能起到事半功倍的效果.下面就从一个简单的实际问题入手讨论.
  例1如图1,⊙O1、⊙O2外切于点A,且两个圆的半径相等.当⊙O1的固定不动,⊙O2
  绕⊙O1无滑动地滚动一周时,⊙O2自转了多少度?
  图1图2图3
  分析:
  对于这个问题,我们只要取出两个同样大小的硬币,做一个简单的实验,就能得出答案:⊙O2自转了720°,即⊙O2自转了两圈.
  现在,我们不妨增加这个问题的难度,设⊙O1的半径为R,动圆⊙O2半径为r,其它条件不变,当R=2r、3r、4r、kr、…时, 那么当⊙O2绕⊙O1滚动一周的时候,⊙O2又分别自转了多少度呢?
  例2如图2,已知正△ABC和⊙O,假设⊙O的周长恰好等于正△ABC的边长,那么当⊙O绕△ABC的各条边无滑动地滚动一周又回到原来的出发点时,⊙O自转了多少度呢?
  分析:由于正△ABC的边长恰好等于⊙O的周长,所以,当⊙O沿△ABC的一边无滑动地从一个顶点滚动到另一个顶点时,正好自转了360°,即自转了一圈. ⊙O绕三角形的一个顶点从一条边滚动到另一条边时,自转的角度α恰好等于正△ABC的一个外角的度数.因此,⊙O沿△ABC的各边滚动一周时,自转的角度为:360°×3+360°=1440°,即自转了四圈.
  通过上面的分析发现如果我们将该问题中的条件“正△ABC”改为“正方形”、“正五边形”、“正六边形”、“正k边形” 时,⊙O自转的角度分别为1800°、2160°、2520°、(1+k) ×360°.即⊙O自转的圈数分别为5、6、7、1+k.
  随着该问题中的k的不断增大,正k边形会越来越接近于一个圆!由此我们可以大胆猜想:“设定⊙O1的半径为R,动圆⊙O2的半径为r, 且R=kr,则当⊙O2绕⊙O1无滑动地滚动一周时,动圆⊙O2自转了(k+1)圈”.
  这个猜想成立吗?
  例3
  如图3,定圆⊙O1与动圆⊙O2外切于点P,⊙O1的半径为R,⊙O2的半径为r,且R=kr,设⊙O2绕⊙O1顺时针滚动的角度为α(公转),⊙O2自转的角度为β,试探求β与α之间的数量关系.
  分析:设⊙O2绕⊙O1公转角度α后,⊙O2′切⊙O1于点Q,点P在⊙O2′上的对应点为P′,过O1、O2作直线EF,过O2′作E′F′∥EF,连结O2′P′,则∠O2 O1Q=∠O1 O2′F′=α,∠E′O2′P′=β.
  由于 PQ=P′Q,
  所以απR180=∠QO2′P′×
  πr180,
  所以∠Q O2′P′=kα,
  所以β=α+∠QO2′P′= (1+k)α.
  当α= 360°时,β=(1+k) ×360°,即动圆⊙O2自转了(k+1)圈.
  研究在逐渐深化,若将该问题中的“外切”改为“内切”,而其他条件不变时,⊙O2自转的角度β与其公转的角度α之间又会有这样的数量关系.
  如图4,定圆⊙O1与动圆⊙O2内切于点P,⊙O2绕⊙O1滚动角度α后切⊙O1于点Q,过点O1、O2
  ′作直线EF,过O2′作E′F′∥EF,点P在⊙O2′上的对应点为P′,连结O2′P′、O2′Q,则∠EO1 O2′=∠Q O2′F′=α, ∠F′O2′P′=β,
  由于 PQ=P′Q,
  所以απR180=∠Q O2′P′×
  πr180,
  所以∠QO2′P′=kα,
  所以β=∠QO2′F′-∠Q O2′P′= (1-k)α (此时因为R  图4图5
  如图5,定圆⊙O1与动圆⊙O2内切于点P,⊙O1的半径为R,⊙O2的半径为r,且R=kr,k>1, 有兴趣的读者不妨思考:当⊙O2在⊙O1内部无滑动地滚动时,⊙O2自转的角度β与其公转的角度α之间又存在怎样的数量关系呢?相信读者不难找到答案.
  数学教学是一门艺术,它博大精深,奥妙无穷.只要我们认真钻研,勇于探索,善于总结,就一定能为数学教学献上优美的华章.
其他文献
数学是一门非常重要的工具学科,在数学的教学过程中我们要发展学生的思维,培养学生的数学能力,重视数学思想的教学,使学生掌握数学学习方法,进而形成综合学习的能力.  数学是一门非常重要的工具学科,有些学生在学习数学的时候,由于没有掌握好正确的数学学习方法,从而陷入题海,茫然不知所措.如果学生领会数学思想,则可以较快地提高学习质量和数学能力.因此在数学的教学过程中我们要发展学生的思维,培养学生的数学能力
中考试题涉及众多知识点,覆盖面广,关系复杂,证法灵活,解决这类考题需要考生能够正确地综合运用数学解题思想和方法,以下是中考中几种常用的解题思想,供大家参考.  一、整体思想  注意力和着眼力放在问题的整体上,通过研究问题整体形式和整体结构,进而作出整体处理,达到顺利解题的目的.  图1  例1如图1所示,分别以n边形的顶点为圆心,以单位1为半径画圆,则图中阴影部分的面积之和为 个平方单位.  解:
一道试题拿到手,解出答案并不就意味着结束了,特别是解答繁琐,计算复杂的时候,寻求简便解法往往是一件痛并快乐的事.以下就是笔者对一道试题的简化之路.  图1  例1已知△ABC的三边长分别为13,14,15,有4个半径同为r的圆O,O1,O2,O3放在△ABC内,并且圆O1与边AB、AC相切,并且圆O2与边BA、BC相切,并且圆O3与边CB、CA相切,圆O与圆O1,O2,O3相切.求r.  解法:不