滚动中的“秘密”

来源 :初中生世界·八年级 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jill0401
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  问题提出:
  甲、乙两枚大小相同的硬币,现将硬币甲固定在桌上,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?
  解题思路:
  我们同学拿到这样的动态几何题,常常不是用大脑的无限空间来思考,而是很自然地想去拿硬币试试. 任何原理都是在实验的基础上猜想再证明得出的,这种想法是很好的,但是,大部分实验都只是用来感受的,用来估测的,所有实验都避免不了误差,所以,实验只能给你提供一个目标,并不能给你一个明晰的解答过程.
  既然是运动的,首先是要明白物体的运动轨迹,要学会抽象且全面地在图形上表现出来. 如下图所示,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,就抽象成两个相切的圆.我们要想知道转的圈数,就要知道硬币乙的运动路程.圆的运动路程比较容易求出,便是圆心的运动路程. 在图中作出圆心的运动轨迹.假设两个圆的半径都为r,由此,我们可以清晰地发现圆乙(即硬币乙)的运动路程就是以圆甲(即硬币甲)的圆心为圆心,以2r为半径的圆的周长,即4πr,它自身的周长是2πr. 所以一共滚了2圈.
  这种方法很容易想到,圆的运动路程就是圆心的运动路程是解决本题的关键所在. 当然,如果觉得图形不易理解,我们还可以趣味想象.
  我们先把这两个圆看成两个质点(即两个圆的圆心),但它们有各自的屏障,任何物体必须和它们保持r的距离,那么这两个点距离最近为2r. 现在,其中一个点想360°地观察另一个点,则它要行走4πr的路程,回归原题,可知一共滚了2圈.
  反思总结:
  这个问题的解决可以分两步走:第一步把这个问题看作是一个平移,硬币乙平移的路程是硬币甲的一个周长;第二步看作硬币乙的旋转,硬币自转一周的路程是硬币乙的周长. 再用硬币乙平移的路程除以硬币乙的周长就是硬币乙自转的圈数.
  实验让我们明确探究的方向,对问题有感性的认识,理性的思考更会让我们透视问题的本质,正如华罗庚所说,“数缺形时少直观,形少数时难入微”,您说是吗?
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