数学从特殊到一般共33页文档
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从特殊到一般作者:沈建华宣卓翔来源:《小学教学参考(数学)》2012年第11期一、问题的提出【例1】甲乙两枚大小相等的硬币。
现将硬币甲固定,让硬币乙沿硬币甲的周围滚动,当硬币乙滚动一周,回到原来位置时,硬币乙旋转了几圈?当时很多人认为硬币乙旋转了1圈,但如果我们亲自拿硬币做个试验,就会发现:硬币乙竟然旋转了2圈。
实际结果怎么会跟我们想象的不一样?因为我们将非常熟悉物体在直线上滚动的规律运用到物体在圆周上滚动的情形,实际上这两者却有着重大区别。
那应该如何理解硬币乙旋转了2圈呢?预备定理:一个圆滚动前进,这个圆的圆心所经过路径(轨迹)的长度就等于这个圆所滚动过的路径的长度。
”证明:如图2,圆和直线l相切于A点,这个圆从A点开始沿着直线滚动一周后再和这条直线相切于A′点,这时圆心所经过路径长度为线段OO′的长度,圆周所滚过的路径长度为线段AA′的长度,这两个长度是一样的。
事实上,因为“圆是到定点(圆心)的距离等于定长(半径)的点的轨迹”,滚动时圆上的点前进多少,圆心也会前进多少。
因此,不管圆怎样滚动,圆心所经过轨迹的长度一定会等于圆周所滚动过的长度。
利用以上的结论,对于例1,可以这样去理解:甲硬币固定不动,乙硬币沿甲硬币的周围自我滚动,当乙硬币把甲硬币的圆周滚完后又回到起始点时,乙硬币的圆心所经过的轨迹就是一个以甲硬币的圆心为中心的圆。
如图3,设这个大圆的半径为R,这个大圆的周长=乙硬币的圆心所经过轨迹的长度=2πR。
利用预备定理:这个圆的圆心所经过路径(轨迹)的长度就等于这个圆所滚动过的路径的长度。
所以当硬币乙沿硬币甲的周围滚动一周后再回到起始点时,硬币乙滚动过的距离也等于2πR,而硬币乙自己滚动一周的长度为2πr(本圆的周长)。
这里R=2r,所以2πR是2πr的2倍,即硬币乙一共旋转了2圈。
因此,只要看出这个滚动物体的圆心所经过的路径(轨迹),并求出这个路径(轨迹)的长度,再用这个长度去除以这个物体自身滚动一周所经过的长度,就得到物体所旋转的圈数。