初中数学论文:从一道课本练习题谈圆的“滚动

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点燃思维的火种 ,燃起创造的欲望

——从一道课本练习题谈圆的“滚动”

数学课本是获取数学知识的主要源泉,课本中的例题、练习题都是由编者精心筛选,匠心独运而成的,具有丰富的内涵和背景,对强化双基、开发智力、培养能力,有着极大的潜在价值。近几年,圆的“滚动”题已成为中考数学和各类数学竞赛题的热点之一。这类考题有的直接取之课本,有的则是把课本中的例题、练习题的条件或结论进行适当加工,改造编拟而成。所以在教学中要深入探求问题各种各样的变式,横、纵拓展,可以达到“做一题,通一类,会一片”。这样既能加深学生对基础知识的理解,增强综合运用知识的能力,提高学习效率,又可以有效地培养学生的各种思维能力,提高分析问题、解决问题和探索创新的能力。为此,本文以北师大版数学九年级下册120页随堂练习第2题为例,来谈谈圆的滚动问题。

一 、 圆沿着直线滚动

原题 如图:一枚直径为d的硬币沿着直线滚动一圈,圆心经过的距离是多少?

分析:这是一道属于圆沿直线滚动的问题。硬币沿着直线从点A滚动一周到点B,滚动过程中圆与直线始终是相切的 ,圆心到直线的距离都等于半径,OO1 BA构成一个矩形,所以圆心经过的路径OO1 =BA,即圆心经过的距离等于硬币的周长。

变式1:(对题目的条件进行简单变换)小明自行车车轮的外半径为24cm,他推着自行车前进,车轮向前滚动了10圈,他前进了多少m?

分析:小明前进的距离就是车轮所在的圆滚动10圈所经过的距离。即等于圆的周长乘以圆转动的圈数,所以小明前进的距离为:22410480()4.8()cmm O O1

B A

变式2:(对题目的条件和结论进行互换)反之,圆心经过的路程为一个圆周长,则圆自身转动了一圈。

推广:滚动圆的周长程滚动的圆心所经过的路圆自转的圈数

二 、 圆沿着圆滚动

若把原题中的直线改成线段并且围成一个圆,那就属于圆沿着圆滚动的问题。

变式3:如图 两枚大小相同的硬币,将其中一枚固定在桌上,另一枚沿着固定硬币的外侧边缘无滑动地滚动一周,滚动硬币的圆心移动多少距离?

分析:无滑动地滚动指滚动过程中两硬币(两圆)始终外切,若固定硬币为

⊙0,滚动硬币为⊙O′,半径均为R,OO′=2R,动圆的圆心O′所经过的路径是一个半径为2R的圆的周长即2π(R+R)=4πR。

对变式3,再进行拓展

拓展1:(北师大版数学九年级下册127页试一试 )图-1,两枚大小相同的硬币,将其中一枚固定在桌上,另一枚沿着固定硬币的外侧边缘无滑动地滚动一周,那么滚动的硬币自身转了多少圈?

分析:硬币沿着固定硬币的边缘无滑动地滚动一周,根据原题变式2得出推广结论和变式3的结果,滚动硬币

(圈))(滚动硬币的周长的路程滚动硬币的圆心所经过自转的圈数222RRR

拓展2 :(第九届华罗庚杯赛初赛试题第12题)半径为25cm的小铁环沿着半径为50cm的大铁环的内侧作无滑动的滚动,当小铁环沿着大铁环滚动一周回到原位时,问小铁环自转了几圈?

分析:无滑动地滚动指滚动过程中两铁环(两圆)始终内切,滚动过程中小

CBAFDE铁环圆心所经过的路径长为2(50-25)=50,小铁环(圈)滚动铁环的周长的路程滚动铁环的圆心所经过自转的圈数125250

拓展3:(1995年东方航空杯上海市初中数学竞赛题)如图2所示,七枚大小相同的硬币如图放在桌面上。第1枚硬币从A位置开始滚过与它相同的其他六枚固定的硬币的上部,到达B位置,求该枚硬币自身共滚过多少圈?

分析:如图-3所示,当这个圆从左边A位置滚动到P位置时,圆心转过的角AO1P=1800-600=1200,圆心经过的路径为341802120RR,它转过的圈数32234RR;从P位置滚到Q位置圆心转过的角PO2Q=600,它转过的圈数=31,在整个过程中,它类似于从P位置滚动到Q位置时,共要经历4次;最后它滚到B位置类似于从A位置滚动到B位置,又是32圈。因此,一共滚动了21824()333圈

若把原题中的直线改成线段并且折围成多边形呢?

三 、 圆沿着多边形滚动

变式4:(西安市2004年中考题)如图一个等边三角形的边长与它的一边相切的圆的周长相等,当这个圆按箭头方向从某一位置沿等边三角形的三边无滑动旋转,直到回到原出发位置时,问这个圆自身转了几圈?( )

(A)2 (B)3 (C)4 (D)5

分析:圆心滚过的路径由两部分组成,一部分是圆沿直线滚动所经过的三边长,另一部分是圆绕着三角形三个顶点旋转所得的三条弧长,每条弧长的半径都等于圆的半径,所对

的圆心角都为3600-600-900-900=1200 ,三个圆心角的和3600,三条弧长的和刚好是一个圆周长,圆心滚过的路径是4个圆周长,所以圆自身转了4圈。

拓展1:若把等边三角形改成任意三角形,且三角形周长不变,其它条件和所求的内容都不变,结果如何?(结果同上)

拓展2:若把等边三角形改成任意四边形、五边形或多边形,周长不变,其它条件和所求的内容都不变,结果是否变化?(不变)

拓展3:(2006年全国初中数学竞赛浙江赛区初赛试题第17题) 如图所示⊙o沿着凸多边形1231nnAAAAA的外侧(圆和边相切)作无滑动的滚动一周回到原来的位置,(1)当⊙o和凸n边形的周长相等时,⊙o自身转动了几圈?

(2)⊙o沿着凸多边形1231nnAAAAA的外侧(圆和边相切)作无滑动的滚动一周回到原来的位置,当⊙o的周长为a,凸n边形的

周长为b时,求此时⊙o自身转动的圈数。

分析:(1)圆心滚过的路径由两部分组成,一部分

是与凸n四边形各条边都相切而滚动所得的各边长即一

周长;另一部分是分别绕各顶点转动所得的n条弧线。

各弧线所对的同心角之和为

12180180180180(2)180360nAAAnn,即刚好自转一周,所以自转为2周。

(2)⊙o在各边上滚动所经过的路径为b。而2Ra且 2Rnbabn

经各顶点所得弧线所对圆心角之和应为360,即一周。所以⊙o自身转过的圈数为1ab

拓展 4:如图-5所示,已知半径为1的⊙o和边长为10的正方形ABCD。(1)当⊙o沿正方形ABCD的内部四边无滑动地滑动时,⊙o自转圈数及⊙o经过的

面积是多少?(2)⊙o沿正方形ABCD外部四边滚动时,⊙o自转圈数及经过的面积又是多少?

分析:(1)如图-5所示,当⊙o在正方形

ABCD内沿四边滚动一周时,⊙o自转圈数

4(102)16112,⊙o所经过的面积为:

2222121410102241604ABCDSSS正方形()()

(2)如图-5,当⊙o在正方形ABCD外,⊙o自转圈数为:410201121,⊙o所经过的面积为:

22231410221042280404EFGHABCDSSS2正方形正方形()()

由此可见,在数学教学中,教师要引导学生精读课本,善于挖掘课本中的典型题目,引导学生大胆猜想、多方联想、积极探求、拓广延伸、由此及彼等思维训练。这样的教学也将会真正焕发出课堂教学的活力,从而点燃学生思维的火种,燃起学生创造的欲望。